基于SOLIDWORKS的车床运动建模与仿真.doc基于SOLIDWORKS的车床运动建模与仿真.doc

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WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM论文题目基于SOLIDWORKS的车床运动建模与仿真学生姓名所在院系所学专业导师姓名完成时间WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM基于SOLIDWORKS的车床运动建模与仿真摘要众所周知,产品的建模与仿真作为产品设计的一个重要环节,是产品功能实现的主要过程。良好的建模、装配和仿真技术,对保证产品质量和可靠性,降低产品成本和提高竞争力具有十分重要的意义。随着信息技术和制造业信息化的飞速发展,建模仿真技术的发展及应用将成为必然趋势。本课题利用SOLIDWORKS平台对CA6140车床的装配过程进行了一些必要的探讨和仿真分析。首先,从国内外研究现状、车床的介绍、零件的建模和装配模型的建立等方面系统的阐述了建模仿真的理论知识、原理以及技术要点。其次,对三维造型软件SOLIDWORKS作了简单的介绍,对其插件的功能进行了学习和探索,掌握的参数化的建模方法,大大缩短了设计时间,提高了设计效率和设计质量,较好地完成了研制设计任务。这样做对于缩短产品的研制周期,降低研制成本有着显著作用。最后,通过以上仿真将机床的传动情况直观地显示了出来,取得了较好的直观效果。而且结合本课题对今后的工作进行了展望,为整机的可装配性分析及性能评价奠定了基础。关键词CA6140车床,SOLIDWORKS,建模,仿真WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOMLATHEMODELINGANDSIMULATIONOFTHEMOVEMENTBASEDONSOLIDWORKSABSTRACTASWEALLKNOW,MODELINGANDSIMULATIONPRODUCTS,PRODUCTDESIGNASANIMPORTANTELEMENTOFTHEMAINFUNCTIONSOFTHEPRODUCTPROCESSGOODMODELING,ASSEMBLYANDSIMULATIONTECHNOLOGY,TOENSUREPRODUCTQUALITYANDRELIABILITY,REDUCECOSTSANDENHANCECOMPETITIVENESSFORCEOFGREATSIGNIFICANCEASINFORMATIONTECHNOLOGYANDMANUFACTURINGTHERAPIDDEVELOPMENTOFINFORMATIONTECHNOLOGY,MODELINGANDSIMULATIONTECHNOLOGYTHEDEVELOPMENTANDAPPLICATIONWILLBECOMEANINEVITABLETRENDSOLIDWORKSPLATFORMOFTHESUBJECTOFTHEUSEOFTHECA6140LATHEASSEMBLYPROCESSOFTHENECESSARYANALYSISANDSIMULATIONFIRSTOFALL,RESEARCHFROMHOMEANDABROAD,INTRODUCTIONOFLATHES,PARTSMODELINGANDASSEMBLYMODELINGSYSTEMANDSOONMODELINGANDSIMULATIONONTHETHEORYOFKNOWLEDGE,ANDTECHNICALPOINTSOFPRINCIPLESECONDLY,THREEDIMENSIONALMODELINGSOFTWARE,SOLIDWORKSGAVEABRIEFACCOUNTOFITSPLUGINFUNCTIONOFLEARNINGANDEXPLORATION,GRASPOFTHEPARAMETERSOFTHEMODELINGMETHOD,GREATLYREDUCINGTHEDESIGNTIMEANDIMPROVEDESIGNEFFICIENCYANDDESIGNQUALITY,DEVELOPMENTOFBETTERDESIGNTASKWASCOMPLETEDTHATWILLDOLITTLETOSHORTENTHEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLE,LOWERDEVELOPMENTCOSTSHAVEASIGNIFICANTROLEFINALLY,THROUGHTHEABOVEMENTIONEDMACHINETOOLSIMULATIONOFTRANSMISSIONCASESWILLSHOWUPDIRECTLYTOOBTAINABETTERVISUALEFFECTANDCONNECTIONWITHTHESUBJECTOFFUTUREWORKPROSPECTSFORTHEWHOLEANALYSISCANBEASSEMBLEDANDLAIDTHEFOUNDATIONFORPERFORMANCEEVALUATIONKEYWORDSCA6140LATHE,SOLIDWORKS,MODELING,SIMULATIONWWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM目录1绪论111引言112国内外研究现状213课题目的及所研究的主要内容3131课题的目的314CA6140车床简介4141CA6140车床简介4142CA6140车床的传动系统42SOLIDWORKS软件平台421SOLIDWORKS及其二次开发技术简介4211三维造型软件SOLIDWORKS简介4212基于SOLIDWORKS的二次开发技术522SOLIDWORKS插件5221PHOTOWORKS5222FEATUREWORKS6223COSMOSXPRESS6224TOOLBOX623SOLIDWORKS在产品设计中的功能724三维实体零件的建模7241参数化建模方法(参数化设计)7242一般建模方法925三维实体零件的装配9251向装配体中添加实体零件93车床的建模1031轴的建模1032齿轮、链轮的建模1133凸轮的建模1434拨叉的建模1435机架、定位块、销钉的建模164车床的装配1741装配顺序的原则175车床的仿真1851ANIMATOR介绍1852车床传动仿真的实现196结论与展望1961结论1962今后工作方向20致谢错误未定义书签。参考文献21WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM1绪论11引言近些年来,随着计算机技术的发展,计算机图形处理能力日益增强,以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来,并很快应用于工程领域。在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核,并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向。在传统的设计与制造过程中,首先是方案设计及论证,然后进行产品设计。在设计完成后,为了验证设计,通常要制造样机进行试验,有时这些试验甚至是破坏性的。当通过试验发现缺陷时,又要回头修改设计并再用样机验证。只有通过周而复始的设计一试验一设计过程,产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的,尤其对于结构复杂的系统,设计周期无法缩短,更不用谈对市场的灵活反应了。在大多数情况下,工程师往往为了保证产品按时投放市场而中断这一过程,使产品在上市时便有先天不足的毛病。在市场竞争的背景下,基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有。随着经济贸易的全球化,要想在竞争日趋激烈的市场上取胜,缩短开发周期,提高产品质量,降低成本以及对市场的灵活反应都已成为竞争者们所追求的运营方式,谁早推出产品,谁就占有市场。然而,传统的设计与制造方式却无法满足这些要求。计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支,可以归入虚拟现实技术VRVIRTUALREALITY的范畴,它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术12。作为一门新兴的高技术,己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。尤其在航天、国防及其它大规模复杂系统的研制开发过程中,计算机运动仿真己经成为不可缺少的工具。借助于这项技术,工程师们可以在计算机上建立机械系统的虚拟模型,伴之以三维可视化处理,模拟其在现实环境下系统的运动和动力特性,并根据仿真的结果来精化和优化系统的设计。计算机运动仿真技术已经越来越成为人们代替或部分代替样机制作、工艺试验,以获取所需数据结果并最终完成对产品的性能测试及验证的有力技术手段川。虚拟模型技术应当属于计算机辅助工程CAE的一个分支,它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现15。作为应用数学一个分支的数值算法及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法。近年来的计算机可视化技术以及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面,CAD/FEA等技术的发展为虚拟模型技术的应用提供了技术环境。借助于虚拟模型技术,设计过程先从整机开始,按照“由上至下”的顺序进行,这样可以避免由于系统设计方面的WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM失误而付出的昂贵代价。目前,虚拟模型和计算机仿真技术已经广泛地应用在各个领域里汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业;所涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门,天上的火箭到轮船的锚机。