毕业设计（论文）-CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统.doc

山东大学毕业设计论文毕 业 论 文（设计）论文（设计）题目：CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真 模拟系统姓 名 学 号 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计及其自动化 年 级 2009级 指导教师 2013年 05 月 31日II目录摘要IABSTRATII第1章 绪论11.1课题的研究背景11.2课题的研究意义11.3课题的主要内容2第2章 系统总体方案设计32.1虚拟装配技术32.2 虚拟现实引擎32.3 总体方案实现52.4 本章小结5第3章 零部件三维造型63.1 床头箱传动系统63.2 零件三维造型73.3 关键建模过程83.3.1 复杂零件三维造型83.3.2 数据转换123.4 本章小结13第4章 装配工艺144.1 机械装配144.2 整理装配工艺144.3 装配调整174.4 本章小结19第5章 系统开发与效果展示205.1 系统总体方案205.2 视频教学功能实现205.2.1 3ds-max简介205.2.2材质处理215.2.3 动画制作225.3 装配培训功能实现225.4 功能集成245.5 本章小结24第6章 总结与展望25参考文献26附录27致谢38译文和原文39摘要本论文讲论述如何为实现CA6140车床床头箱装配工艺进行交互式三维仿真模拟系统提供一种可行的方案。论文基于virtools虚拟现实软件，结合三维建模软件SolidWorks、3ds max，通过SDK模块使用VC+.net进行二次开发，建立了一个CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统。该系统的主要功能是动画演示教学、交互式装配模拟、模拟考核。系统开发主要经过：床头箱工作原理结构分析，床头箱各个零部件三维实体造型，床头箱系统规范准确装配工艺整理，动画制作，互动模块开发和功能集成等六大环节来完成。其中：动画教学演示装配顺序和操作，主要通过3ds max强大的动画功能，推针、材质、灯光来实现，并能自主选择播放模式：交互式装配模拟功能，主要通过Virtools强大的模块库，基层函数库来搭建交互式操作窗口和执行流程：功能集成，主要通过C+编程搭建集成窗口和集成数据接口来完成。关键词：CA6140床头箱；装配工艺；虚拟装配；Virtools山东大学毕业设计论文ABSTRATAt present, the man-machine design of domestic loader cab has not received adequate attention. The text is built on the basis of existing research, learning cars ergonomic design theory and combined with Chinas actual loaders design to further propose man-machine interface design methods ,thereby further improving domestic loaders man-machine interface design theory.This paper provides a feasible scheme to realize the CA6140 lathe headstock assembly process of interactive 3 d simulation system for us.In this thesis ,a CA6140 headstock assembly process interactive 3 d simulation system based on VR software Virtools ,combined with three dimensional modeling software SolidWorks, 3ds Max, has been developed .the research and development of this system is achieved via secondary development by Virtools SDK using VC +. net. It has three central functions: Animation teaching，Interactive assembly simulation， assembly simulating examine.Working principle of the system development mainly through: headstock structure analysis, three-dimensional entity model, every parts and components in the headstock headstock system specification accurately assembly processing, animation, interactive