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5b032d插床vr系统及其典型工艺设计大学毕设论文
重庆大学本科学生毕业设计(论文)
B5032D插床VR系统及其典型工艺设计
学生:
学号:
指导教师:
专业:
机械设计制造及其自动化
重庆大学机械工程学院
二O一六年六月
GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversity
B5032DslottingmachineVRsystemandthetypicalprocessdesign
Undergraduate:
Supervisor:
Prof.
Major:
Mechanicalengineeringandautomation
CollegeofMechanical
ChongqingUniversity
June2016
重庆大学本科学生毕业设计(论文)中文摘要
摘要
虚拟现实技术(简称VR技术)是近些年来迅速发展的一门重要技术,是一种融合了多种信息的交互式三维动态视觉和实体动作的系统仿真,如今被广泛地应用于各行各业中,其研究领域也广泛涉及到军事、商业、医药学、心理学、制造业、教学科研、影视娱乐、工程训练等多个重要应用领域。
数字化B5032D插床及其VR系统设计是机床虚拟现实系统的一个构成部分。
通过三维软件SolidWorks建立B5032D插床、工件以及相关刀具夹具的三维模型,再利用3DMAX软件将这些三维模型导入Quest3D三维引擎中,通过学习虚拟现实技术的基本原理和编程方法,运用Quest3D三维引擎完成插床B5032D虚拟现实系统的设计,进而实现在计算机中模拟该插床的基本运动以及插渐开线花键这个典型工艺的切削过程。
关键词:
虚拟现实技术,B5032D插床,三维模型,Quest3D
I
重庆大学本科学生毕业设计(论文)ABSTRACT
ABSTRACT
Virtualrealitytechnology(VRtechnology)isanimportanttechnology,whichhasdevelopedrapidlyinrecentyears.VRtechnologyisakindofsystemsimulationthathasinteractivethree-dimensionaldynamicscenesandentitybehaviorforamulti-sourcedatafusion,andnowVRtechnologyiswidelyusedinallwalksoftheindustry.Itsfieldofresearchalsoinvolvesmilitary,business,medicine,psychology,manufacturing,researchandteaching,televisionandentertainment,engineeringandtraining,etc.
DigitalB5032DslottingmachineandVRsystemdesignarepartofthemachinetools’virtualrealitysystems.UseSolidWorkstoEstablishthethree-dimensionalmodelsofB5032Dslottingmachine,theworkpiece,theassociatedtoolandthefixturetool,use3DMAXsoftwaretoimportthesethree-dimensionalmodelsintoQuest3D,thenlearnbasicprinciplesofvirtualrealityandmastertheprogrammingmethodofrealitytechnology,anduseQuest3DtocompletethevirtualrealitysystemdesignofB5032Dslottingmachine.Thenthesystemwillrealizethebasicmotionsimulationoftheslottingmachineinacomputerandthetypicalprocessofcuttingtheinvolutespline.
Keywords:
virtualrealitytechnology,B5032Dslottingmachines,Three-dimensionalmodels,Quest3D
II
重庆大学本科学生毕业设计(论文)目录
目
录
中文摘要...................................................................................................
Ⅰ
ABSTRACT..............................................................................................
Ⅱ
1绪论.........................................................................................................
1
1.1
引言.....................................................................................................
1
1.2
课题的目的和意义...................................................................................
1
1.2.1
课题的目的.......................................................................................
1
1.2.2
课题的意义.......................................................................................
2
1.3
国内外研究现状......................................................................................
3
1.3.1国外虚拟现实技术的研究现状................................................................
3
1.3.2国内虚拟现实技术的研究现状................................................................
4
1.4
实现途径................................................................................................
5
1.5
本章小结................................................................................................
5
2B5032D插床VR系统的开发工具......................................................
6
2.1
SolidWorks概述......................................................................................
6
2.2
3D
MAX概述...........................................................................................
7
2.3
Quest3D概述..........................................................................................
7
2.4
本章小结...............................................................................................
8
3三维建模................................................................................................
9
3.1
B5032D插床介绍.....................................................................................
9
3.2
确定B5032D插床典型工艺.......................................................................
10
3.3
机床、工件及刀具的三维建模...................................................................
10
3.3.1
机床的三维建模................................................................................
10
3.3.2
工件的三维建模................................................................................
11
3.3.3
刀具的三维建模................................................................................
16
3.4
三维实体模型的格式转换.........................................................................
17
3.5
本章小结..............................................................................................
17
4B5032D插床的基本运动及加工工艺编程..........................................
18
4.1
B5032D插床的基本运动编程.....................................................................
18
4.1.1
三维模型的导入................................................................................
18
4.1.2
各部件基本运动编程..........................................................................
20
4.2
逻辑控制编程.........................................................................................
21
III
重庆大学本科学生毕业设计(论文)目录
4.3
卧式镗床的典型工艺编程.........................................................................
