孫夢(mèng)

基于Quest3D的齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)研究

孫夢(mèng)

（長(zhǎng)安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064）

為解決機(jī)械類學(xué)生對(duì)齒輪加工實(shí)驗(yàn)的需求，基于Quest3D圖形化編程開發(fā)平臺(tái)，將齒輪加工工藝流程與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效結(jié)合，建立了齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)分為三維場(chǎng)景模型、機(jī)械加工工藝系統(tǒng)模型、機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制模塊、人機(jī)交互模塊四個(gè)部分，展示了齒輪制造與加工的完整工藝流程，能夠從多視角多層級(jí)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程進(jìn)行模擬展示。該系統(tǒng)的應(yīng)用彌補(bǔ)了理論教學(xué)的不足，真正實(shí)現(xiàn)虛擬人機(jī)交互，可為目前高校的虛擬仿真教學(xué)研究提供工程實(shí)例參考。

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)；齒輪加工；Quest3D；人機(jī)交互

齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要核心零件[1]，其相關(guān)知識(shí)在機(jī)械專業(yè)的課程與實(shí)驗(yàn)中占有很大比重。而齒輪制造加工工藝復(fù)雜、涉及多種機(jī)床與裝備，實(shí)際實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)需要工廠式的生產(chǎn)車間來(lái)匹配完成[2]，并且對(duì)學(xué)生的操作水平要求較高。大多學(xué)校在實(shí)際教學(xué)中無(wú)法滿足學(xué)生親手進(jìn)行加工的實(shí)驗(yàn)條件[3]，因此借助虛擬仿真技術(shù)對(duì)齒輪零件進(jìn)行模擬加工能夠很好解決上述問(wèn)題[4]。

隨著教育部啟動(dòng)“新工科”發(fā)展研究工作[5]，提出了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)工作，國(guó)內(nèi)各高校紛紛引進(jìn)與開發(fā)虛擬加工系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)[6]。桌面式虛擬加工系統(tǒng)[7]對(duì)硬件要求低、可基于普通PC平臺(tái)顯示，得到了廣泛應(yīng)用。如沈陽(yáng)理工大學(xué)的李興山[8]結(jié)合VRML與JavaScript交互技術(shù)、開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真、模擬裝配等功能的虛擬機(jī)床加工仿真系統(tǒng)。重慶大學(xué)羅求順等[9]基于Quest3D軟件開發(fā)了一套針對(duì)于鉆床加工的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，用于鉆床教學(xué)培訓(xùn)。肖元昭等[10]基于 OpenGL與VC++建立了虛擬數(shù)控車床加工系統(tǒng)，模擬機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真及加工切削仿真。長(zhǎng)安大學(xué)的常鵬[11]提出了一種融合半物理仿真思想的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一款面向四軸加工中心的半物理仿真系統(tǒng)。

以上研究中的虛擬加工系統(tǒng)更著重針對(duì)各類機(jī)床的模擬操作，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)特定零件制造加工整體流程的模擬，這樣不利于學(xué)生了解掌握零件整體加工流程和工藝內(nèi)容。并且目前大多系統(tǒng)基于基礎(chǔ)編程語(yǔ)言開發(fā)，開發(fā)周期長(zhǎng)、難度大、不便于修改[12-13]。因此，本文基于Quest3D軟件，提出并開發(fā)了一套桌面式齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成齒輪加工中的多種機(jī)床與設(shè)備，涵蓋齒輪從生產(chǎn)制造到機(jī)械加工的全過(guò)程，便于學(xué)生直觀了解齒輪制造加工過(guò)程、熟悉齒輪加工機(jī)床的使用與操作方法，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。另外，該系統(tǒng)的開發(fā)不需要編寫大量復(fù)雜代碼，可以.exe格式文件安裝運(yùn)行，極大的提高了開發(fā)效率并且不受時(shí)間地點(diǎn)限制，更加方便教學(xué)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由三維場(chǎng)景模型、機(jī)械加工工藝系統(tǒng)模型、機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制編程模塊、人機(jī)交互模塊四部分組成。

三維場(chǎng)景模型主要指燈光、相機(jī)等系統(tǒng)場(chǎng)景模型，便于用戶從不同角度、距離對(duì)機(jī)床進(jìn)行觀察與操作。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)模型中包含機(jī)床、刀具、工件、夾具的三維模型，是實(shí)現(xiàn)虛擬加工的主體部分。機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制模塊包含了機(jī)床各分運(yùn)動(dòng)的制作與控制，從而實(shí)現(xiàn)工件的機(jī)械加工。人機(jī)交互模塊主要用于用戶與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，用戶通過(guò)該模塊進(jìn)行系統(tǒng)控制并觀察運(yùn)行結(jié)果。

