.NET 8 + WPF 打造的数控机床仿真平台

项目概述

一个基于.NET 8.0开发的数控机床仿真平台，作为早期项目 MachineSimulation.DX 的演进版本，专注于机床结构、工装（fixture）和刀具（tool）的编辑、加载与三维可视化。

项目采用WPF + MVVM 架构，3D 渲染基于HelixToolkit.Wpf.SharpDX，支持高保真材料移除仿真，并通过客户端-服务器架构实现数据的集中管理与多端同步，为数控系统开发、学习演示和虚拟调试提供完整解决方案。

核心升级与技术演进

1、从 .NET Framework 迁移至.NET Core 8.0，提升性能与现代化兼容性

2、支持从REST 服务器动态加载机器数据，替代本地硬编码配置

3、MVVM 框架由MVVMLightLib升级为CommunityToolkit.Mvvm，代码更简洁、维护性更强

4、3D 引擎从 HelixToolkit.Wpf 切换至HelixToolkit.Wpf.SharpDX，利用 DirectX 实现更高帧率渲染

5、视图模型（ViewModel）设计更轻量，减少冗余逻辑

6、重构材料移除算法库，显著提升计算效率

7、支持在材料移除仿真中管理多种类型刀具（如铣刀、钻头等）

8、模块间依赖大幅降低，实现高内聚、低耦合的架构

客户端应用模块

Client

加载机器元素的 STL 模型文件，并发布到数据服务器。

Client.Machine

加载由 MachineEditor 生成的机器结构文件（*.xml），可发布至服务器或导出为 JSON 格式。

Client.Tooling

加载 ToolingEditor 创建的工装文件（*.tooling），支持发布或保存为 jTooling（JSON）格式。

Client.Tools

加载 ToolEditor 生成的刀具文件（*.tools），可发布或导出为 JTools（JSON）格式。

示例资源（位于`Examples`文件夹）

Simple3AxesCnc.json：基础三轴机床结构定义
Models/：包含所有 STL 格式的机器部件模型
SimpleToolSet.jTools：示例刀具数据库
SimpleTooling.jTooling：标准工装配置
SimpleTooling2.jTooling：用于运行test news.msteps的专用工装
Simple3AxesCnc.jenv：完整工作环境（含结构、模型、刀具、工装）
Simple3AxesCnc(news).jenv：适配新测试用例的工作环境
antina.msteps：经典加工路径示例
test news.msteps：新功能验证用加工指令文件

核心类库模块说明

1、数据层

Machine.Data：主数据模型库

Machine.Data.Base / Enums / Interfaces / Factories：支撑数据模型的基础组件

Machine.Data.Converters：JSON/XML 序列化转换器
Machine.Data.Extensions.ViewModels：数据模型与 ViewModel 的桥接扩展

Mesh.Data：机器元素网格（STL）的数据结构定义

2、数据源适配

Machine.DataSource.File.Json / Xml：本地 JSON/XML 文件读写

Machine.DataSource.Client.Rest：通过 REST API 与服务器交互

3、编辑与步骤解析

Machine.Editor：机床结构编辑器

Tools.Editor：刀具集编辑器

Tooling.Editor：工装配置编辑器

Machine.StepsSource.File.Iso / Msteps：解析 ISO G代码或自定义 .msteps 加工指令

4、视图与 ViewModel

Machine.Views / Converters：WPF 视图及绑定转换器

Machine.ViewModels及其子模块（Base、Interfaces、Messaging、UI 等）：完整 MVVM 实现体系

Machine.ViewModels.Ioc：轻量级控制反转容器

5、3D 与几何

Machine.3D.Views：3D 场景渲染视图（基于 HelixToolkit）

Machine.3D.Geometry.Provider：解耦的模型加载服务

6、材料移除仿真

MaterialRemove.Interfaces / Geometry：核心算法与接口（基于 geometry3Sharp 优化）

MaterialRemove.ViewModels / ViewModels.3D：仿真逻辑与 3D 可视化分离

MaterialRemove.Machine.Bridge：连接材料移除模块与主系统 ViewModel

MaterialRemove.Test：专用测试与调试工具

7、服务端

Server：基于 REST 的数据服务器，使用 SQLite 存储机床结构、工装、刀具及模型元数据

项目代码

public static Geometry3D Convert(AxisAlignedBox3d bb) { var builder = new MeshBuilder(); builder.AddBox(new SharpDX.Vector3((float)bb.Min.x, (float)bb.Min.y, (float)bb.Min.z), (float)(bb.Max.x - bb.Min.x), (float)(bb.Max.y - bb.Min.y), (float)(bb.Max.z - bb.Min.z)); return builder.ToMesh(); } public static Geometry3D Convert(DMesh3 mesh) { var builder = new MeshBuilder(); // 将 DMesh3 的顶点转换为 Vector3Collection var vertices = new Vector3Collection(); foreach (var v in mesh.Vertices()) { vertices.Add(new Vector3((float)v.x, (float)v.y, (float)v.z)); } // 将 DMesh3 的三角形转换为 IntCollection var triangles = new IntCollection(); foreach (var t in mesh.Triangles()) { triangles.Add(t.a); triangles.Add(t.b); triangles.Add(t.c); } builder.Append(vertices, triangles); return builder.ToMesh(); } public static Geometry3D Convert(MaterialRemove.Interfaces.Geometry g) { var builder = new MeshBuilder(); var vc = new Vector3Collection(g.Vertexes.Select(v => new Vector3((float)v.x, (float)v.y, (float)v.z))); var tc = new IntCollection((IEnumerable<int>)g.Triangles); builder.Append(vc, tc); return builder.ToMesh(); }