数字孪生(digital twins)以设备、生产线甚至厂房等物理实体的数字模型为基础,融合采集到的物理单元实时数据,并使用数字模型仿真现实世界中物理实体的行为。本文以雕刻机作为控制对象,设计了三轴雕刻机控制系统,完成雕刻机人机界面设计,根据雕刻机的机械结构与零件组成建立雕刻机的三维模型,并在Web环境中完成三维模型的运动仿真。主要研究内容如下:首先,分析不同阶段的数字孪生技术。以雕刻机作为数字孪生实体,设计了雕刻机控制系统与数字孪生技术应用的整体构架。然后,完成雕刻机控制系统的电气设计与硬件系统的初始化。选取了雕刻机控制系统硬件设备,完成雕刻机控制系统的电气设计。在完成控制系统的电气设计之后,对环网伺服器中的控制参数进行配置。第三,完成了以PLC图形化编程为基础的雕刻机控制程序的开发,依次进行了控制器参数的配置和控制器程序开发。参数配置包括通信参数的配置、单轴运动参数的配置以及轴组运动参数的配置,控制器程序分成单轴控制程序和轴组控制程序两部分。第四,进行了雕刻机人机界面的设计。根据控制器与PC机的通信协议,完成EPA设备的参数配置;按照在雕刻机PLC控制程序中所使用的变量信息,在组态软件中完成变量表的开发;设计雕刻机的HMI人机交互界面。第五,研究了雕刻机的机械结构与零件组成,使用SolidWorks建模软件进行了雕刻机三维模型的建立,主要分为零件建模和零件的虚拟装配。其中,零件建模主要完成了对雕刻机18个零件建模,虚拟装配则是对建立好的零件设置配合关系,完成了底座与工作台、X轴、Y轴、Z轴四部分的虚拟装配。第六,虚拟仿真平台的设计。结合WebGL三维绘图标准,使用Three.js开发框架完成虚拟仿真平台的三维环境设计以及外部三维模型的加载,使用JavaScript脚本完成控制面板与具体仿真动作的绑定。最后,对本课题所开发的功能进行了验证。对雕刻机控制系统的电路进行调试,验证雕刻机人机界面,测试雕刻机控制系统的精度,完成了对虚拟仿真平台的验证。