在各个领域里,针对各种不同的产品,虚拟模型技术都为用户节省了开支和时间,并提供了满意的设计方案。12国内外研究现状虚拟模型和计算机仿真技术是一项涉及多个学科领域的前沿技术,发达国家于20世纪80年代提出了相关概念,这项技术在过去的10年里获得了迅速发展并达到实用阶段。和一些先进国家相比,我国在这个领域还有一定差距,但已经引起了国家有关部门和科学家们的重视,九五规划、国家自然科学基金、国家高技术产业规划都把虚拟现实技术VR列入了研究项目11。国内一些高校和研究部门在紧跟国际先进技术的同时,也积极投入到了这一领域当中,并且取得了一定的研究成果。清华大学计算机科学与技术系对虚拟现实和临场感方面进行了研究,在克服立体图闪烁的措施和深度感试验方面采用了一些独特的方法。他们针对室内环境的特点,提出借助图像变换,使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性,以利于实现特征匹配,并获取物体三维结构的新颖算法。哈尔滨工业大学机械系在机构的三维运动仿真方面进行了不少研究,他们使用OPENGL开发的机构三维仿真软件成功地模拟出了一些常用机构的运动状态,并在此基础上加入了一些计算机辅助设计和分析的功能。该校计算机系成功地摹拟出了人的脸部动作,如表情的合成和唇动的合成。浙江大学CADCG国家重点实验室开发出了一套桌面虚拟建筑环境实时漫游系统,实现了立体视觉,同时提供的交互工具使系统的真实感达到了较高的水平。北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示和处理,在虚拟现实的视觉接口方面开发出了部分软硬件,提供了用于飞行员训练的虚拟现实系统。西安交通大学信息工程研究所对立体显示技术进行了研究,提出了一种基于JPEG标准压缩编码新方案,获得了较高的压缩比。西北工业大学在基于UG的二次开发方面进行了不少研究。西安理工大学机械与精密仪器学院在基于SOLIDWORKS的二次开发方面也做了不少工作,开发了连杆机构和弧面分度凸轮的运动仿真软件。上海交通大学图像处理及模式识别研究所,国防科技大学计算机研究所,北京工业大学CAD研究中心等单位也都在这一领域做了一定的工作,并取得了一定的研究成果。综合国内外的研究现状,为了实现构件的造型和运动仿真,采用的方法归纳起来可分为三类1开发专业的运动软件,这种方法可以进行多种机构的运动WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM仿真和运动学、动力学分析。这种方法的开发工作量大,开发周期长,开发的费用也很高,主要由专业的软件开发商来完成,具有代表性的软件有ADAMS。2利用具有真实感的应用软件进行三维实体造型和运动仿真,通常使用的软件是OPENGL和3DS,OPENGL是OPENGRAPHIESLIB的缩写,它独立于硬件,独立于操作系统,包含有100多个图形函数,开发者可以通过这些函数建立三维模型。由于OPENGL包含的图形函数的数量和功能有限,目前尚不适合构造比较复杂的机械零件,应用于运动仿真领域的也仅限于简单机构;3DS是目前世界上应用最广泛的三维建模,动画,渲染软件,被广泛地应用于电视及娱乐业中,该软件功能强大,使用方便,但是造型结束后实体的形状和尺寸都不能被实时或交互更改,如果用于运动仿真就显得柔性不足。3针对成熟软件的二次开发方法。这些成熟的软件包括AUTOCAD二维、UG、PRO/E、SOLIDWORKS三维等,其中AUTOCAD二次开发多用于平面图形,很少应用与三维实体造型,其余几种软件本身就是工程软件,对机械零件的造型能力很强,其二次开发的接口也比较成熟,开发具有很大的灵活性,二次开发的产品很多己经进入工程使用阶段14。本文基于SOLIDWORKS进行车床的建模和运动仿真软件的开发,主要是从以下几方面考虑(1)SOLIDWORKS是当今世界基于NT/WINDOWS平台的三维机械CAD软件系统的主流产品,目前己在国内外中小型企业中得到广泛应用。(2)易学、易用,操作过程直观、简单,功能强大。(3)完全汉化,使用过程中无任何语言障碍。(4)可向下兼容二维AUTOCAD,使得以前采用AUTOCAD进行的设计可以继续使用和转化。(5)根据需求,可以很方便地利用VB和VC对其进行二次开发。(6)与其它三维设计软件系统具有非常好的兼容性。13课题目的及所研究的主要内容131课题的目的机床是机械加工制造业的主要加工工具,要提高机床的加工质量、加工精度和生产效率,缩短机床产品的开发时间、降低开发成本和提高产品质量,必须要保证设计和装配质量。因为良好的建模设计和装配仿真技术,对保证产品质量和可靠性,降低产品成本和提高竞争力具有十分重要的意义。所以在产品开发过程中,建模和装配是最重要的环节之一,对装配问题考虑地越早,所获取的质量、成本和时间就越明显。因此把建模技术和计算机仿真技术应用到机床产品的开发上来是刻不容缓的。本课题就是旨在基于SOLIDWORKS三维实体造型软件对
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