1、本科毕业论文（20 届）车床夹具的虚拟设计与装配所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 车床夹具的虚拟设计与装配 1设计的主要任务及目标根据车床夹具的设计要求，对各类车床夹具进行三维建模，生成工程图，并制作动画。培养目标：(1) 培养学生运用三维设计软件解决实际问题的能力(2) 提高结构设计能力(3) 培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力(4) 进一步培养学生识图、制图、运算和编写
2、技术文件等基础技能2设计的基本要求和内容(1) 绘制被加工零件的零件图 2 张( 2 ) 完成弯板式车床夹具的虚拟设计与装配动画( 3 ) 完成花盘式车床夹具的虚拟设计与装配动画(4 ) 编写设计说明书 1 份3主要参考文献1 肖继德. 机床夹具设计 M. 北京：机械工业出版社 2 孟宪栋. 机床夹具图册 M. 北京：机械工业出版社 3 3DMAX 基础教程4 pro/e 基础教程5 Solidworks 基础教程4进度安排审核人： 年 月 日序号 完成任务 时间1 完成开题报告 2014.11.252014.12.302 完成弯板式车床夹具的虚拟设计完成花盘式车床夹具的虚拟设计2015.01
3、.012015.03.253 用 CAD 绘制被加工零件的零件图 2 张 2015.03.262015.04.104 完成弯板式车床夹具的虚拟装配动画完成花盘式车床夹具的虚拟装配动画2015.04.112015.05.025 论文撰写及工艺过程编写 2015.05.032015.06.056 设计答辩 2015.06.182015.06.19I车床夹具的虚拟设计与装配摘 要：本设计是车床夹具的虚拟设计与装配，以轴承座零件加工中的车外圆和端面为例设计一套弯板式车床夹具，以连杆加工中的车小头孔外圆和端面为例设计一套花盘式车床夹具。在车床夹具的设计过程中，对车床夹具的整体结构、定位原理、以及各功能部
4、件构成和各零部件的几何形状进行了详细的分析。然后又在 proe 中对设计好的车床夹具的所以零部件进行了实体建模，建模之后又在 proe 中进行装配，并在装配的过程中检查零件之间是否存在空间的干涉，若有可以及时的对零件的几何形状进行修改与完善。最后以最逼真，最直观的动画形式演示夹具的装配过程。关键词：车床夹具，实体建模，装配。Virtual design and assembly of lathe fixtureAbstract：This design is the virtual design and assembly of the lathe fixture, take truning an
5、d end face in the processing of bearing seat parts as an example to design a set of curved plate lathe fixture, take connecting rod processing machining head and end surface as an example design a flower disc lathe fixture. In the design of the lathe fixture, the overall structure, positioning princ
6、iple, and the geometry of the structure and the functional components of the various components were analyzed in detail. Then the solid modeling of all parts of the fixture of the lathe built in proe, after the modeling, assembly in proe and check it if there was interference between the parts, so y