module development and functional integration and so on six big links to complete. Including: animation teaching demo assembly sequence and operation, mainly through the 3ds Max powerful animation, push pin, texture, lighting, and choosing play modes by yourself: interactive assembly simulation function, mainly through the powerful module library grass-roots libraries 0f Virtools to build interactive operating window and perform process: functional integration, primarily through c + + programming build and integrate data interface to complete the integration window.Keywords: CA6140 lathe headstock; assembly process; Virtual Assembly; Virtools第1章 绪论1.1课题的研究背景CA6140车床通用性好，结构典型，无论是在生产实际和院校实验室中都很常见1。目前，国内大多数工科类院校，都要向学生详细讲授与CA6140机床相关的知识。而在实际教学过程中，都会重点讲授CA6140床头箱的传动原理和装配工艺等知识。现阶段，相关院校在向学生讲授CA6140床头箱的装配工艺的过程中，都大致采用课堂理论教学加实验室实践教学的方式。这种方式虽沿用已久，但有许多不可避免的缺点：浪费人力、物力和财力；缺乏创新性无法充分调动学生学习CA6140床头箱的积极性，效率十分低下；无法掌握每个学习者的情况、无法对每个学习者得出一个较客观的评价。1.2课题的研究意义基于以上传统教学方式所带来不可避免的缺点，各大院校都在积极探讨全新的教学方式。再加上计算机技术的飞速发展，特备是虚拟现实技术的愈加完善，从事CA6140车床床头箱装配工艺进行交互式三维模拟仿真系统相关的研究工作，就显的愈发意义重大。本论文讲论述如何为实现CA6140车床床头箱装配工艺进行交互式三维仿真模拟系统提供一种可行的方案，其设计的系统可为学习机床相关的理论知识提供良好的学习培训环境。在院校实验室教学培训方面运用虚拟现实技术，再次拓展了虚拟现实技术的应用范围，是该课题研究的一个创新性贡献。基于虚拟装配技术可以开发CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统。基于虚拟现实的产品虚拟装配技术在新产品开发、产品的维护以及操作培训方面具有独特的作用2。虚拟装配技术是虚拟制造技术领域内研究的主要对象，也虚拟制造技术发展中最为滞后的一环。这一问题一旦解决，虚拟制造技术将形成一个完善的理论体系，将大大加速制造业信息化的进程，将为社会发展带来巨大的经济效益。1.3课题的主要内容根据以上相关论述，本课题讲主要论述以下五个相关方面的问题。（1）虚拟现实技术及其在交互式培训中的应用。培训是工业系统运行过程中的一个重要活动，同时也是一个成本很高的一个项目，培训过程中的人力、物力与财力的投入是保证培训效果的重要基础。在培训中诸如的感知因素愈多，培训的效果也愈好。同样的道理，对于虚拟现实系统来讲，虚拟现实培训的感知性愈强，培训效果也就愈好3。（2）CA6140床头箱的传动及工作原理。CA6140床头箱主要功能是变速、换向、启停和刹车。床头箱传动系统，通过操纵系统有效操纵齿轮传动系统实现了正传24级反转12级转速。操纵系统主要通过凸轮机构、连杆机构实现，齿轮传动系统主要通过两联齿轮、三联齿轮和滑移齿轮实现。（3）对CA6140床头箱的零部件进行三维建模。为了实现CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，首先要对床头箱的每个零件进行三维建模。我选择的建模方案是：通过SolidWorks建立各零件模型和装配体模型，再用3ds Max简化、渲染模型,最后导入Virtools做出交互装配过程模拟效果。并且对结构复杂的箱体等零件，在不影响培训系统效果的基础上，进行了有效简化处理，大大提高了工作效率。（4）编制CA6140床头箱的装配工艺。编制CA6140床头箱的装配工艺是设计的难点之一，合理编制装配工艺业是整个设计的关键环节，将直接影响最终交互式三维仿真模拟系统的性能和实际应用价值。考虑到通过传统的查阅图书资料的方法，无法有效达到客观实用的效果，我的解决方案是：去CA6140生产厂家实地实习，学习装配工艺。 （5）CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发。CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统主要具有装配演示、装配培训和技能考核评价等主要功能。借助Virtools软件，运用C+语言进行合理编制程序可以有效达实现CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的开发。