虛擬桌面系統在機械加工中的應用

靳晶晶

【摘 要】現代機械制造中，機械加工工件的三維效果很難數字化，造成后期機械加工的質量不高，存在加工過程中的返工現象，本文為了解決這個問題，利用Quest3D三維軟件，將既有的機床工藝、刀具工藝、標準工件工藝進行歸一化處理，整合成標準的機床模型、刀具模型、標準工件模型，對這些進行優化處理后的三類模型導入到Quest3D軟件中，在Quest3D軟件中進行虛擬仿真，將這些模型整合成虛擬桌面系統。該虛擬桌面系統的應用，較大提高了機械加工的效率和加工質量，同時該系統可以為機械加工初學者提供學習平臺，在該虛擬桌面系統上進行學習和操作，讓初學者快速入門。

【關鍵詞】機械加工 Quest3D 虛擬桌面

1 引言

在現代機械工業中，機械加工的復雜度越來越大，機械加工部件的三維效果很難復現，常常會加工制造出來的工件與理想的效果差別很大，如何來解決這個機械加工中的難題，一直是機械加工工程師迫切要解決的問題。Quest3D軟件是一個功能強大的交互式的虛擬現實的開發平臺，它與同類的軟件相比具有強大的渲染效果。虛擬機械加工工藝系統是在虛擬化的機械制造過程中，在沒有真實的機械加工場景中能夠對機械加工的工件進行虛擬的機械加工三維效果呈現的仿真系統。

本文從機械加工角度出發，把既有的機床工藝、刀具工藝、標準工件工藝進行歸一化處理，整合成標準的機床模型、刀具模型、標準工件模型，對這些進行優化處理后的三類模型導入到Quest3D軟件中，在Quest3D軟件中進行虛擬仿真，為數字化機械制造提供較為可靠的仿真參考，大大提高機械加工的效率和機械產品的加工質量，同時該系統可以為機械加工初學者提供學習平臺，初學者在該虛擬桌面系統上進行學習和操作，可以大大提高初學者的學習效率，讓初學者快速入門。

2 Quest3D介紹

Quest3D是世界上效果最優秀，功能最強大的三維項目制作軟件之一。通過程序控制，它可以應用在游戲研發、虛擬現實制作等眾多領域。Quest3D軟件具有強大的編輯器，它可以不用寫任何代碼就可以創建出圖形應用程序，與同類型的軟件相比，具有最強的性能。Quest3D具有非常強大的圖像處理效果，通過它的編輯器不太復雜的編輯就能輸出高質量的圖像顯示效果，它有真實的物理引擎，可以仿真物理模型，還具有支持力反饋的外設設備，Quest3D還具有非常強的網絡支撐系統和粒子特效模塊。Quest3D有三大模塊：編輯器、瀏覽器和SDK。只要按照Quest3D的接口規范，就可以非常靈活的進行自定義功能的二次開發。Quest3D的Channel編輯器中進行連接和安排相關的Channel，就可以開發出具有復雜功能的仿真設計。

3 系統方案設計

本系統開發在Quest3D平臺進行，本系統設計力求簡潔、功能強大、高可靠性和易用性。從開始設計引入全局設計概念，從整體布局上考慮到后期的系統維護，以及整個軟件系統的易用性。

系統設計由主程序和三個子程序構成。子程序主要包括機床模塊、刀具模塊和標準工件模塊三部分子程序。具體架構如圖1所示。

機床模塊的開發流程為：首先建立機床的三維模型，然后對機床模型進行歸一化處理和對模型進行優化，優化完成后導入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D軟件系統中進行詳細的機床模塊的詳細編碼設計。

刀具模塊的開發流程為：首先對常用的刀具進行分類和整理，然后對整理后的刀具建立三維模型，然后對刀具模型進行歸一化處理和對模型進行優化，優化完成后的刀具導入Quest3D引擎，最后在Quest3D軟件系統中進行詳細的刀具模塊的詳細編碼設計。

標準工件模塊的開發流程為：首先對工件進行歸納整理，不同類型的工件進行標準化修正，然后建立標準工件的三維模型，然后對標準工件模型進行歸一化處理和對模型進行優化，優化完成后的標準工件導入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D軟件系統中進行詳細的標準工件模塊的詳細編碼設計。

圖1 系統設計框架

軟件系統界面的設計采用主界面和子界面設計，界面簡潔，全部采用簡易按鈕設計，每個按鈕均有相應的文字懸浮提示，讓使用者能夠快速上手操作，大大提高了系統的易用性，讓新的用戶能夠一邊操作一邊按照提示進行學習，加快了初學者的學習效率。系統具有較強的擴展性，主程序具有多個獨立的系統接口，接口之間相互獨立，接口的數量根據后續實際需要進行擴展，預留多個接口可以大大提高系統的擴展性和魯棒性。

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

本虛擬桌面系統在機械加工初學者實踐操作中應用了一段時間，比未用該桌面系統的初學者可以縮短20%的時間就可以獨立上崗工作。在機械加工中，應用本系統，可以大幅提高機械加工的虛擬仿真效率，大幅提高機械加工設計的工作效率和加工質量。

4 結語

本文主要針對機械加工中存在的三維顯示和虛擬仿真問題，利用Quest3D軟件平臺設計出虛擬桌面系統，在Quest3D軟件中進行虛擬仿真，大大提高機械加工的效率和機械產品的加工質量，同時可以滿足機械加工初學者在該虛擬桌面系統上進行學習和操作，可以大大提高初學者的學習效率，讓初學者快速入門。經過實踐檢驗，本系統可以為初學者縮短20%的時間就可以學成出師獨立上崗工作。

參考文獻：

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