虛擬桌面系統(tǒng)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

靳晶晶

（中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽 110043）

虛擬桌面系統(tǒng)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

靳晶晶

（中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽 110043）

現(xiàn)代機(jī)械制造中，機(jī)械加工工件的三維效果很難數(shù)字化，造成后期機(jī)械加工的質(zhì)量不高，存在加工過程中的返工現(xiàn)象，本文為了解決這個問題，利用Quest3D三維軟件，將既有的機(jī)床工藝、刀具工藝、標(biāo)準(zhǔn)工件工藝進(jìn)行歸一化處理，整合成標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床模型、刀具模型、標(biāo)準(zhǔn)工件模型，對這些進(jìn)行優(yōu)化處理后的三類模型導(dǎo)入到Quest3D軟件中，在Quest3D軟件中進(jìn)行虛擬仿真，將這些模型整合成虛擬桌面系統(tǒng)。該虛擬桌面系統(tǒng)的應(yīng)用，較大提高了機(jī)械加工的效率和加工質(zhì)量，同時該系統(tǒng)可以為機(jī)械加工初學(xué)者提供學(xué)習(xí)平臺，在該虛擬桌面系統(tǒng)上進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，讓初學(xué)者快速入門。

機(jī)械加工 Quest3D 虛擬桌面

1 引言

在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械加工的復(fù)雜度越來越大，機(jī)械加工部件的三維效果很難復(fù)現(xiàn)，常常會加工制造出來的工件與理想的效果差別很大，如何來解決這個機(jī)械加工中的難題，一直是機(jī)械加工工程師迫切要解決的問題。Quest3D軟件是一個功能強(qiáng)大的交互式的虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)平臺，它與同類的軟件相比具有強(qiáng)大的渲染效果。虛擬機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是在虛擬化的機(jī)械制造過程中，在沒有真實(shí)的機(jī)械加工場景中能夠?qū)C(jī)械加工的工件進(jìn)行虛擬的機(jī)械加工三維效果呈現(xiàn)的仿真系統(tǒng)。

本文從機(jī)械加工角度出發(fā)，把既有的機(jī)床工藝、刀具工藝、標(biāo)準(zhǔn)工件工藝進(jìn)行歸一化處理，整合成標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床模型、刀具模型、標(biāo)準(zhǔn)工件模型，對這些進(jìn)行優(yōu)化處理后的三類模型導(dǎo)入到Quest3D軟件中，在Quest3D軟件中進(jìn)行虛擬仿真，為數(shù)字化機(jī)械制造提供較為可靠的仿真參考，大大提高機(jī)械加工的效率和機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量，同時該系統(tǒng)可以為機(jī)械加工初學(xué)者提供學(xué)習(xí)平臺，初學(xué)者在該虛擬桌面系統(tǒng)上進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，可以大大提高初學(xué)者的學(xué)習(xí)效率，讓初學(xué)者快速入門。

2 Quest3D介紹

Quest3D是世界上效果最優(yōu)秀，功能最強(qiáng)大的三維項(xiàng)目制作軟件之一。通過程序控制，它可以應(yīng)用在游戲研發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)制作等眾多領(lǐng)域。Quest3D軟件具有強(qiáng)大的編輯器，它可以不用寫任何代碼就可以創(chuàng)建出圖形應(yīng)用程序，與同類型的軟件相比，具有最強(qiáng)的性能。Quest3D具有非常強(qiáng)大的圖像處理效果，通過它的編輯器不太復(fù)雜的編輯就能輸出高質(zhì)量的圖像顯示效果，它有真實(shí)的物理引擎，可以仿真物理模型，還具有支持力反饋的外設(shè)設(shè)備，Quest3D還具有非常強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)和粒子特效模塊。Quest3D有三大模塊：編輯器、瀏覽器和SDK。只要按照Quest3D的接口規(guī)范，就可以非常靈活的進(jìn)行自定義功能的二次開發(fā)。Quest3D的Channel編輯器中進(jìn)行連接和安排相關(guān)的Channel，就可以開發(fā)出具有復(fù)雜功能的仿真設(shè)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)開發(fā)在Quest3D平臺進(jìn)行，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)力求簡潔、功能強(qiáng)大、高可靠性和易用性。從開始設(shè)計(jì)引入全局設(shè)計(jì)概念，從整體布局上考慮到后期的系統(tǒng)維護(hù)，以及整個軟件系統(tǒng)的易用性。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由主程序和三個子程序構(gòu)成。子程序主要包括機(jī)床模塊、刀具模塊和標(biāo)準(zhǔn)工件模塊三部分子程序。具體架構(gòu)如圖1所示。