圖1 系統(tǒng)總框架

1.2 齒輪加工工藝流程與機(jī)床運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)中的加工工藝流程分為鍛造制坯、正火、車削加工、滾齒加工、熱處理和磨齒加工六個(gè)步驟模塊[14]。其中，鍛造制坯、正火、熱處理三個(gè)步驟模塊在系統(tǒng)中以文字和圖片的形式展示。在車削加工、滾齒加工以及磨齒加工三個(gè)步驟模塊中建立機(jī)床模型，制作機(jī)床交互運(yùn)動(dòng)，用戶可以在虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)中利用鼠標(biāo)模擬操作機(jī)床對(duì)齒輪的加工過(guò)程。

機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)通常分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)為產(chǎn)生主要加工效果的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指維持加工效果得以繼續(xù)的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)不同步驟模塊加工機(jī)床的各個(gè)分運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制作。車床主運(yùn)動(dòng)為齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為刀架帶動(dòng)車刀的連續(xù)直線運(yùn)動(dòng)；滾齒加工主運(yùn)動(dòng)為滾刀的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為滾刀作軸向的直線運(yùn)動(dòng)，滾齒加工還需要一個(gè)展成運(yùn)動(dòng)，即由滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成的復(fù)合表面成形運(yùn)動(dòng)；磨床主運(yùn)動(dòng)為主軸帶動(dòng)砂輪的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指砂輪徑向往復(fù)磨削齒廓運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)為磨削兩齒槽之間的分度過(guò)程。

2 系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程

齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)以Quest3D軟件為開發(fā)平臺(tái)，首先利用SolidWorks對(duì)機(jī)床、刀具等進(jìn)行三維建模，所建模型通過(guò)3dmax進(jìn)行簡(jiǎn)化并導(dǎo)入Quest3D中進(jìn)行后續(xù)可視化編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各部件的運(yùn)動(dòng)。最后將各部分子系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行整合完善，制作完成虛擬仿真系統(tǒng)導(dǎo)出發(fā)布。系統(tǒng)開發(fā)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)流程圖

2.1 三維場(chǎng)景的搭建

基本三維場(chǎng)景包含燈光、相機(jī)與三維物體。燈光起照明作用，便于用戶對(duì)機(jī)床整體有所掌控。相機(jī)模塊使得用戶視角根據(jù)相機(jī)角度的變化而變化。參照機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，建立車床、滾齒機(jī)、齒輪磨床及相應(yīng)刀具、夾具三維模型，將簡(jiǎn)化模型以.X格式導(dǎo)入Quest3D中。

利用Quest3D軟件進(jìn)行系統(tǒng)三維場(chǎng)景搭建。三維場(chǎng)景的搭建以Start 3DScene模塊作為程序起點(diǎn)，連入3D Render，將物體、光源、攝像機(jī)連接到該模塊下，根據(jù)燈光的照明情況增加光源數(shù)量，調(diào)整燈光的位置與角度。

2.2 運(yùn)動(dòng)制作與控制編程

在Quest3D中，物體的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)改變其位置、旋轉(zhuǎn)、尺寸、表面紋理坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)制作好機(jī)床不同部件的運(yùn)動(dòng)后，加入運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制變量的不同，控制編程分為數(shù)值控制、時(shí)間控制、復(fù)合控制與邏輯控制四類。

2.2.1 運(yùn)動(dòng)制作

物體運(yùn)動(dòng)由Motion模塊實(shí)現(xiàn)。Motion模塊下連接三個(gè)向量分別定義了物體在空間中的位置信息、旋轉(zhuǎn)信息和尺寸信息，如圖3所示。通過(guò)改變?nèi)齻€(gè)向量下級(jí)連接的、、值改變物體的位置、旋轉(zhuǎn)以及大小。

圖3 Motion模塊結(jié)構(gòu)

物體運(yùn)動(dòng)原理為矩陣變換，物體從位置到位置計(jì)算公式為：

物體的基本運(yùn)動(dòng)分為移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及父子運(yùn)動(dòng)。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