7、ou can modify and improve the geometry of the part timely. Finally, the most vivid and most intuitive animation form to demonstrate the assembly process of the fixture.Keywords: Lathe fixture, Solid modeling, Assembly.II目 录1 绪论 .11.1 选题的背景及其意义 .11.2 国内外的研究情况 .2 1.2.1 国外研究发展现状 .21.2.2 国内研究发展现状 .31.3
8、本课题所研究的内容 .32 虚拟设计与装配 .52.1 虚拟设计与装配的定义 .5 2.1.1 虚拟设计定义 .52.1.2 虚拟装配定义 .52.2 虚拟设计与装配的特点 .52.2.1 虚拟设计特点 .52.2.2 虚拟装配特点 .63 车床夹具的虚拟设计流程 .83.1 车床夹具的分类及其特点 .83.2 弯板式车床夹具的虚拟设计流程 .83.2.1 选择零件 .8 3.2.2 绘制零件体的二维图 .93.2.3 绘制零件体的三维造型图 .93.2.4 轴承座加工工序安排 .103.2.5 车 22 外圆和两端面的夹具设计 .103.3 花盘式车床夹具的虚拟设计流程 .143.3.1 选
9、择零件 .14 3.3.2 绘制零件体的二维图 .143.3.3 绘制零件体的三维造型图 .143.3.4 连杆加工工序安排 .153.3.5 车小头孔 25 的外圆及端面的夹具设计 .154 车床夹具的虚拟装配与动画 .224.1 虚拟装配 .22III4.1.1 弯板式车床夹具的虚拟装配 .224.1.2 花盘式车床夹具的虚拟装配 .244.2 夹具虚拟装配动画制作 .255 结论和展望 .26参考文献 .27致 谢 .28附 录 .29太原工业学院毕业设计11 绪论1.1 选题的背景及其意义随着现代科学技术、多媒体网络技术以及计算机电子技术的飞速发展与应用，这些先进的发展使得现在的制造业
10、以及教育事业等多方面事业的环境都发生了翻天覆地的巨大变化，而就在此时，无论是产品的设计还是其他技术的应用等的课题的研究都成为了众多研究所以及研究机构的热点研究方向。与此同时，新出现的一门科学技术“虚拟现实技术”是一种高新的科学技术，如今它已经发展成一门包括图像处理技术、计算机仿真技术、精密传感机构、人工智能网络并行处理等领域的综合性学科。就目前的情况，虚拟现实技术已经涉及到多个方面的领域，比如工业仿真、航空航天、医学培训、房地产的设计、以及教育培训机构等方面。虚拟现实技术是计算机的应用，它是利用计算机的算术技术生成一个三维的虚拟环境，在这个三维的虚拟环境中，它能为设计者提供近乎真实的感觉（包括
11、视觉、触觉、听觉、味觉、鳴觉）体验。令设计者犹如身临其境般的在虚拟环境中感觉事物，事物的特征、事物的行为等。虚拟现实技术的发展，从本质上真实的改变了人们的生活方式和工作方式，使人们可以真正的劳逸结合，愉快地工作。达到人们在享受环境中工作，在工作过程中得到享受。于此同时。在机械行业中，虚拟现实的技术应用真正的为设计者起了大作用，提高了设计者的工作效率，为设计者已经生产商节约了大量的工业原料和人力资源。传统的机械设计工作时，首先想出机械产品的设计过程，设计出产品的各个零部件，然后根据设计要求以及加工工序逐个的加工出全部的真实零件的实体零件来，最后老老实实的根据装配工艺要求，把零部件装配起来，形成一
12、个完整完美的装配体。在传统的设计者设计的过程中，在完成装配的时候中，很多时候会可能会出现各零部件之间的相互干涉的问题，很多地方与设计者的目标不符合等情况。把虚拟现实技术应用到机械社设计行业中来，让设计者在未制造之前就在虚拟环境中看到了自己的产品，与真实的产品一模一样。虚拟装配技术是虚拟现实技术在机械行业中最典型的应用，它包括两部分，虚拟设计和虚拟装配。在机械中，首先需要设计者使用三维的建模软件 proe、 3Dmax、solidwooks 等软件，建立零部件的虚拟实体模型，然后在虚拟的环境中进行所以零部件的装配。设计者犹如在真实的实验研究室或工太原工业学院毕业设计2厂里装配实体零部件一般，还可