第2章 系统总体方案设计2.1虚拟装配技术虚拟装配技术是指通过计算机对产品装配过程和装配记过进行分析、仿真、评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，而不需要实际产品作支持。虚拟装配技术在实现过程中有效地继承了虚拟现实技术沉浸性、交互性和想象力的技术特点。虚拟装配技术近年来受到了学术界和工业界的广泛关注，目前针对虚拟装配技术的研究，按照实现功能和目的的不同可以分为，以产品设计为中心的虚拟装配、以工艺规划为中心的虚拟装配和以虚拟原型为中心的虚拟装配三类。虚拟装配技术由由虚拟现实软件内容和虚拟现实外设设备两个部分组成，这两个组成部分协同工作，制造出集交互性与沉浸性于一体的虚拟装配环境4。本课题的研究开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，属于以工艺规划为中心的虚拟装配，主要侧重在于虚拟现实软件内容方面。现在产品的制造正在朝着自动化、数字化的方向发展，虚拟装配技术是产品数字化定义中的一个重要环节，并对敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有深远影响。通过建立产品数字化装配模型，虚拟装配技术在计算机上创建近乎实际的虚拟环境，可以用虚拟产品代替传统设计中的物理样机，能够方便的对产品的装配过程进行模拟与分析，预估产品的装配性能，及早发现潜在的装配冲与缺陷，并将这些装配信息反馈给设计人员。运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力。2.2 虚拟现实引擎本课题开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，主要用于实验教方面，属于以工艺规划为中心的虚拟装配。用到的虚拟设备主要是实验室常用电脑，包括显示器、键盘和鼠标灯输入输出设备。本课题主开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，重点是虚拟现实软件部分。目前随着虚拟现实技术的发展，再加上虚拟现实技术运用越来越广泛，虚拟引擎也很多，各个引擎的优缺点也比较明显。以下当前流行的虚拟现实引擎软件进行详细介绍，并依此为依据选定本课题研究开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统所用引擎。VRML技术是虚拟现实引擎的鼻祖，VRML这个词就是在情趣相投者联谊会BOF的会议上造出来的，VRML其实是一套虚拟现实语言规范。1994年5月，Mark Peace和Tony Paris在瑞士日内瓦召开的万维网会议上，介绍了他们开发的可在万维网上运行的虚拟现实界面。BOF对Mark Pesce和Tony Paris的研究产生了强烈的兴趣，决定开发一种可以连通Web网的场景描述语言。VRML特点是文件小，灵活度比较自由，比较适合网络传播，但是画面效果比较差，不适合本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的开发。中视典数字科技有限公司是中国本土大型引擎开发公司，是中国虚拟现实、增强现实领域的领军企业。中视典具有国家高新技术企业认证，获得中小企业创新基金支持，通过ISO9001质量体系认证，2006年入选中国软件自主创新100强企业行列。VRP（英文Virtual Reality Platform，简称VR-Platform或VRP）即虚拟现实平台，是中视典数字科技有限公司独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款虚拟现实软件。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得。但它的定位主要在房地产上，所以如果用它来做房地产，可以近乎傻瓜化的制作出一个很好的地产作品5。依此判断VRP不是十分适合本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的开发。Virtools公司是法国拥有许多尖端技术的三维引擎公司，开发的引擎成为微软XBox认可系统，是世博会指定引擎。Virtools其实是一套整合软件，可以将现有3D的模型、2D图形或是音效等常用的档案格式整合在一起。Virtools是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，扩展性很好，自由度很大。其特点是方便易用应用领域广，目前全世界有超过270所大学使用Virtools ,在多媒体、教育训练、仿真与产品展示等方面已经获得许多媒体技术学系学生的肯定和支持。缺点是：网络插件有功能限制，放网络上功能制作会稍微受限。本课题开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统主要运用在教育训练方面单机使用，Virtools适合本课题开发。2.3 总体方案实现1993年Burdeag在Electro93国际会议，提出了虚拟现实技术三个特征：沉浸感、交互性、想象力。虚拟现实在教育领域依靠其出色的互动性和生动的表现效果，广泛用于教学内容特别是课件的制作。