虚拟桌面系统在机械加工中的应用

靳晶晶

【摘 要】现代机械制造中，机械加工工件的三维效果很难数字化，造成后期机械加工的质量不高，存在加工过程中的返工现象，本文为了解决这个问题，利用Quest3D三维软件，将既有的机床工艺、刀具工艺、标准工件工艺进行归一化处理，整合成标准的机床模型、刀具模型、标准工件模型，对这些进行优化处理后的三类模型导入到Quest3D软件中，在Quest3D软件中进行虚拟仿真，将这些模型整合成虚拟桌面系统。该虚拟桌面系统的应用，较大提高了机械加工的效率和加工质量，同时该系统可以为机械加工初学者提供学习平台，在该虚拟桌面系统上进行学习和操作，让初学者快速入门。

【关键词】机械加工 Quest3D 虚拟桌面

1 引言

在现代机械工业中，机械加工的复杂度越来越大，机械加工部件的三维效果很难复现，常常会加工制造出来的工件与理想的效果差别很大，如何来解决这个机械加工中的难题，一直是机械加工工程师迫切要解决的问题。Quest3D软件是一个功能强大的交互式的虚拟现实的开发平台，它与同类的软件相比具有强大的渲染效果。虚拟机械加工工艺系统是在虚拟化的机械制造过程中，在没有真实的机械加工场景中能够对机械加工的工件进行虚拟的机械加工三维效果呈现的仿真系统。

本文从机械加工角度出发，把既有的机床工艺、刀具工艺、标准工件工艺进行归一化处理，整合成标准的机床模型、刀具模型、标准工件模型，对这些进行优化处理后的三类模型导入到Quest3D软件中，在Quest3D软件中进行虚拟仿真，为数字化机械制造提供较为可靠的仿真参考，大大提高机械加工的效率和机械产品的加工质量，同时该系统可以为机械加工初学者提供学习平台，初学者在该虚拟桌面系统上进行学习和操作，可以大大提高初学者的学习效率，让初学者快速入门。

2 Quest3D介绍

Quest3D是世界上效果最优秀，功能最强大的三维项目制作软件之一。通过程序控制，它可以应用在游戏研发、虚拟现实制作等众多领域。Quest3D软件具有强大的编辑器，它可以不用写任何代码就可以创建出图形应用程序，与同类型的软件相比，具有最强的性能。Quest3D具有非常强大的图像处理效果，通过它的编辑器不太复杂的编辑就能输出高质量的图像显示效果，它有真实的物理引擎，可以仿真物理模型，还具有支持力反馈的外设设备，Quest3D还具有非常强的网络支撑系统和粒子特效模块。Quest3D有三大模块：编辑器、浏览器和SDK。只要按照Quest3D的接口规范，就可以非常灵活的进行自定义功能的二次开发。Quest3D的Channel编辑器中进行连接和安排相关的Channel，就可以开发出具有复杂功能的仿真设计。

3 系统方案设计

本系统开发在Quest3D平台进行，本系统设计力求简洁、功能强大、高可靠性和易用性。从开始设计引入全局设计概念，从整体布局上考虑到后期的系统维护，以及整个软件系统的易用性。

系统设计由主程序和三个子程序构成。子程序主要包括机床模块、刀具模块和标准工件模块三部分子程序。具体架构如图1所示。

机床模块的开发流程为：首先建立机床的三维模型，然后对机床模型进行归一化处理和对模型进行优化，优化完成后导入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D软件系统中进行详细的机床模块的详细编码设计。

刀具模块的开发流程为：首先对常用的刀具进行分类和整理，然后对整理后的刀具建立三维模型，然后对刀具模型进行归一化处理和对模型进行优化，优化完成后的刀具导入Quest3D引擎，最后在Quest3D软件系统中进行详细的刀具模块的详细编码设计。

标准工件模块的开发流程为：首先对工件进行归纳整理，不同类型的工件进行标准化修正，然后建立标准工件的三维模型，然后对标准工件模型进行归一化处理和对模型进行优化，优化完成后的标准工件导入到Quest3D引擎中，最后在Quest3D软件系统中进行详细的标准工件模块的详细编码设计。

图1 系统设计框架

软件系统界面的设计采用主界面和子界面设计，界面简洁，全部采用简易按钮设计，每个按钮均有相应的文字悬浮提示，让使用者能够快速上手操作，大大提高了系统的易用性，让新的用户能够一边操作一边按照提示进行学习，加快了初学者的学习效率。系统具有较强的扩展性，主程序具有多个独立的系统接口，接口之间相互独立，接口的数量根据后续实际需要进行扩展，预留多个接口可以大大提高系统的扩展性和鲁棒性。

本系统具有多个子程序包，每个子程序与主程序之间均是独立接口，互不干扰，使得系统具有较高的鲁棒性和可靠性。

本虚拟桌面系统在机械加工初学者实践操作中应用了一段时间，比未用该桌面系统的初学者可以缩短20%的时间就可以独立上岗工作。在机械加工中，应用本系统，可以大幅提高机械加工的虚拟仿真效率，大幅提高机械加工设计的工作效率和加工质量。

4 结语

本文主要针对机械加工中存在的三维显示和虚拟仿真问题，利用Quest3D软件平台设计出虚拟桌面系统，在Quest3D软件中进行虚拟仿真，大大提高机械加工的效率和机械产品的加工质量，同时可以满足机械加工初学者在该虚拟桌面系统上进行学习和操作，可以大大提高初学者的学习效率，让初学者快速入门。经过实践检验，本系统可以为初学者缩短20%的时间就可以学成出师独立上岗工作。

参考文献：

[1]郭建.基于虚拟现实技术的车床教学训练系统的研究[J].激光杂志，2013（01）.

[2]傅军团.基于Quest3D的航天发射三维实时显示技术研究与实现[J].装备指挥技术学院学报，2008（04）.

[3]曹逸峰.虚拟机床可视化设计相关技术的研究与应用[J].系统仿真学报，2004（10）.