基于虚拟现实的电火花线切割系统的开发与研究

发布时间：2017-04-06 04:03

  本文关键词：基于虚拟现实的电火花线切割系统的开发与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电火花线切割是特种加工技术的一种,是我国数控机床中产量最大的机种之一,现已广泛应用在模具制造、机械加工行业。然而目前市面上针对线切割加工的仿真产品较少,且大部分仿真功能集中在数控系统上,没有将机床模型与数控系统结合起来。本文结合了传统虚拟仿真软件的特点,对电火花线切割仿真系统重新进行了设计。首先,分析了线切割机床的几何和运动特征,使用UG完成三维结构设计,并使用3DMAX对模型进行贴图渲染,使机床外观真实美观,增强了仿真场景的真实性。并在仿真环境搭建的基础上,结合仿真系统教学的目的,采取了案例化的实训模式。程序设计上,采用树形结构设计了教、练、考一体的学习模式,降低了代码的耦合度,便于后期维护。其次,本文对线切割的数控系统进行了仿真,设计了仿数控系统的软件界面。使用正则表达式完成了对数控代码字符串的查找、信息提取与编辑,并结合数控代码结构特性完成编译。在代码编译的基础上,读取出待加工图形。结合仿真系统的特性,对机床插补运算进行了优化,从而以较低的运算效率得出了工作台的运动轨迹,并支持两轴和四轴联动加工。最后,分析了现有三维布尔运算的算法,提出了一种适用于直纹面与三角网格模型的切割仿真算法,能够在直线与三角面片求交的基础上对不同模型进行布尔运算。对算法进行了适当的优化,提高运算效率,并通过具体的加工实例加以检验。
【关键词】：电火花线切割 Unity3D 数控代码编译 轨迹插补 切割仿真
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG484;TP391.9
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景10-12
• 1.1.1 电火花线切割加工简述10
• 1.1.2 课题研究的背景10-11
• 1.1.3 课题研究的意义11-12
• 1.2 数控虚拟仿真技术概述12-17
• 1.2.1 数控技术概念12
• 1.2.2 数控仿真系统分类12-17
• 1.3 国内外研究现状17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 2. 线切割仿真系统总体方案20-31
• 2.1 虚拟仿真平台及工具选择20-21
• 2.1.1 现有软件实现虚拟仿真策略20
• 2.1.2 虚拟仿真平台简介20-21
• 2.1.3 Unity3D平台介绍21
• 2.2 几何模型及渲染工具选择21-24
• 2.2.1 几何模型建立工具选择22-23
• 2.2.2 几何模型渲染工具选择23-24
• 2.3 系统模块设计划分24-29
• 2.3.1 仿真环境建立24-25
• 2.3.2 基本功能设定25-26
• 2.3.3 教、练、考模式确立26-27
• 2.3.4 虚拟数控系统27-28
• 2.3.5 数控程序编译28
• 2.3.6 切割过程仿真28-29
• 2.4 仿真系统框架建立29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3. 仿真环境建立及关键技术分析31-47
• 3.1 仿真系统操作流程及开发要点31-33
• 3.1.1 基本操作流程31-32
• 3.1.2 系统开发要点32-33
• 3.2 仿真环境搭建33-37
• 3.2.1 仿真系统几何建模33-35
• 3.2.2 仿真系统运动模型概述35-37
• 3.3 菜单介绍及教练考模式37-42
• 3.3.1 功能菜单介绍37-39
• 3.3.2 教练考模式串通39-42
• 3.4 三维切割布尔运算42-45
• 3.4.1 碰撞检测42-44
• 3.4.2 三角面片剖分44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4. 线切割数控系统仿真47-64
• 4.1 数控系统简介47-48
• 4.2 数控系统功能设计48-52
• 4.2.1 数控软件设计48-50
• 4.2.2 辅助功能设计50-52
• 4.3 数控代码编译52-63
• 4.3.1 3B数控代码读取52-54
• 4.3.2 3B数控代码解析54-57
• 4.3.3 加工轨迹的获得57-59
• 4.3.4 椎体切割插补运算59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5. 系统切割过程仿真运算64-81
• 5.1 引言64-65
• 5.2 三角形求交65-71
• 5.2.1 空间直线与三角形求交65-69
• 5.2.2 空间三角形求交69-71
• 5.3 求取相交区域71-75
• 5.3.1 重构拓补关系71-72
• 5.3.2 建立相邻关系72-73
• 5.3.3 求取相交三角形带及交线73-75
• 5.4 三角剖分算法75-80
• 5.4.1 基本概念75
• 5.4.2 算法描述75-79
• 5.4.3 切割过程仿真实现79-80
• 5.5 本章小结80-81
• 6 总结与展望81-83
• 6.1 总结81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士期间研究成果88

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