在工业上依靠模拟方便、方便和真实准确的优势，在机床操作模拟、虚拟装配、设备管理、工控仿真等方面应用十分广泛6。鉴于以上论述，本课题开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统属于以工艺规划为中心的虚拟装配，主要侧重在于虚拟现实软件内容方面。本课题采用的总体方案是：运用SolidWorks进行各个零部件三维造型，将初步建好的三维实体模型导入3ds max进行简化面数并将模型数据成功导入虚拟现实软件Virtools，整理床头箱装配工艺文件作为交互式装配模拟系统开发的脚本文件，最后运用Virtools借助SDK模块使用VC+.net进行二次开发进行各个功能实现和集成。2.4 本章小结本章依此介绍了虚拟装配技术、虚拟现实引擎和总体方案实现。经过本章论述，对虚拟装配技术和虚拟现实引擎有了深刻理解和认识，结合本课题特点，决定采用以工艺规划为中心的虚拟装配系统，侧重虚拟现实软件部分，并选择虚拟现实引擎Virtools作为本课题开发平台，确定了总体实现方案：运用SolidWorks进行各个零部件三维造型，将初步建好的三维实体模型导入3ds max进行简化面数并将模型数据成功导入虚拟现实软件Virtools，整理床头箱装配工艺文件作为交互式装配模拟系统开发的脚本文件，最后运用Virtools借助SDK模块使用VC+.net进行二次开发进行各个功能实现和集成。第3章 零部件三维造型3.1 床头箱传动系统在CA6140车床床头箱里，通过操纵系统的操纵手柄有效操纵齿轮传动系统可以实现主轴的变速、换向、启停和刹车。图3-1是CA6140床头箱主传动系统简图,主传动系统包含下列几个组成部分：（1）固定传动比结构。在CA6140车床里，通过传动机构将电动机和轴连接起来，通过链传动机构将变速手柄和杠杆连接起来控制轴和轴上的滑移齿轮，通过齿轮传动机构轴和轴连接在一起。（2）变速机构。在CA6140车床床头箱里采用多联滑移齿轮齿轮变速机构,具体来说，通过轴上的两联齿轮轴上的两联滑移齿轮轴上的三联滑移齿轮轴上的两个两联滑移齿轮互相串联组成24级转速。图3-2，详细表示了24床头箱内正传24级转速的齿轮啮合情况。（3）主轴部件。CA6140主轴部件是床头箱里最重要的部分，由主轴、主轴轴承和主轴上的传动件、密封件等组成.CA6140型车床的主轴是一个空心阶梯轴,主轴前端安装卡盘，夹持工件并带动工件旋转。（4）启停、换向装置。车床在实际使用过程中需要频繁地启停和换向，A6140型车床通过启动手柄杆带动扇形齿轮、齿条轴和拉杆等零件控制I轴的锁紧盘与摩擦离合器的结合来实现频繁启停和换向。当锁紧盘和正转摩擦离合器结合时，正转；当锁紧盘和反转摩擦离合器结合时，反转；当锁紧盘处于二者之间时，主传动系统和电机断开连接，逐渐停车。正转摩擦离合器由八片摩擦片组成，反转摩擦离合器由四片摩擦片组成。（5）制动装置。为了使主运动的执行件主轴能在停车后尽快地停止运动,以节省辅助时间,有必要采用制动装置,CA6140型车床采用操纵杆带动刹车带摩擦轴的刹车轮来实现快速制动。（6）操纵机构。操纵机构是床头箱设计中最难的一个环节。机床的开停、变速、制动、换向需要借助相应的操纵机构来实现。CA6140的操纵机构主要通过连杆机构来实现的，主要由许多机构复杂的杠杆来组成。（7）润滑机构。CA6140床头箱里面有分油器、油管和油槽组成润滑机构。CA6140型车床的润滑系统是把油泵油箱放在床腿上,采用箱外循环,散热条件好。图 3-1 CA6140床头箱主传动系统简图图 3-2 CA614024级转速图3.2 零件三维造型20世纪50年代后期，随着计算机技术的发展，CAD/CAM技术的研究开始起步。40多年来，CAD技术先后经历了二维作图、三维线框造型、曲面造型、实体造型、参数化设计和特征造型灯多个发展阶段7。SolidWorks是由SolidWorks公司开发的世界上第一个基于Windows的三维CAD系统。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起 ，并于1997年由SolidWorks公司被法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值全资收购。SolidWorks软件带有各种组件功能很全很强大，提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换器,有些格式，还提供了不同版本的转换.SolidWorks 凭借其功能强、易上手和技术新的的优势，已经成为当今CAD/CAM行业为主流的中端三维CAD软件8。SolidWorks于1996年8月由生信国际有限公司正式引入中国以来，在机械行业获得普遍应用，目前用户已经扩大到30多万个单位，大有取代AutoCAD的趋势9。用户可以程中的错误以及提高设计效率。SolidWorks系统自带的标准件库，其包含轴承、标准齿轮、螺栓、螺母、螺钉、螺柱、键、销、垫圈、挡圈，密封圈、弹簧、型材等常用零部件，模型数据可被直接调用后修改使用。本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统用到了大量的标准件，比如轴承、螺钉、螺母、垫圈、挡圈等。床头箱主传动系统主要有各种不同模数和齿数的齿轮组成，在本课中用到的齿轮也都可以通过使用SolidWorks系统自带的标准件库导出修改得到。这将大大提高建模时间和系统开发效率。