（1）實(shí)現(xiàn)物體移動(dòng)需要Envelope模塊，、、三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)需分別實(shí)現(xiàn)，圖4為通過(guò)Envelope模塊在方向上設(shè)置的運(yùn)動(dòng)曲線圖。通過(guò)插入關(guān)鍵幀，將物體不同時(shí)刻的位置以坐標(biāo)的形式儲(chǔ)存，坐標(biāo)圖的橫軸為輸入控制值，縱軸為物體坐標(biāo)位置值。將數(shù)值記錄在Envelope中，物體就會(huì)沿著已封存的運(yùn)動(dòng)曲線移動(dòng)。

圖4 Envelope移動(dòng)曲線圖

實(shí)現(xiàn)物體旋轉(zhuǎn)需要loop relative value模塊。物體旋轉(zhuǎn)就是其角度值從0～360°不斷循環(huán)變化，在該模塊下連接三個(gè)value值，分別代表循環(huán)初始值、終止值、以及循環(huán)增減量。將該模塊快捷方式連接到物體旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中旋轉(zhuǎn)軸的下方，可實(shí)現(xiàn)物體繞該軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

（2）機(jī)床部件間同步的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系稱為父子關(guān)系。實(shí)現(xiàn)父子運(yùn)動(dòng)需要Motion模塊層級(jí)級(jí)聯(lián)。比如，滾刀裝在滾刀架上，刀架上下移動(dòng)時(shí)會(huì)附帶著滾刀一起運(yùn)動(dòng)，而滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則不受影響，定義刀架運(yùn)動(dòng)為父運(yùn)動(dòng)，滾刀運(yùn)動(dòng)為子運(yùn)動(dòng)。將父物體的Motion模塊連接到子物體運(yùn)動(dòng)模塊的最后一個(gè)接口便實(shí)現(xiàn)兩者的同步運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 控制編程

物體運(yùn)動(dòng)的控制編程分為數(shù)值控制、時(shí)間控制、復(fù)合控制與邏輯控制等四類。實(shí)現(xiàn)方法及流程如下所述：

（1）數(shù)值控制

物體運(yùn)動(dòng)的數(shù)值控制編程流程如圖5所示。用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤的輸入引發(fā)觸發(fā)器，會(huì)把Set Value下方左邊的值賦給右邊，數(shù)值0、1分別控制物體的始末位置，右邊的Value值就是Envelope里儲(chǔ)存運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)值。這樣就實(shí)現(xiàn)用戶控制物體坐標(biāo)的改變，也就實(shí)現(xiàn)了物體的運(yùn)動(dòng)。

圖5 數(shù)值控制流程

（2）時(shí)間控制

物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間控制編程流程如圖6所示。時(shí)間控制需要Timer Command，該通道可對(duì)其子連接對(duì)應(yīng)的起始和結(jié)束時(shí)間段進(jìn)行控制。當(dāng)用戶輸入觸發(fā)信號(hào)后，時(shí)間計(jì)時(shí)器開始工作，通過(guò)時(shí)間控制物體按照Envelope中的曲線運(yùn)動(dòng)。

2.2 家系Ⅱ 檢出致病基因?yàn)镃DH23基因的c.7240-1G>A和c.7252G>A兩個(gè)位點(diǎn)復(fù)合雜合突變；2名耳聾患者(Ⅱ2、Ⅱ3)視力、視野、眼底檢查未見異常。CDH23基因c.7252G>A位點(diǎn)突變?yōu)閲?guó)內(nèi)首報(bào)新突變位點(diǎn)，結(jié)果、家系圖及測(cè)序突變。見表1、表2、圖1、圖2。

圖6 時(shí)間控制流程

（3）復(fù)合控制

物體運(yùn)動(dòng)的復(fù)合控制編程流程如圖7所示。復(fù)合控制是指由不同變量控制物體的運(yùn)動(dòng)，例如刀架帶動(dòng)滾刀在快進(jìn)快退運(yùn)動(dòng)時(shí)，其豎直方向上的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是由時(shí)間控制運(yùn)動(dòng)的快慢；而滾刀在實(shí)際切削時(shí)，其運(yùn)動(dòng)應(yīng)由工件旋轉(zhuǎn)的角度控制，即工作臺(tái)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，滾刀架在豎直方向的移動(dòng)。因此滾刀在該方向上需要兩個(gè)Envelope去儲(chǔ)存這兩種運(yùn)動(dòng)，用不同變量進(jìn)行控制。

