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1、中文摘要虚拟加工是应用虚拟现实技术实现对加工过程的动态仿真，其目标是实现加工过程在计算机上的真实再现。目前数控机床已经在制造业中得到广泛应用，为了减少由于试切造成的浪费，需要对数控加工过程进行仿真，以虚拟加工的形式在计算机上完成对数控程序的检验；同时采用虚拟加工技术在对数控机床用户进行培训及数控类课程的教学中也能大大提高教学效果。本文以研制高品质虚拟加工系统为目标，对数控车削加工的二维及三维仿真方法进行了深入研究，针对FANUC0-TD数控系统机床在Windows2000/XP平台上运用VisualC+6.0工具开发了初步的虚拟数控车削加工系统。本文主要完成了以下内容：1.运用软件工程方法完成
2、对虚拟数控车削加工系统的总体分析和框架设计，开发了简洁、友好的用户界面。2.分析数控语言结构，借鉴一般计算机高级语言编译技术，对数控程序进行词法分析、语法分析、语义分析，系统地完成对数控程序各种错误的检验。3.采用代码驱动的方式，开发出基于多线程技术的数控加工过程仿真模块，能够对数控程序进行二维和三维加工的动态仿真。二维动画过程采用了异或动画方法，三维仿真过程基于OpenGL图形库，运用其双缓存技术得以实现。4.开发出基于RS232C的串口通信模块，能够实现该系统与实际机床的通信。5.开发了帮助模块，对该系统现有功能和使用方法做出说明。以上研究成果已经全部集成到本人独立开发的虚拟数控车削加工系
3、统之中，其良好的仿真效果、简洁的用户接口和机床通信功能不仅会给数控加工的教学培训带来方便，也将可以运用于生产实践，具有很好的应用前景。关键词：虚拟现实代码翻译OpenGL串口通信 数控车削数控指令ABSTRACT Virtual cutting is a technology which can implement the cutting processes on the computer. Virtual reality used to achieve the dynamic simulation of cutting processes. Nowadays, CNC machine too
4、ls are used widely in manufacturing. In order to reduce the cost of test cuts, the simulation of CNC processes is needed, CNC codes are checked on the computer in virtual cutting. On the other hand, it can also improve greatly the effect of teaching and training of CNC machine tools. The methods of
5、CNC turning simulation in 2D and 3D are discussed in this paper. A high quality virtual CNC turning system has been developed on the platform of Windows2000/XP OS and VC+6.0. This project has been accomplished as follows: 1. The structure of virtual CNC turning system is analyzed and designed by usi
6、ng modern software engineering, succinct and friendly system interface is developed. 2. CNC code structure is analyzed and all kinds of errors in programming can be checked by using lexical analysis, syntax analysis and semantic analysis. 3. The simulation module which used multithreading technology
7、 is developed. By using the code driving method, the processes of CNC turning can be simulated. The 2D process is implemented in the methods of XOR and draw-erase. The 3D simulation is based on OpenGL and implemented by double buffer technology. 4. The serial communication module is designed to achi
8、eve the real time communication between this system and the CNC machine tool. 5. The help system module is designed for users easily getting system helps. With its successful simulation, interface and communication functions, this system will bring great convenience not only in CNC teaching but also
9、 in practice use. Key words:Virtual Reality Code translationOpenGL Serial communication CNC cutting CNC instruction code目 录第1章 绪论11.1虚拟制造技术概述11.2虚拟加工技术的发展及现状51.3课题来源、研究内容及意义7第2章 系统总体框架92.1 系统总体设计92.2 系统主要类介绍102.3 系统界面122.4 系统开发平台132.4.1 Win32多线程技术132.4.2 VC+6.0编程方法152.4.3 OpenGL简介152.4.4 MFC模式下OpenG
10、L编程关键技术162.4.5 系统帮助的开发182.5 本章小结19第3章 数控代码分析203.1 数控语言结构及其特点203.2 数控程序翻译213.2.1词法分析233.2.2语法分析263.2.2语义分析313.2.3执行翻译323.3 本章小结34第4章 虚拟加工过程实现354.1 几何建模技术354.1.1 三维实体建模354.1.2 基于图像空间建模364.1.3 离散矢量建模374.2 插补算法384.2.1逐点比较直线插补394.2.2逐点比较圆弧插补404.3 二维仿真434.3.1 MFC图形编程方法434.3.2 二维动画仿真方法454.4 三维仿真474.4.1建模方法
11、474.4.2双缓存动画技术514.4.3三维仿真算法524.5 加工实例及效果分析534.6 本章小结55第5章 通信功能实现565.1 数控系统的通信565.1.1串口通信基本概念565.1.2数控系统常用串口通信接口标准575.2 串口通信编程方法595.3 虚拟加工系统通信功能实现605.3.1串口通信类605.3.2通信线路连接615.3.3通信协议设置625.3.4通信程序实现635.4 本章小结67第6章 总结与展望686.1 全文总结686.2 展望69参考文献70攻读硕士学位期间发表的论文73致谢74第1章 绪论虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是随着科学和
12、技术的进步、军事和经济的发展而兴起的一门由多学科支撑的新技术，它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理等多种技术综合发展的产物。从本质上讲，虚拟现实是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交换手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。虚拟现实技术具有多感知性、临场感、交互性、自主性等重要特征。21世纪制造业面临市场全球化、需求多样化、环保意识增强等方面的挑战，虚拟现实技术的发展为解决这些问题提供了新的模式。随着虚拟现实技术在制造业中的广泛应用，虚拟设计、虚拟制造、虚拟装配等方面都得到不断深入的研究。虚拟
13、数控加工技术是虚拟制造领域重要的研究方向，通过对数控加工过程的仿真，以虚拟加工的形式在计算机上完成对数控程序的检验，从而替代或减少实际的试切工作，能有效降低产品制造成本。总之运用虚拟现实等现代信息技术对传统制造业进行改造，能大大提升我国制造业信息化程度，对增强我国产品国际竞争力有重要意义。1.1虚拟制造技术概述1.1.1 虚拟制造的概念“虚拟制造”是20世纪90年代初由美国首先提出的一种全新概念，1993年日本学者Onosato、Iwata、Kimura等人对虚拟制造系统进行了进一步描述1,2。 虚拟制造的出现，是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，也是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。
14、但目前虚拟制造技术仍然处于探索阶段，研究人员虽然也开展了不少关于其内涵、体系结构和关键技术的探讨，但国际上还没有对“虚拟制造”概念做出一个统一的定义。不同的研究人员从不同角度出发，给出了各具特点的描述，其中有代表性的包括以下几种3：定义1虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程，其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。（Gloria J.Wiens,University of Florida）定义2虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。（US Air Force Wright Lab）定义3虚拟制
15、造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。（Edward Lin etc,University of Maryland）定义4虚拟制造是利用虚拟现实技术将各种与制造相关的技术集成起来的研究领域，其范围包括从各种设计子功能，如绘图、有限元分析以及原型生成的集成到企业内的各种功能，如计划、加工、控制的集成。（Chetan Sgukla etal.,Department of industrial&system engineering,Florda International University,1996）定义5虚拟制造是提供“在计算机上制造”的能力。本质上，虚拟制造最终将提供建模与仿真环境，其能力足以使任何产品的加工/装配，包括有关的制造过程，可在计算机上仿真。（Lawrence Associate Inc.）通过以上观点可以看出，虚拟制造涉及到多个学科领域，是对这些领域知识的综合集成与应用。可以认为，虚拟制造是利用仿真与虚拟现实技术，在