3.3 关键建模过程3.3.1 复杂零件三维造型一、箱体如图3-3所示，CA6140床头箱里共有近190个非标准件，还有许多像轴承等标准件和套筒等行业变准件。这些零件最周都要装在床头箱箱体里面，可以想象床头箱是个十分复杂的零件。床头箱的建模是整个建模工作的重点和难点，考虑到在本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统中，不像加工过程模拟仿真那样关注零部件的结构，所以我采用的总体建模方案是：先准确逐一构造箱体的每个外部特征，然后在不影响整体的情况简化建立主要特征。具体操作步骤大致为：先拉伸个立方体，接着进行抽壳，然后切除打孔，逐一建立每个外部特征；然后拉伸两个中间支撑梁，随后切除打孔并拉伸相应位置的凸台等。以上建模过程是个反复修改进行的过程，并且建模过程中会经常出现比如特征重建和草图具有悬空尺寸等错误，这些错误大都可以通过修改草图和重新定义特征来修正。在建模过程中不但要灵活运用拉伸、倒角、打孔等基本命令，还需要熟练运用转换实体引用、草图捕捉和草图修复等高级命令。图 3-3 CA6140床头箱二、齿轮CA6140床头箱主传动系统主要由齿轮构成，如图3-4所示。床头箱里大都是两联齿轮和三联齿轮，并且大多数齿轮都是变位齿轮。目前比较成熟的齿轮建模方法有：拉伸切除法齿轮建模、参数化齿轮建模、插件法齿轮建模10。拉伸切除法齿轮建模，需要准确绘制齿廓的轮廓线，这往往步骤繁琐比较复杂。参数化齿轮建模，需要参数化模板文件。插件法齿轮建模，比较实用快捷但是长期实用插件需要公司授权。对于变位齿轮，大都通过插件法。具体步骤是：启动齿轮设计软件包，打开“新建零件”工具（tool）宏操作（M）运行齿轮.swp出现齿轮设设计控制，进行参数设置，完成后即可生成变位齿轮。考虑到本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统中对零件特征要求不是十分严格，为了提高建模工作效率，我采用大建模总体方案是：忽略变位、倒角等，采用标准齿轮装配实构建多联齿轮的创建。具体方案是：直接利用SolidWorks系统自带的标准零件库，导入标准齿轮，另存为备份修改属性，然后进行简单修改并装配成多联齿轮并保存成零件格式。图 3-4 齿轮三、 链条CA6140床头箱内的变速操纵机构采用了链传动，实现了变速手柄对轴的三联滑移齿轮和二轴上两联滑移齿轮的有效控制。常用的链条法案是建立在连接单元实体建模的基础上，在零件编辑环境中利用曲线驱动的阵列功能，实现整条链条的实体模型创建。这种方法具有一个突出的缺点，建模过程操作繁琐并且零件数会增加很多，这对本课题开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统运行带来很大的成本。本课题中，我采用的方案是在总体装配体上上创建装配体带/链特征来实现。只需点击两个链轮即可生成链条的简化线条模型，这样即达到了建模目的又不会大量增加数据文件。简化链条效果图如下图3-5所示。图 3-5 简化链条效果图四、装配体造型在SolidWorks装配体环境下，构建CA6140床头箱装配体模型是本课题研究CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发中很关键的一环。考虑到床头箱装配体具有近190个非标准件，还有许多像轴承等标准件和套筒等行业变准件。我的构建装配体模型的方案是：在零件造型的基础上，先以各根轴为基准件构建各子装配体；然后再以箱体为基准件，把各子装配装配到总体装配中；最后，把剩余的零件装到总体装配体中。在构建装配体模型是需要特别注意以下几方面的问题。第一，深刻理解SolidWorks装配环境下各种配合和自由度的关系，比如同心限制了四个自由度，面面平行限制三个自由度，面面重合限制四个自由度。第二，熟练运用距离和路径配合等高级配合来实现滑移齿轮行程和销轴和凸轮槽的配合。第三，运用齿轮、螺旋和凸轮等机械配合。第四，在把子装配装入总体装配体后，需要把子装配体的属性改为柔性，实现子装配体中零件与总体装配体的配合。在构建装配模型过程中，还经常需要以下技巧来提高建模效率。使用压缩来尝试多种配合方法，有效解决过定义问题；使用压缩、还原、轻化和隐藏来简化装配模型，加快显示速度。使用装配体的统计与干涉检查来检查装配是否有装配错误。如图3-5所以为装配体统计与干涉检查结果，以上干涉检查出现的错均是由于将变位齿轮简化标准齿轮导致。a)b)图 3-5 装配体统计和干涉检查结果3.3.2 数据转换Virtools用于储存场景、角色和物体等信息的默认数据格式是nmo，SolidWorks里直接导出的sldasm和sldprt模型文件。我的方案是，将sldasm和sldprt文件另存为stl文件导入3ds-max，经过渲染材质动作添加后后导出nmo文件进而导入Virtools，进行CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的开发。为了减少数据文件的大小，减少模型在3ds-max中的面数，我选择以粗糙形式导出stl文件，如图3-6所示。图 3-6 STL文件3.4 本章小结在本阶段中，主要完成了各个零部件的三维建模工作。对床头箱中的各复杂程度的零部件进行了建模工作，并按照总体方案的思路讲数据文件进行了数据类型的转换，为下一阶段的进行打下了良好的基础。在建模过程中，具有一个良好的思路往往熟练掌握建模软件更加重要。