CA6132三维造型和运动仿真与CAI课件开发
CA6132三维造型和运动仿真与CAI课件开发[20200210113946]
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技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软件对CA6132车床进行建模与运动仿真，最后整理资料制作CAI课件。
本文对CA6132车床及其传动关系进行了详细介绍，在此基础上，利用SolidWorks软件对CA6132车床的主轴箱、进给箱和溜板箱等部件进行三维建模，虚拟装配及运动仿真，制作爆炸图。对车床进给箱箱体进行数控加工仿真。利用Mastercam进行数控自动编程，导出数控程序，并优化。将修改好的程序导入Vericut，对机床进行调试后，进行数控加工仿真。利用视频软件将车床的拆装过程、运动仿真及数控加工仿真过程制作成视频。最终将完成的作品整理制作成CAI课件，为以后的教学提供方便。
关键词：CA6132车床；SolidWorks；建模与仿真；视频制作；数控加工仿真；
第一章 绪论 1
1.1 引言 1查看完整论文请+Q: 351916072
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题的目的及所研究的主要内容 3
1.3.1 课题的目的 3
1.3.2 课题研究的主要内容 4
第二章 总体方案的设计 5
2.1 课件开发的功能分析 5
2.2 课件开发的原则 5
2.3 课件制作的总体步骤 8
2.4 课件素材的制作 8
2.4.1 文字的编辑 8
2.4.2 图形与图象的获取 9
2.4.3 声音的录制 9
2.4.4 动画和视频的制作 9
第三章 基于SolidWorks的三维建模 11
3.1 SolidWorks软件平台 11
3.1.1 SolidWorks介绍 11
3.1.2 常用功能描述 11
3.2 CA6132车床的介绍 13
3.2.1 CA6132车床的传动系统 14
3.2.2 主运动传动链 15
3.2.3 进给运动传动链 16
3.3 CA6132车床的组成 17
3.3.1 床身 17
3.3.2 床头箱（主轴箱） 18
3.3.3 变速箱 18
3.3.4 进给箱 18
3.3.5 光杆和丝杆 19
3.3.6 溜板箱 19
3.3.7 刀架 20
3.3.8 尾架 20
3.4 CA6132车床的建模 20
3.4.1 一般建模方法 21
3.4.2 箱体的建模 21
3.4.3 轴的建模 23
3.4.4 齿轮的建模 24
3.5 零件的装配 27
3.5.1 装配顺序的原则 27
3.5.2 车床的装配 27
3.6 CA6132车床仿真 30
3.6.1 Animator插件 30
3.6.2 车床运动仿真 30
3.7 用Solidworks软件制作视频 32
3.7.1 制作爆炸图 32
3.7.2 制作视频的过程讲解 33
第四章 典型零件的数控加工 35
4.1 工艺规程设计 35
4.1.1 制定机械加工工艺规程的原则 35
4.1.2 制定机械加工工艺规程的依据 35
4.1.3 制定机械加工工艺规程的内容 35
4.1.4 制定机械加工工艺规程的步骤 36
4.1.5 工艺及工序卡片 36
4.2 Mastercam自动编程 37
4.2.1 Mastercam的使用 37
4.2.2 Mastercam设置刀具路径及验证 38
4.2.3 Mastercam导出NC程序 39
4.3 Vericut验证加工 38
4.3.1 毛坯的设计 38
4.3.2 夹具的设计 38
4.3.3 夹具的安装 38
4.3.4 加工仿真 39
4.4 视频录制 40
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
1.1 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，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。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。
1.2 国内外研究现状
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。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。
随着三维CAD软件技术的日益成熟，市场的日益扩大，制造企业普遍认识到应用三维CAD软件是传统产业技术改造的必由之路。目前市场上主流的三维CAD软件如：UG(EDS公司)、Pro/E(PTC公司)、CATIA（IBM/Dassault公司）、SolidWorks等，其功能涵盖了三维造型、装配、分析仿真、虚拟制造和产品数据管理等方面，形成了三维CAD技术的高端应用市场，国内外的汽车、航天航空、造船和机床等行业均已全面采用上述三维CAD软件进行产品的设计和制造，国内如：西飞、航天三院、上汽、长安汽车、昆明机床厂、哈尔滨汽轮机厂、广西玉柴股份有限公司等也都采用了上述软件辅助设计生产。
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CAD&CG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。
西安理工大学机械与精密仪器学院在基于Solid Works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Open Graphics Lib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, Solid Works(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。
本次毕业设计选择SolidWorks进行车床的建模与运动仿真，主要是从以下几个方面考虑：
（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，目前已在国内外中小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很好的兼容性