圖7 復(fù)合控制流程

（4）邏輯控制

物體運(yùn)動(dòng)的邏輯控制編程模塊流程如圖8。邏輯控制主要用于滾齒加工中的展成運(yùn)動(dòng)，滾刀和工件的嚙合運(yùn)動(dòng)必須要準(zhǔn)確滿足定比傳動(dòng)，即滾刀每轉(zhuǎn)1/轉(zhuǎn)，工件應(yīng)轉(zhuǎn)1/轉(zhuǎn)，滾刀每轉(zhuǎn)一圈（＋6.28），齒輪轉(zhuǎn)1/圈（＋0.184）。把計(jì)算后的值通過(guò)Set Value存放在一個(gè)新value中，這個(gè)Value值就是物體旋轉(zhuǎn)中的循環(huán)增加值，這樣就能實(shí)現(xiàn)每當(dāng)有條件觸發(fā)時(shí)，滾刀與齒輪同步運(yùn)動(dòng)并且其循環(huán)增加值不斷更新。

圖8 邏輯編程流程

2.3 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

2.3.1 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

齒輪加工6項(xiàng)工藝過(guò)程中包括3項(xiàng)機(jī)床加工過(guò)程和3項(xiàng)工藝處理過(guò)程。每個(gè)工藝流程作為一個(gè)子系統(tǒng)模塊進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。

機(jī)床運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)中的人機(jī)交互界面利用Quest3D中GUI模塊進(jìn)行制作，用戶能夠控制機(jī)床各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)。人機(jī)交互界面區(qū)域分為三部分：中間用于展示機(jī)床的三維場(chǎng)景模型，左方設(shè)計(jì)了控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的相關(guān)按鈕，右方為文字顯示區(qū)域，將采集到的機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)以數(shù)據(jù)形式展示在界面中，便于使用者通過(guò)數(shù)據(jù)定性了解齒輪加工工藝過(guò)程。

對(duì)于不涉及加工機(jī)床的工藝流程子系統(tǒng)界面則采用圖片展示與文字介紹相結(jié)合的方式進(jìn)行說(shuō)明。界面左邊設(shè)置文字說(shuō)明區(qū)域，右邊設(shè)計(jì)工藝流程過(guò)程圖片展示。

2.3.2 系統(tǒng)切換設(shè)計(jì)

虛擬仿真系統(tǒng)的整合與切換運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)channel，該通道可簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)中子程序之間的切換。首先，將所需模塊連接到有限狀態(tài)機(jī)通道下，第一類子連接下連接觸發(fā)數(shù)值模塊，即各子系統(tǒng)界面相對(duì)應(yīng)的特定pressed模塊。第二類子連接下連接需要被觸發(fā)的模塊，即每一個(gè)子系統(tǒng)界面的三維scene。其次，需要建立系統(tǒng)之間的樹狀關(guān)系結(jié)構(gòu)，兩界面之間通常為雙向關(guān)系，通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕進(jìn)入或返回其他界面。

3 系統(tǒng)仿真實(shí)例

以.exe的格式發(fā)布導(dǎo)出得到齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。在各機(jī)床子界面系統(tǒng)中，通過(guò)上下滑動(dòng)鼠標(biāo)中間滾輪將機(jī)床模型進(jìn)行放大縮小，通過(guò)長(zhǎng)按鼠標(biāo)右鍵移動(dòng)來(lái)控制機(jī)床的旋轉(zhuǎn)，從而從多角度詳細(xì)的觀察加工過(guò)程。圖9為滾齒加工子系統(tǒng)界面。界面右側(cè)為文字顯示區(qū)域，用來(lái)顯示刀具及工件的部分參數(shù)、動(dòng)態(tài)坐標(biāo)、進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速等。界面左側(cè)顯示機(jī)床的加工流程中的工件旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)移動(dòng)、道具進(jìn)給、滾刀切削等運(yùn)動(dòng)控制按鈕。圖10為鍛造工藝子系統(tǒng)界面。界面左側(cè)展示鍛造的下料、胚料加熱、墩粗、沖孔、修整鍛件與冷卻工藝流程的要點(diǎn)。界面右側(cè)展示相關(guān)工藝加工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖片。

該系統(tǒng)可以幫助學(xué)生借助計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行齒輪加工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，加深理論課程的理解，直觀真切的觀看全過(guò)程，并能掌握加工參數(shù)和工藝要點(diǎn)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

圖9 滾齒加工子系統(tǒng)界面

圖10 鍛造工藝子系統(tǒng)界面

4 結(jié)語(yǔ)