第4章 装配工艺4.1 机械装配按规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程成为装配。把零件、组件装配成部件的过程成为部装。把零件、组件和部件装配成产品的过程成为总装。按照现场操作方式来分，机械装配可分为手工装配、流水线装配以及自动装配等。按照达到装配精度的方式来分，机械装配可以分为互换法、分组法、修配法和调整法11。本课题研究开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统主要用于实验室教学，用来学习CA6140床头箱的机械结构、工作原理和装配过程。我采用的方案是，模拟以修配法来保证装配精度的手工装配法。具体思路是：先对各组件进行部装，再遵循从内部到外部、从下到上的装配原则进行床头箱总装。本系统开发中，进行部装的主要目的是为了增强系统的互动性内容并增强教学效果，让学员更好地掌握整个床头箱的工作原理和装配工艺以及装配操作过程。4.2 整理装配工艺整理CA6140工艺，在整个CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发过程中起着十分关键的作用。现有的教学资源里，虽然有很多关于CA6140床头箱的资料，但是大都侧重理论知识的介绍，比如装配方法、尺寸链等，并没有规范的、系统的、完备的工艺资料。而在本课题中开发CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，恰恰需要规范的、系统的、完备的工艺资料，为了解决这个客观难题。我们想尽各种方法，最后想到尝试深入到机床企业里现场学习装配工艺。后来多谢韩老师多方联系，我得以来到滕州大地机床有限公司学习CA6140床头箱装配工艺知识。经过几天的现场实习学习床头箱装配工艺，自己感觉收获很大。不仅现场验证了前一段时间自己的建模效果，还对床头箱的工作原理和装配工艺、装配方法、装配过程有了深刻地认识，为下一步CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发铺平了道路，自己对CA6140床头箱的整体认识也提高了很多。从得到的各方面技术资料来看，CA6140床头箱装配过程总体共62个装配工序可分三个阶段：其中前2-31为试装各个组件的部装阶段；1、32-60为总装阶段；61、62为装配后的精度检测和调整阶段。以下将简单介绍床头箱装配过程中的几个主要典型装配工艺。一、装配轴02032成组件将齿轮02035挡环02036齿轮02037、02038隔套324035Q431齿轮02039垫圈02040套在轴02032上，保持齿轮02035在轴上灵活移动。将轴承204714,30204,2552115，30205压到轴的两端，达到技术要求。其技术要求：齿轮02037、02038、02039及隔套324835，Q431应贴合，不应有轴向间隙。齿轮02035应滑动灵活。轴承255216.5,7205,204715.5,7204应与轴轴肩贴合。图 4-1 轴组件二、装配轴02013成组件（1）把轴02013的左端放在轴卡具中，然后将压紧环02026按轴02013的毡槽及销孔装入达到灵活转动为止。（2）把拉杆02029插入到轴02013右端孔中和扣压紧球结合起来铰孔，装上销子12ga70；GB119-66，把它沉入2mm左右移动灵活。（3）把防松销02027，弹簧0.5416；Q811装入压紧环02026中，然后将左右螺母02025拧在压紧环上，保持和压紧环齐平。（1）把摩擦片02023、02024配成两组装入压紧环的两侧，再将垫02021套入轴02013两端的花键槽内。然后将垫02022分别套入轴02013两端花键上对好螺纹孔，用螺丝刀68，GB68-66将两档垫拧紧，摩擦片的数量要根据它的厚度来确定。压杠杆02030摩擦片的两端即紧靠压紧环02026和垫02022。（1）把齿轮02020套入轴02013左端，摩擦片凸出部分放入齿槽中，再压如轴承406815,108将弹簧圈68，GB89367分别放入齿轮02020的两槽内，再将隔套404832，Q431轴承406815,108隔套404814，q431压入轴02013保证齿轮02020在轴02013上转动灵活。（1）把齿轮02028套入轴02013的右端，摩擦片凸出部分放在齿轮02028槽中压入轴承4068115；108将弹簧圈68；GB893-67放入齿轮02028内孔槽中，再将隔套02190轴承406815；108隔套404810；Q431，轴承408018；208压入轴02013右端到底为止。保证齿轮02028在轴02013上转动灵活，最后将弹簧圈40；GB89467撞到轴02013的弹簧槽中。（1）把平键8770；JB11360打入轴02013的键槽中，然后根据键槽修配压环02031在轴上达到灵活移动，再将杠杆放到拉杆02029的槽中和轴02013同心时铰8孔。把销子8ga25；GB11966打入轴02013和杠杆02030的8孔中，将压环02031套在轴上，杠杆02030转动灵活，拉杆02029移动灵活，压环02031移动灵活。图 3-2 轴组件其技术要求：齿轮02020、20028在轴02013上应灵活转动。用手推动杠杆02030两端，结合于02026应灵活轴向滑动，要推动摩擦片先到适当位置，若果杠杆02030不能推倒时，用增式减摩擦片法调整到适宜为止。