摘 要

目前，我国制造业正在摆脱以生产密集型为主要特征的传统生产方式，逐步向以信息化技术为产业核心的智能化阶段迈进^[1]。加工中心，作为最主要的数控机床之一，对其进行监测是实现制造业智能化的重要一环。现如今，监测系统的种类繁多，但大多数是通过呈现二维数据的方式对设备进行监测。这类监测系统不便于操作者进行状态判断，难以提升机床利用率，不利于实现智能制造。

本文设计了基于虚实融合技术的牧野加工中心虚拟监测系统。该系统运用虚实融合技术，实现了设备状态的三维可视化呈现，解决了目前部分监测系统的呈现方式不够直观、简捷等问题。本文主要从几何仿真、设备状态信息、虚实融合等关键技术出发，借助SolidWorks软件、3DMAX构建虚拟模型，运用Unity3D搭建虚拟场景，最终实现数据从设备到模型的单向流通，为实时数据的呈现提供了更直观、更清晰的展示方式。

本系统具有三维可视化、实时监测、故障预警等功能，具有良好的可维护性、可拓展性，可提高机床利用率、增加生产效率，为之后故障诊断系统的构建提供平台，且为最终构建智能工厂提供基础。

关键词：虚实融合；虚拟监测系统；加工中心；数据模型；几何仿真

Abstract

At present, manufacturing industry of China is moving away from traditional production methods that are characterized by production-intensive production, and is gradually moving toward the intelligent stage where information technology is the core of the industry. The machining center, as the main CNC machine tool, that is an important part of the realization of manufacturing intelligence to monitor it. Nowadays, there are a wide variety of monitoring systems already in use, but they are mainly used to monitor equipment through two-dimensional data presentation. This kind of monitoring system is not convenient for operators to monitor, it is difficult to increase the utilization of machine tools, and it is not conducive to intelligent manufacturing.

This paper designs a virtual monitoring system based on virtual reality for the Makino Processing Center. The system uses virtual reality integration technology to realize the three-dimensional visualization of the equipment state, and solves the problem that the current part of the monitoring system is not intuitive, simple and so on. This paper focuses on key technologies such as geometric simulation and equipment status information. It uses SolidWorks software and 3DMAX to build virtual models. It uses Unity3D to build virtual scenes, and finally realizes one-way flow of data from devices to models, providing more intuitive data for real-time data presentation. Clearer presentation.

The system has three-dimensional visualization, real-time monitoring, fault early warning and other functions, has good maintainability, scalability, improves machine tool utilization, increases production efficiency, provides a platform for the construction of the fault diagnosis system, and ultimately provides the foundation to build intelligence Factory.

Key Words：Virtual Reality Technology, Virtual Monitoring System, Machining Center, Data model, Geometric simulation.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的 1

1.2 研究意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.3.1国外的发展现状 3

1.3.2 国内的发展现状 3

1.4主要研究工作 3

第2章 系统开发原理和需求分析 5

2.1虚实融合技术 5

2.1.1虚实融合技术概述 5

2.1.2虚实融合技术实现 5

2.2系统需求分析和功能设计 6

2.2.1 系统需求分析 6

2.2.2 系统功能设计 7

2.3本章小结 8

第3章 系统的关键技术 9

3.1 几何仿真 9

3.1.1 坐标系选择 9

3.1.2 几何变换 10

3.2 设备状态信息 10

3.2.1 设备状态判定及呈现 10

3.2.2 主要数据模型构建 11

3.3 本章小结 13

第4章 系统的开发设计 14

4.1系统整体架构 14

4.2系统开发流程 16

4.3 系统开发平台及工具 17

4.3.1系统开发平台 17

4.3.2系统开发语言及环境 17

4.3.3系统开发工具 17

4.4本章小结 20

第5章 基于虚实融合的牧野加工中心虚拟监测系统 21

5.1构建系统主体 21

5.1.1 基于 SolidWorks构建系统模型 21

5.1.2 基于3DMAX渲染和优化模型 23

5.1.3 基于Unity3D构建虚实融合环境 24

5.1.2模型文件导入 25

5.2实现系统功能 27

5.2.1设备状态监测模块 27

5.2.2人机交互模块 37

5.2.3 换刀仿真模块 40

5.2 测试系统 41

5.3 本章小结 45

第6章 总结 46

致谢 47

参考文献 48

第1章 绪论

1.1 研究目的

加工中心，集计算机技术、电子技术、网络通信技术、自动控制、机械制造、传感测量等于一体，主要用于加工各种精密、复杂的机械零部件。它的发展与使用在国家经济提升方面发挥着重要作用^[2]。对加工中心进行监测是确保其安全运行，提高其利用率，从而实现数字化工厂的重要措施之一。但目前，我国加工中心监测系统的发展现状仍然不容乐观，具体体现如下：

⑴ 目前我国数控机床监测技术的数字化、智能化、信息化水平相对较低。国内的制造企业过多地关注于数控机床这类设备的数量、性能以及生产率，往往不重视采集、管理、监测数控机床的状态信息和零件的加工参数等有助于优化和提升制造技术的数据。