機(jī)床模塊的開發(fā)流程為：首先建立機(jī)床的三維模型，然后對機(jī)床模型進(jìn)行歸一化處理和對模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完成后導(dǎo)入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D軟件系統(tǒng)中進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)床模塊的詳細(xì)編碼設(shè)計(jì)。

刀具模塊的開發(fā)流程為：首先對常用的刀具進(jìn)行分類和整理，然后對整理后的刀具建立三維模型，然后對刀具模型進(jìn)行歸一化處理和對模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完成后的刀具導(dǎo)入Quest3D引擎，最后在Quest3D軟件系統(tǒng)中進(jìn)行詳細(xì)的刀具模塊的詳細(xì)編碼設(shè)計(jì)。

標(biāo)準(zhǔn)工件模塊的開發(fā)流程為：首先對工件進(jìn)行歸納整理，不同類型的工件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化修正，然后建立標(biāo)準(zhǔn)工件的三維模型，然后對標(biāo)準(zhǔn)工件模型進(jìn)行歸一化處理和對模型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完成后的標(biāo)準(zhǔn)工件導(dǎo)入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D軟件系統(tǒng)中進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)工件模塊的詳細(xì)編碼設(shè)計(jì)。

軟件系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)采用主界面和子界面設(shè)計(jì)，界面簡潔，全部采用簡易按鈕設(shè)計(jì)，每個按鈕均有相應(yīng)的文字懸浮提示，讓使用者能夠快速上手操作，大大提高了系統(tǒng)的易用性，讓新的用戶能夠一邊操作一邊按照提示進(jìn)行學(xué)習(xí)，加快了初學(xué)者的學(xué)習(xí)效率。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，主程序具有多個獨(dú)立的系統(tǒng)接口，接口之間相互獨(dú)立，接口的數(shù)量根據(jù)后續(xù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，預(yù)留多個接口可以大大提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性和魯棒性。

本系統(tǒng)具有多個子程序包，每個子程序與主程序之間均是獨(dú)立接口，互不干擾，使得系統(tǒng)具有較高的魯棒性和可靠性。

本虛擬桌面系統(tǒng)在機(jī)械加工初學(xué)者實(shí)踐操作中應(yīng)用了一段時間，比未用該桌面系統(tǒng)的初學(xué)者可以縮短20%的時間就可以獨(dú)立上崗工作。在機(jī)械加工中，應(yīng)用本系統(tǒng)，可以大幅提高機(jī)械加工的虛擬仿真效率，大幅提高機(jī)械加工設(shè)計(jì)的工作效率和加工質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文主要針對機(jī)械加工中存在的三維顯示和虛擬仿真問題，利用Quest3D軟件平臺設(shè)計(jì)出虛擬桌面系統(tǒng)，在Quest3D軟件中進(jìn)行虛擬仿真，大大提高機(jī)械加工的效率和機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量，同時可以滿足機(jī)械加工初學(xué)者在該虛擬桌面系統(tǒng)上進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，可以大大提高初學(xué)者的學(xué)習(xí)效率，讓初學(xué)者快速入門。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，本系統(tǒng)可以為初學(xué)者縮短20%的時間就可以學(xué)成出師獨(dú)立上崗工作。

［1］郭建.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的車床教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的研究［J］.激光雜志，2013（01）.

［2］傅軍團(tuán).基于Quest3D的航天發(fā)射三維實(shí)時顯示技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008（04）.

［3］曹逸峰.虛擬機(jī)床可視化設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2004（10）.