虚拟数控机床仿真系统的研究
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摘要
随着数控技术在近几十年内蓬勃发展和计算机的广泛应用以及计算机图形技术迅猛的发展，数控仿真技术为了验证数控程序的可靠性及预测加工过程提供了强有力的工具。在现有的研究成果基础上，研究和开发具有高度真实感的虚拟数控机床仿真系统是本论文的主要目的。
本论文在论述了虚拟制造和虚拟数控机床基础上，结合NC仿真技术研究和开发了虚拟数控机床仿真系统。本论文包括以下几方面的内容：
第一章是绪论部分，首先概述了虚拟制造技术与虚拟制造系统、虚拟制造的分类及其实现的主要手段，并介绍了虚拟数控机床的特点及虚拟数控机床体系结构；然后着重介绍了目前虚拟数控机床系统所采用的仿真技术。
第二章采用面向对象分析和设计的方法对仿真系统进行了总体设计，同时建立了仿真系统的各个抽象对象类；并对虚拟数控机床仿真系统的总体结构及其各个模块进行了阐述介绍。
第三章是本论文的主要内容，对虚拟数控机床仿真系统的几何模型的建模进行了详细的论述。重点论述了机床零部件几何模型的装配关系、几何模型的建模方法、工件模型的离散等关键技术。
第四章在几何模型的基础上介绍了仿真系统中的运动模型，详细论述了运动模型的坐标系、运动关系的建立、零部件及工件的运动模型在建立过程中和显示过程中所涉及到的关键技术。
第五章根据本系统所采用的建模方法对虚拟数控机床仿真系统的原型进行了研制，设计了一个美观、真实感强、图文声并茂的数控仿真环境；并针对研制过程中涉及到的技术进行了阐述。
最后，作者对本文的研究内容进行了总结，并对虚拟数控机床仿真系统的发展做了展望。
With the rapid development of NC technique and computer graphical technology and the extensive application of computer,NC simulation technology provide an effective tool in order to validate the NC machining program and forecast the machine process.The main purpose of this dissertation is to research and develop virtual NC machine tools simulation system that has very good third dimension, according to existing achievements.
Chapter 1 is the introduction of this dissertation, firstly summarizes virtual manufacturing technology virtual manufacturing system. categories of virtual manufacturing and the main implemented method; Moreover, introduces the characteristic and system structure of virtual NC machine tools.Then,it gives emphasis to present virtual NC machine tools system simulation technology.
Chapter 2 analysis and design the virtual NC machine tools system simulation system with object-oriented method ,and establish total base classes of simulation system. It also introduces the whole configuration and every modules of the simulation system.
Chapter 3 is the key of this paper, particularly discuss the geometric model of virtual NC machine tools system simulation system.It gives emphasis to the assembling relation and the modeling method of the parts and components' geometric model, and scattering of the workpiece model.
Based on the geometric model, Chapter 4 introduces the kinematic model, and primarily discuss the coordinate of the kinematic modeh foundation of the kinematic relation the key technology problems of the parts and components kinematic model for displaying it.
According to the modeling method of this system,chapter 5 develops the prototype of virtual NC machine tools simulation system, and design a beautiful 3D simulating environment which has graphics and music. And some key problem of develop are studied.
Finally, the research contents of this dissertation have been summarized and the prospect of virtual NC machine tools simulation system has been opened up.