放松销子02027应灵活有效，不应有卡主现象。保持零件清洁。三、装配主轴02061A成组件（1）把主轴02061A小头向上放在工作地上，把背帽全都拧开取下，用棉布擦拭。把锁紧盘02063套在主轴02061A上。用螺钉M10 30；GB2166和垫圈B10 ；GB9766固定。然后把背帽02062B和螺母02201拧到主轴02061A上。（2）把圆柱销4ga8；GB11966打入主轴02061A的销孔中到底为止，再把垫02068的槽对准圆锥销4ga8；GB11966套到主轴02061A上。把斜齿轮02070套到主轴上，然后把垫02096组件平配好，把弹簧圈90；GB89467放到主轴上的弹簧槽中，保证齿轮转动灵活，窜动0.20。（3）把齿轮02071对准花键套到主轴02061A上达到移动灵活，没有卡住现象。然后把垫02044隔套809016；Q431齿轮02073套在主轴上，再把螺母02077A拧到主轴02061A的上端丝扣上。图 4-3 主轴组件其技术要求：调整调整垫02096组件，使弹簧圈90；GB89467下到弹簧槽后齿轮02070应灵活转动，轴向间隙0.2mm。齿轮02071应与齿轮02070啮合，沿轴向灵活滑动不应有卡主现象、保持零件清洁，避免碰撞。4.3 装配调整床头箱，如图4-4所示，在装配过程中，规范化的装配工艺即可保证大部分要求较低的技术要求。但是，为了达到某些高级的技术要求，在整体装配完成后必须进行装配精度的检测并进行相关的调整来达到最终的技术要求。图 4-4 床头箱一、主轴轴承间隙的调整 CA6140车床的主轴部件，车床主轴支承对主轴的回转精度和刚度影响很大。主轴轴承的径向间隙过大，会使主轴跳动，车出的工件产生椭圆、棱圆或波纹等；间隙过小在高速时会使主轴发热而损坏。所以主轴轴承要定期进行调整。调整前轴承时，先拧松轴承右端的螺母8、螺母4上的紧固螺钉5，然后拧紧左端螺母4使双列圆柱滚子轴承7的内圈相对于主轴锥面做轴向移动，因为轴承内圈很薄，而且内孔与主轴锥面都具有1；12的锥度，因此，内圈在轴向移动的同时做径向弹性膨胀，实现调整径向间隙或预紧的目的。调整过程中要用手转动主轴，感觉转动均匀灵活无阻滞时，将紧定螺钉5和螺母8拧紧。然后用百分表测量主轴的径向圆跳动，使其不得超过规定的技术要求。再用高转速开车一小时，测其轴承温度不超过70，车床方可使用。一般情况下，只调整前轴承即可，只有当调整前轴承后仍达不到要求时，才对后轴承进行同样的调整。主轴与轴承间轴向间隙过大时，精车端面后会造成工件端面圆跳动超差；精车圆柱表面时会出现混乱波纹；车削螺纹时会出现螺距误差(螺距不均匀)等。此时，加工中心应调整主轴后端的角接触球轴承，使主轴的轴向窜动控制在0.01mm以内，主轴轴肩支承面的圆跳动不大于0.02mm。 二、摩擦离合器的调整 CA6140车床主轴箱轴I上装有双向多片式摩擦离合器，除了传递动力外，还能起过载保险装置的作用。离合器的内、外摩擦片在松开时间隙要适当，如间隙太大，压紧时摩擦片会相互打滑，不能传递正常的转矩，易产生闷车现象；如间隙太小，高速下会由于发热，温度过高而烧坏摩擦片。摩擦片间隙：先把弹簧销14从紧固螺母4的缺口中压人螺套5，然后转动紧固螺母4，相对螺套5做少量的轴向位移，即可改变摩擦片的间隙。加工中心车床如正转间隙太大，紧固螺母4应向左移动；反之则向右移动。调整后应使弹簧销14从紧固螺母4的任一缺口中弹回。 三、制动器的调整。 制动器是使车床在停车时主轴能迅速停止转动，以缩短辅助时间。加工中心调整制动器时，先将紧固螺母6松开，然后转动调节螺钉5，要求达到停车时，制动带7抱紧制动轮8，车床使主轴能迅速制动；开车时，制动带7完全松开。调整合适后，应将紧固螺母6拧紧。 4.4 本章小结经过韩老师的介绍，通过参观实习学习CA6140床头箱装配工艺，借助滕州大地机床有限公司的相关技术资料，不仅对床头箱有了更深一步的认识而且有效地解决了床头箱装配工艺的难题，整理出了规划化、系统化、完备的床头箱装配工艺文件。为下一步CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的开发做好了技术支持。第5章 系统开发与效果展示5.1 系统总体方案CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，是一个以学生为受训主体的培训平台，主要目的是教授学生CA6140床头箱的基本工作原理、装配过程和装配工艺。为了达到以上效果，CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统必须具有工作原理介绍、装配过程演示、自主装配体验等基本功能。如图5-1所示，系统的总体框架大致如图。图 5-1 CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统5.2 视频教学功能实现 5.2.1 3ds-max简介3ds-max是由Discreet公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。3ds-max具有基于PC系统的低配置要求、强大的角色(Character)动画制作能力、可堆叠的建模步骤并使制作模型有非常大的弹性，可安装外挂增强原本功能等突出的软件特点。 3ds-max作为Autodesk公司一款成熟市场化软件，具有高性价比、新手上手容易的优势，在广告、影视、工业设计、辅助教学以及工程可视化等领域得到了广泛应用。