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Dissertation for the Master Degree in Engineering
THE RESEARCH ON CUTTING
MACHINE BASED ON VR
Candidate: Wang Xu
Supervisor: Associate Prof. Tang Haoxuan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Computer Science and Technology
Affiliation: School puter Science and Technology
Date of Defence: June, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着计算机软硬件的高速发展, 使得计算机模拟仿真技术也得到了长足
的进步。目前这种技术已经广泛应用于航空(海)、医学、电力工业、建筑
业、军事等多个领域,尤其在虚拟制造方面,更是呈现出蓬勃发展,方兴未
艾之势。本文主要探讨的就是虚拟仿真技术在切割机行业中的应用。切割机
仿真是在数控机床上进行的实际加工过程在虚拟环境下的映射。利用虚拟仿
真技术,可以在不需要机床设备、不消耗实际材料的情况下,进行切割机运
动仿真和零件加工模拟,分析零件的可加工性和工序的合理性,从而可以节
省时间和费用,缩短产品从开发设计到制造的周期,提高加工效率。
它应具有如下功能:一是能全面、逼真地反映现实的加工环境和加工过
程。人们可以通过仿真直观地观察全部加工过程;二是对输入的加工零件数
据进行检测,以判断其正确性。三是对零件在板料上的位置进行优化,以节
约板材;四是能对加工中出现的碰撞、干涉等进行检验,并给出报警信息;
五是对产品的加工精度和加工时间进行精确预测,并为宏观仿真提供数据支
持;六是必须具有处理多种产品和多种加工工艺的能力。
为此本文论述了三维场景和切割机实体的建模。使用MultiGenCreaotr
这一实体建模工具是因为它具有独特的层次结构视图、纹理映射技术、实例
化技术、层次细节技术等使数据库模型非常直观、逻辑层次分明,方便了建
模工作。在实体建模的基础上论述了实体的运动学建模: 在计算机上模拟切
割机割炬的运动学、动力学的运动规律。它以反向动力学理论为依据,在已
知零件几何结构和零件在料板上的位置基础上反向推导割炬各关节的空间运
动。
要切割的零件用国际通用的G代码表示,它包含了零件的几何信息和割
炬控制信息。进行实际切割工作之前要先得到零件的G代码,对其正确解
I
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析,并以图形的形式直观的表示出来。但实际切割过程中,零件的加工是批
量的,这就引出了零件的自动套料问题。就是对零件在料板上进行排列组
和,以达到用最少的料板切割所有零件的目的。
关键词切割机仿真自动套料运动建模虚拟现实
II
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The development of software and hardware technologies puter results
in the advancement of simulation. Nowadays, it has been widely applied to the
field of aviation, navigation, medical science, power industry, construction,
military and virtual manufacturing. The thesis mainly deals with simulation in
cutting machine industry, to simulate the cutting process on digital control
machine tool in virtual environment. Simulation technology can analyze the
workability of parts as well as the rationality of process without machine tool and