本论文在论述了虚拟制造和虚拟数控机床基础上，结合NC仿真技术研究和开发了虚拟数控机床仿真系统。本论文包括以下几方面的内容：
第一章是绪论部分，首先概述了虚拟制造技术与虚拟制造系统、虚拟制造的分类及其实现的主要手段，并介绍了虚拟数控机床的特点及虚拟数控机床体系结构；然后着重介绍了目前虚拟数控机床系统所采用的仿真技术。
第二章采用面向对象分析和设计的方法对仿真系统进行了总体设计，同时建立了仿真系统的各个抽象对象类；并对虚拟数控机床仿真系统的总体结构及其各个模块进行了阐述介绍。
第三章是本论文的主要内容，对虚拟数控机床仿真系统的几何模型的建模进行了详细的论述。重点论述了机床零部件几何模型的装配关系、几何模型的建模方法、工件模型的离散等关键技术。
第四章在几何模型的基础上介绍了仿真系统中的运动模型，详细论述了运动模型的坐标系、运动关系的建立、零部件及工件的运动模型在建立过程中和显示过程中所涉及到的关键技术。
第五章根据本系统所采用的建模方法对虚拟数控机床仿真系统的原型进行了研制，设计了一个美观、真实感强、图文声并茂的数控仿真环境；并针对研制过程中涉及到的技术进行了阐述。
最后，作者对本文的研究内容进行了总结，并对虚拟数控机床仿真系统的发展做了展望。
With the rapid development of NC technique and computer graphical technology and the extensive application of computer,NC simulation technology provide an effective tool in order to validate the NC machining program and forecast the machine process.The main purpose of this dissertation is to research and develop virtual NC machine tools simulation system that has very good third dimension, according to existing achievements.
Chapter 1 is the introduction of this dissertation, firstly summarizes virtual manufacturing technology virtual manufacturing system. categories of virtual manufacturing and the main implemented method; Moreover, introduces the characteristic and system structure of virtual NC machine tools.Then,it gives emphasis to present virtual NC machine tools system simulation technology.
Chapter 2 analysis and design the virtual NC machine tools system simulation system with object-oriented method ,and establish total base classes of simulation system. It also introduces the whole configuration and every modules of the simulation system.
Chapter 3 is the key of this paper, particularly discuss the geometric model of virtual NC machine tools system simulation system.It gives emphasis to the assembling relation and the modeling method of the parts and components' geometric model, and scattering of the workpiece model.
Based on the geometric model, Chapter 4 introduces the kinematic model, and primarily discuss the coordinate of the kinematic modeh foundation of the kinematic relation the key technology problems of the parts and components kinematic model for displaying it.
According to the modeling method of this system,chapter 5 develops the prototype of virtual NC machine tools simulation system, and design a beautiful 3D simulating environment which has graphics and music. And some key problem of develop are studied.
Finally, the research contents of this dissertation have been summarized and the prospect of virtual NC machine tools simulation system has been opened up.
引文
[1]肖天元，韩像利等．虚拟制造的定义与关键技术[J]．清华大学学报(自然科学版)，1998，10．
[2]邵立，钟延修．虚拟制造及其应用．上海交通大学学报，1999(7)．
[3]Lawrence Associate Inc. Virtual Manufacturing Technical Work-shop. 1994.
[4]肖天元，郑会永，王新龙，韩向利等．虚拟制造体系结构研究．计算机集成制造系统，1999(1)．
[5]邱智明，陈幼平，周祖德，沈源．虚拟数控机床体系结构研究．华中理工大学学报，1999(8)．
[6]周祖德，陈幼平，邱智明．虚拟数控系统体系结构研究．中国机械工程，1999(10)．
[7]张伯鹏．虚拟机床技术[J]．中国机械工程，1998(11)．
[8]余勤科，岳应娟等．虚拟数控机床技术及其应用．制造业自动化，2001，23(9)．
[9]余勤科．虚拟数控系统关键技术研究．西安电子科技大学，2001年1月．
[10]乔咏梅，张定华，张淼，魏生民．数控仿真技术的回顾与评述．计算机辅助设计与图形学学报，1995(10)．
[11]刘海．数控加工仿真培训系统的研究与开发．南京航空航天大学硕士论文，2002年3月．
[12]冯学飞．数控加工可视化图形仿真系统的研究．南京航空航天大学硕士论文，2002年3月．
[13]伍铁军．数控加工仿真关键技术研究与软件开发．南京航空航天大学博士论文，2001年2月．
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[16]李小平，段正澄，汤漾平．数控加工过程仿真系统的研究．制造业信息化，2000(2)．
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[19]黄星梅，卿海鸽．基于二叉树的装配体数据．湖南大学学报(自然科学版)，2003年4月．
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[23]王启义，葛研军，江渡，卢碧红．基于虚拟制造的数控车削加工仿真技术．大连铁道学院学报，2000(9)．
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[26]曾小慧，吴明华，周济，戴同．数控加工教学仿真系统的设计与开发．组合机床与自动化加工技术，1996(12)．
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