鉴于以上特点，在本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发中选择3ds-max作为模型渲染、材质处理、零部件动作动画制作和数据转化的中间过渡软件。5.2.2材质处理材质是三维世界的一个重要概念，是对现实世界中各种材料视觉效果的模拟，这些视觉效果包含颜色、感光特性、反射、折射、透明度、表面粗糙程度以及纹理等。3ds max里最常用的的材质处理方法有两种：获取现场照片，制作贴图；运用材质编辑器，设置材质参数。运用贴图，效果不仅不如定义材质球，而且重复工作量大；在本课题研究中，我运用材质编辑器，设置材质参数定义材质球。具体步骤如下：在明暗器基本参数中将着色参数设置为金属，选择背景色，设置高光级别参数，设置光泽度参数，设置maps，添加不通风材质球后效果如图5-2所示。图 5-2 材质处理图5.2.3 动画制作在本课题开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统中的视频教学功能主要是熟练运用有3ds max的强大动画功能来实现。3ds max做动画的基本手段是手动添加关键帧，各关键帧做出来后max软件可以高效地各关键帧之间的补帧过程。完成以上工作后，就是调节关键帧和运用曲线编辑器调整曲线的运动阶段12。在本系统开发中的具体思路是：先分别按照每一道工序进行动画制作，然后进行视频编辑整合成一个整体的动画文件，在触发系统的设定按钮时按照设定好的顺序进行播放。在每一道工序中，严格按照整理好的系统的、完备的、准确的装配工艺中规定好的装配顺序依次进行推针运动到指定的位置，并且用文字和声音提示来表达技术要，如图5-3所示。图 5-3 动画制作5.3 装配培训功能实现本课题发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统中的装配培训功能主要通过虚拟现实引擎Virtools软件强大的交互功能来到实现。在本课题中，互动功能模块开发的编程思路是：通过鼠标的输入，来触发Virtools中的相应模块执行对应的程序，输出指定的动作，达到互动的效果。具体思路是，为每个零件设定一个唯一名字，并为这个名字指定一个字段，每个字段具有5条记录，分别是初始位置/移动位置/父物体/子物体/点选参照物。在本系统中互动功能模块开发中主要的工作准确分析每道工序中各个零件的装配顺序、动作类型、动作顺序，然后就是获取各零件各关键点的坐标。通常运用Virtools开发交互场景的流程分为以下五步：首先，开启一个含有3D模型的数据库；接着，汇入一个做好的3D模型 ；然后，汇入一个做好的3D角色 然后，为角色指定一个或多个行为模块；最后，测试演出效果13。在本课题CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统中互动模块的开发中的具体操作步骤是：先导入含有床头箱零部件的数据库，接着导入经由SolidWorks和3ds max做好的3D模型，然后为模型添加事先测试运行良好的行为模块，紧接着对个行为模块的参数进行定义，最后进行测试，直到测试通过为止，如图5-4所示, 虚拟现实案例实战13。图 5-4虚拟现实案例实战5.4 功能集成功能集成阶段是整个CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统开发中最后一个阶段，也是至关重要的一环。主体框架由C+语言编程搭建，为每个功能模块搭建一个窗口。这样的主体框架的优势是：开发过程简单，脚本可复制性强，模块化编程，效率高，测试更改和版本升级方便14。5.5 本章小结在本章中，主要完成了互动模块的开发和各个功能模块的集成，也就完成了整个CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统初级版本的开发工作。第6章 总结与展望本课题基本上完成了CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统的初级版本开发，实现了视频教学、互动操作等基本功能。在本课题开发中，我先后进行了床头箱进三百个零部件的三维建模，床头箱61道装配工艺系统完备准确整理，部分动画制作，互动模块整体思路确定与测试等。通过完成以上工作，我先后学到了很多知识。大体有：床头箱工作原理，床头箱各个零部件结构，床头箱的装配工艺；SolidWorks软件初中高级三维建模，二维图纸导出，装配体干涉统计等命令的操作技巧；3ds max软件模型简化，材质处理，动画制作等较初级的操作技巧；Virtools软件项目开发流程，简单互动开发，基本模块运用等基本操作。尽管我已经做了以上叙述中提到的大量的工作，但是最终由于时间不足，系统开发工作流程安排不合理，自己能力水平有限等等各种原因，CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统还很不完善，很多设想的功能没有实现，比如装配路径干涉检查、互动操作流程记录与评分、实时系统帮助提示等等。总之，本课题研究只为开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统提供了一种可行的技术方案，距离预定的目标还有一段距离要走。但是，按着本课题提供的思路开发的CA6140床头箱装配工艺交互式三维仿真模拟系统，是可以满足实验教学任务的。相信，如果继续