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技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软件对CA6132车床进行建模与运动仿真，最后整理资料制作CAI课件。
本文对CA6132车床及其传动关系进行了详细介绍，在此基础上，利用SolidWorks软件对CA6132车床的主轴箱、进给箱和溜板箱等部件进行三维建模，虚拟装配及运动仿真，制作爆炸图。对车床进给箱箱体进行数控加工仿真。利用Mastercam进行数控自动编程，导出数控程序，并优化。将修改好的程序导入Vericut，对机床进行调试后，进行数控加工仿真。利用视频软件将车床的拆装过程、运动仿真及数控加工仿真过程制作成视频。最终将完成的作品整理制作成CAI课件，为以后的教学提供方便。
关键词：CA6132车床；SolidWorks；建模与仿真；视频制作；数控加工仿真；
第一章 绪论 1
1.1 引言 1查看完整论文请+Q: 351916072
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题的目的及所研究的主要内容 3
1.3.1 课题的目的 3
1.3.2 课题研究的主要内容 4
第二章 总体方案的设计 5
2.1 课件开发的功能分析 5
2.2 课件开发的原则 5
2.3 课件制作的总体步骤 8
2.4 课件素材的制作 8
2.4.1 文字的编辑 8
2.4.2 图形与图象的获取 9
2.4.3 声音的录制 9
2.4.4 动画和视频的制作 9
第三章 基于SolidWorks的三维建模 11
3.1 SolidWorks软件平台 11
3.1.1 SolidWorks介绍 11
3.1.2 常用功能描述 11
3.2 CA6132车床的介绍 13
3.2.1 CA6132车床的传动系统 14
3.2.2 主运动传动链 15
3.2.3 进给运动传动链 16
3.3 CA6132车床的组成 17
3.3.1 床身 17
3.3.2 床头箱（主轴箱） 18
3.3.3 变速箱 18
3.3.4 进给箱 18
3.3.5 光杆和丝杆 19
3.3.6 溜板箱 19
3.3.7 刀架 20
3.3.8 尾架 20
3.4 CA6132车床的建模 20
3.4.1 一般建模方法 21
3.4.2 箱体的建模 21
3.4.3 轴的建模 23
3.4.4 齿轮的建模 24
3.5 零件的装配 27
3.5.1 装配顺序的原则 27
3.5.2 车床的装配 27
3.6 CA6132车床仿真 30
3.6.1 Animator插件 30
3.6.2 车床运动仿真 30
3.7 用Solidworks软件制作视频 32
3.7.1 制作爆炸图 32
3.7.2 制作视频的过程讲解 33
第四章 典型零件的数控加工 35
4.1 工艺规程设计 35
4.1.1 制定机械加工工艺规程的原则 35
4.1.2 制定机械加工工艺规程的依据 35
4.1.3 制定机械加工工艺规程的内容 35
4.1.4 制定机械加工工艺规程的步骤 36
4.1.5 工艺及工序卡片 36
4.2 Mastercam自动编程 37
4.2.1 Mastercam的使用 37
4.2.2 Mastercam设置刀具路径及验证 38
4.2.3 Mastercam导出NC程序 39
4.3 Vericut验证加工 38
4.3.1 毛坯的设计 38
4.3.2 夹具的设计 38
4.3.3 夹具的安装 38
4.3.4 加工仿真 39
4.4 视频录制 40
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
1.1 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，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。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。
1.2 国内外研究现状
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。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。
随着三维CAD软件技术的日益成熟，市场的日益扩大，制造企业普遍认识到应用三维CAD软件是传统产业技术改造的必由之路。目前市场上主流的三维CAD软件如：UG(EDS公司)、Pro/E(PTC公司)、CATIA（IBM/Dassault公司）、SolidWorks等，其功能涵盖了三维造型、装配、分析仿真、虚拟制造和产品数据管理等方面，形成了三维CAD技术的高端应用市场，国内外的汽车、航天航空、造船和机床等行业均已全面采用上述三维CAD软件进行产品的设计和制造，国内如：西飞、航天三院、上汽、长安汽车、昆明机床厂、哈尔滨汽轮机厂、广西玉柴股份有限公司等也都采用了上述软件辅助设计生产。
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CAD&CG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。
西安理工大学机械与精密仪器学院在基于Solid Works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Open Graphics Lib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, Solid Works(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。
本次毕业设计选择SolidWorks进行车床的建模与运动仿真，主要是从以下几个方面考虑：
（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，目前已在国内外中小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很好的兼容性
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