13、以对装配过程进行实时的操控，还可以观察在装配过程中是否发生干涉情况，及时发现在零件模型形状、装配工序过程中的不当等问题，同时就可以进行修改，这样一来可以简化设计流程，缩短设计时间，提高了产品的设计和生产效率，也提高了生产企业的经济效益。1.2 国内外的研究情况虚拟现实技术（Virtual Reality，简称 VR 技术） ，是 在上个世纪末才出现的一门高端的科学信息技术，它是一门综合性很高的科学技术，它包括了计算机的图形学技术、数字图像处理技术、人工智能技术、多媒体技术、传感器、网络以及并行处理技术等多个信息技术综合起来的一门独特的先进的科学技术，它是人们创建和体验虚拟世界的前提条件，它的出
14、现大大的丰富了人们的工作环境，并且也在很大程度上提升了计算机的应用，使得计算机的应用更加广泛。目前，全世界的所以发达国家和处于发展中的国家都在研究虚拟现实系统，但是发达国家处于该技术的前沿领域，而那些发展中的国家和那些欠发达的国家还是处于落后水平或者是处于刚刚起步阶段。由于虚拟现实技术的发展速度也是及其的迅速，可以说是飞速发展。但是实际上，基于虚拟现实系统的开发与研究主主要是包括两大类型：一时虚拟现实系统自身这一种，另外就它的应用。在国外，有好多国家在虚拟现实系统研究方面做得是非常好的比如发达的美国、日本、德国、韩国、英国等国力强大的国家。在我国，虚拟现实系统研究比较先进的也是那些比较知名的大
15、学比如北京航空航天大学、浙江大学、中科院、国防科技大学等知名大学，这些大学在这方面的研究都是起步比较早，相对的研究成果也是比较多的，他们的研究成果也代表了中国在该方面的研究成果。1.2.1 国外研究发展现状国外的研究中，最具有代表性的就是最发达的国家美国，美国是虚拟现实技术的起源，不同的国家，研究重点和方向也是有点区别的，美国研究的重点是感知、用户界面、后台软件和硬件等方面。比较出名的是美国的宇航局(NASA)的 Ames 实验室开发的 HMD，此系统是将 VPL 的数据手套工程化。使其成为可用性较高的产太原工业学院毕业设计3品。NASA 的 Ames 正在实施“虚拟行星探索(VPE)”实验计
16、划。德国工业工程研究所虚拟现实实验室较早地研究基于虚拟现实的装配规划系统。加拿大大学在虚拟装配中引入仿生智能，使用仿生神经网络进行装配序列规划，最终生成机器人指令，并进行评价和优化。Kuehne 和 Oliver 建立了一个简单的虚拟装配系统，可以通过导入 CAD 模型装配层次结构来产生装配顺序，但它没有碰撞干涉检测和触觉反馈。英国的高级机器人研究有限公司(ARRL)关于远程实现的研究内容主要包括 VR 技术重构问题。日本主要研究建立 VR 知识库，在虚拟现实游戏方面的研究也发展迅速。京都的先进电子通信研究(ATR)所正在幵发一套系统，它能用图像处理来识别手势和面部表情，并把它们作为系统输入；
17、富士通实验室有限公司正在研究虚拟生物与 VR环境的相互作用，他们还在研究虚拟现实中的手势识别，已经幵发了一套神经网络姿势识别系统。本奈良尖端技术研究生院的教授千原国宏设计了一种嗅觉模拟器，只要把虚拟场景中的物体拉到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出对应物体的味道，使虚拟现实技术在嗅觉领域有了新的突破。1.2.2 国内研究发展现状由于我国是发展中国家，在虚拟现实技术研究刚刚起步的阶段，我国的国情关系，那会我国还没有进行研究的机构，所以我国的虚拟现实的研究和应用起步是很晚的，而且由于虚拟现实技术的研究和应用所需的硬件和经济实力成本都是非常高的，所以国内的很大研究机构也都是在进行理论的探索，而没有付诸
18、于实践。但目前国家已经对该项高端而又先进技术有了高度重视，在经济和政策上给研究机构很大的扶持。在最近几年来，国内很多研究机构和高校科研人员已开始对虚拟现实技术展开了广泛并深入的研究，也取得了一定的成果并得到了初步应用。例如北京航空航天大学是比较最早的进行 VR 研究，它在研究的过程中指出了目前我国在虚拟装配技术领域存在的几个问题，主要是很多部件之间的层次关系分的不是很清楚很明了，零件的装配路径太单一，不能从多个方向同时进行，或者是单个方面一直进行，装配过程比较混乱，在涉及检测和检验的时候，长发生那些动态和静态的干涉情况，在装配之前没有很准确的数据表明等。最近几年，Virtools 作为强大的虚拟现实幵发平台，在国内的用发展势头较好，在产品设计、市场营销、CRM 应用、多媒体设计及 3D 游戏幵发等方面得到了广泛
