基于Virtools的数控加工中心虚拟加工系统


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1概述

数控加工中心是现代制造业生产加工的重要设备之一,培养优秀的数控加工中心操作工成为相关教育机构的迫切任务,但是数控加工中心操作难度大,具有危险性,若操作不当I可能对人身和加工中心造成不可逆转的伤害。数控加工中心的虚拟加工系统能够有效避免真实的人身和加工中心伤害,尤其对于初学者来说非常适用,加之虚拟现实技术的飞速发展和广泛应用,使得此类系统的研宄成为现实。浙江大学山东大学陕西科技大学等高校的学者对此都进行了一定的研K,设计开发了数控车床、加工中心的仿真系统,或是用于数控加工的教学系统。

但是上述文献所涉及的虚拟加工系统多存在仿真效果不理想,沉浸感不$等问题,^此,本文特利用虚拟现实技术的31 (immersioihinteraction, imagination)特性,基干 Virtools软件平台,结合计算机、三g体投影设备、立体眼镜、音响等硬件设施,〇发孓一个数控加工中心的虚拟加工《统。该系统机用3DSMax建立数控床的三维P型,运用Virtools实现加工中心运动真,并使物理模块实现了刀^工件和加工中心的碰撞检测。 

2虚拟加工系统的设计

系统由计算机、BARCOGemini立体投影系统、立体眼镜、音响等硬件设备构成.系统结构图如图1所示。该系统可完成数控铁床^^板的基本操作仿真、零件的安装和拆卸仿真、加工中心切削加工运动仿真等内容,具体功能框架如图2所示。数控加工中心及刀具、工件的三维模型由3DS Max软件建立,导入Virtools中进行加工中心的运动仿真和人机交互功能的实现。

3数控加工中心的运动仿真

3. 1加工中心面板操作仿真

数控加工中心操作者主要是通过数控加工中心的面板与加工中心进行交互并完成零件的加工的。本文所开发的虚拟加工系统是在型号为XD-40A的三轴数控加工中心的基础上进行的,所用操作面板是FANUCSeriesOi系列面板。用户通过鼠标和键盘与系统进行人机交互,用户点击鼠标进行按钮相关操作,也可通过键盘进行参数的输入,参数将存入相应的数组中,结果将实时显示在显示屏上。图3是某按钮操作的流程图^

3. 2工件装卸过程仿真

本系统设置了长方体和圆柱体两种毛坯形状,用户可以选择所需毛坯类型并控制毛坯的尺寸。若需要其他类型的毛坯,可通过系统预留的接口导入毛坯的三维模型。系统的夹具有平口钳和三爪卡盘两种,可通过鼠标、键盘与系统进行交互来实现工件的安装和拆卸,安装毛坯的流程图如图4所示,若需要其他专用夹具,可通过系统预留接口导入夹具的三维模型。3. 3加工中心切削运动仿真

切削运动的实质是刀具相对于工件进行运动的结果,系统根据用户输入的G代码判断刀具的运动轨迹,实现工件的切削加工。在加工的过程中,运用Virtools自带的物理模块进行碰撞检测,以防止刀具和加工中心的碰撞而发生损坏。

4系统仿真

用户利用本系统进行虚拟加工时,通过鼠标键盘进行信息的输入和对系统的控制,佩戴立体眼镜通过三维投影设备观察整个加工的过程的实现。进入系统之后首先进行毛坯的设置和安装,并选择合适的加工刀具;然后通过控制面板完成对刀操作并设置刀补,利用鼠标键盘通过控制面板输入加工程序,按下启动按钮进行工件的加工;加工完毕之后进行零件的拆卸,并以全屏模式观察零件的加工结果。

5结束语

本文利用3ds maxvirtools等软件,配备计算机、三维投影设备、立体眼镜等硬件设施,开发了一个数控加工中心的虚拟加工系统。依据真实加工中心进行相关模型的建立,并通过贴图处理和环境配置提高了系统的真实感,三维投影设备和立体眼镜的使用增加了系统的沉浸感。系统的整个仿真过程符合实际加工的顺序,能够使用户操作数控加工中心的能力得到很好的锻炼,同时避免了的危险的发生及加工中心的损坏。若想进一步提升系统的交互性和沉浸感,可加入数据手套完成人机交互过程,这也是下一步的研究方向之一。

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