（1）齒輪加工虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)可使學(xué)生在可視化環(huán)境下對(duì)齒輪加工的流程、工藝及機(jī)床的操作進(jìn)行模擬和學(xué)習(xí)，利于學(xué)生掌握齒輪加工的相關(guān)內(nèi)容、分析加工參數(shù)的合理性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的缺點(diǎn)與不足，在教學(xué)中達(dá)到良好效果；同時(shí)該系統(tǒng)的開發(fā)也對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合起到了良好的推動(dòng)作用。

（2）系統(tǒng)以.exe格式導(dǎo)出，可基于普通PC平臺(tái)安裝運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的配置要求較低。該系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合，具有實(shí)時(shí)性和便捷性，在高校企業(yè)的教學(xué)培訓(xùn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

（3）該虛擬教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)開發(fā)利用Quest3D中自帶的構(gòu)建模塊進(jìn)行圖形化編程，避免了基于基礎(chǔ)語(yǔ)言開發(fā)的繁瑣編程過(guò)程，具有開發(fā)周期短、效率高等特點(diǎn)。便于根據(jù)教學(xué)使用情況進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，還可拓展增加新模塊來(lái)滿足仿真教學(xué)的要求。

[1]侯志敏，盧春霞，王洪喜. 齒輪智造虛擬工廠實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J]. 教育現(xiàn)代化，2019，6（77）：168-171，190.

[2]王成，楊波，劉海. 齒輪機(jī)構(gòu)認(rèn)知虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（8）：102-105.

[3]Yongxiang Li，Xiaoping Lu，Cong Yu，et al. Research and application of the virtual simulation system teaching method in NC machining course[J]. International Journal of Modeling Simulation & Scientific Computing，2018，9（1）：1850007.1-1850007.17

[4]Peter Monka，Sergej Hloch. Information Engineering Research Institute，USA. Proceedings of 2013 International Conference on Advanced Materials & Sports Equipment Design（AMSED 2013）[C]. Information Engineering Research Institute，2013.

[5]奎曉燕，劉衛(wèi)國(guó)，郭克華，等. 構(gòu)建智能型虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，推進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)改革[J]. 計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2018，40（S1）：12-15.

[6]明仲，蔡茂國(guó)，朱安民. 虛實(shí)結(jié)合建設(shè)高水平虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017，36（11）：146-150，165.

[7]商執(zhí)億. 基于Unity3D的五軸加工中心虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].裝備制造技術(shù)，2019（11）：145-148.

[8]李興山. 基于Web的虛擬機(jī)床加工仿真研究[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011（4）：100-103.

[9]羅求順，張其，郭建，等基于Quest3D的鉆床加工虛擬教學(xué)系統(tǒng)的研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2015，51（9）：262-266.

[10]肖元昭，岳磊. 基于OpenGL的虛擬數(shù)控車床加工仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 河南科技，2017（19）：71-72.

[11]常鵬，王國(guó)慶，盧化龍，等. 基于半物理仿真的四軸加工中心虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（11）：117-120.

[12]黃偉峰. Web 3D技術(shù)的應(yīng)用比較[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2014，10（31）：7274-7275.

[13]Malik，Masood，Bilberg. Virtual reality in manufacturing: immersive and collaborative artificial-reality in design of human-robot workspace[J]. International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2020，33（1）：22-37

[14]魯云鵬. 齒輪工藝方案的分析及研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（7）：129-130.

Research and Application on Virtual Simulation Teaching System of Gear Machining Based on Quest3D

SUN Meng

( School of Construction Machinery,Chang'an University, Xi'an 710064, China )

In order to meet the needs of mechanical students for gear processing experiments, by using the Quest3D graphical programming development platform, a virtual simulation teaching system for gear processing which combines the gear processing process with virtual reality technology is established. The system is divided into four parts: 3D scene module, machining process system module, machine tool motion control module, human-machine interaction module, which shows the complete process of gear manufacturing and machining is shown in detail and can simulate the machine movement as well as the machining process from multiple perspectives and levels. The application of the system makes up for the shortage of theoretical teaching and truly realizes the virtual human-machine interaction, which provides engineering examples for the research of virtual simulation teaching in colleges and universities.

virtual simulation teaching system；gear machining；Quest3D；human-computer interaction

TG51；TP391.9

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.06.012

1006-0316 (2021) 06-0075-06

2020-06-09

孫夢(mèng)（1997－），女，新疆烏魯木齊人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣こ虣C(jī)械類設(shè)計(jì)及優(yōu)化，E-mail：1075886693@qq.com。