25
4.4
本章小结..............................................................................................
30
5
B5032D插床使用说明..........................................................................
31
5.1
B5032D插床基本结构..............................................................................
31
5.2
B5032D插床基本运动操作........................................................................
31
5.2.1视图控制..........................................................................................
31
5.2.2插床基本运动操作..............................................................................
32
5.3
B5032D插床的典型切削工艺.....................................................................
33
5.4
本章小结..............................................................................................
35
6
结论.......................................................................................................
36
7
致谢.......................................................................................................
37
参考文献...................................................................................................
38
IV
重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论
1绪论
1.1引言
虚拟现实技术是以计算机和电子技术为核心的一种新兴技术,能生成接近现实的集视、听、触觉等一体化的虚拟环境,用户可以通过相关的设备自然地与虚拟世界中的物体实现交互功能,进而产生一种如临其境的体验和感受。
因此,虚拟现实技术广泛应用在各技术领域,它的应用涉及到军事训练、航空航天、医学、机器人、计算机可视化、制造、教育、娱乐、商业等领域,而其中在制造业[1]中的应用增长速度是十分显著的。
机械制造业是制造业的一个重要部分,良好的实践性是机械制造十分需求的,但初学者在学习制造相关的金属切削[2]的大部分内容时,比如学习机床的基本操作知识,学习如何装配刀具夹具,学习切削加工的具体现象的时候,基本都只能通过书本上的简单图像和文字说明来学习这些本身操作性极强的内容,视觉效果很弱,学习效率和效果都十分低下。
而通过虚拟现实技术可以实现初学者在没有直接观察或操作现实机床的情况下,仍然对机床有一个很清晰认识。
通过三维软件在计算机上建模,模拟仿真现实运动[3],可以让用初学者在没有现实机床的情况下如临其境般感受现实机床机械加工过程,包括机床的基本运动,金属虚拟切削过程[4],工件、刀具夹具的装配过程等,让初学者能够在计算机中实现对金属切削机床以及机械加工的一个清晰认识,在整个学习过程中还能实现各个方位视角转换,方便初学者对机床各个部分的学习。
可以说,虚拟现实技术开创了全新的学习场景,用户通过它可以随时随地学习这上面的东西,而不必实地去观察机床,也不会浪费现实的加工资源。
1.2课题的目的和意义
1.2.1课题的目的
虚拟现实技术以计算机技术为主,利用计算机等设备创造一个视听感受逼真的三维虚拟环境,可以利用它观察周围世界,可以与虚拟世界进行人机互动等,
这大大加速了人机互动技术的发展。
VR技术的出现,为人机交互界面的发展开创了新的研究平台,为智能工程提供了新的界面工具,为装置艺术可视化发展提供
了新的展示空间[5]。
在计算机已经普及到千家万户的今天,机械工业的发展也与计算机息息相关。
而虚拟现实技术在计算机上也有了极大的发展,由于其三维动态视觉能实现人与虚拟环境的交互这个重要功能,它在很多领域都有着广阔的前景,并且都在这些
1
重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论
领域上有了一定的应用成果,在机械领域上的应用也达到一个令人惊叹的发展期。
现今虚拟现实技术已被国际上一些大型企业普遍地应用到机械制造加工的多个环节上,例如数字化机床、虚拟装配、虚拟换刀、模拟加工等,这些虚拟现实技术的应用和推广能加速相关工艺人员对工艺方案的设计,大大提高企业开发新产品的效率,而且不需要浪费现实加工所需要的各种材料,大大降低了企业开发新产品的成本,避免因设计问题直接开始大批量生产而产生血本无归的现象。
身为一名机械设计制造及其自动化专业的本科毕业生,十分需要对当今的新兴技术加以学习。
而这次的研究方向便是以Quest3D这个虚拟现实的软件[6]为基
础,设计B5032D插床的基本运动及此机床的一个加工工艺模拟仿真。
这一内容是通用机床系列实现虚拟现实系统的一块,通过建立机床以及相关刀具夹具的三维模型,可以很好地提升自己识图和制图的能力;通过学习虚拟现实技术的有关原
理和方法[7],运用Q3D三维引擎完成插床B5032D虚拟现实系统的方案设计,能更加深入了解机床的结构特点,学习机床的工艺能力,学习零件结构的工艺性知识,掌握零件表面的成形原理和方法。
1.2.2课题的意义
虚拟现实技术在很多领域都有着广阔的前景和意义,由于本课题的研究方向及其局限性,将从工业领域和教育教学二方面来谈此课题的意义。
虚拟现实技术是基于虚拟仿真为基础,以计算机和电子技术为核心的一种高新技术,能生成接近现实的集视、听、触觉等一体化的虚拟环境,用户可以通过相关的设备自然地与虚拟世界中的物体实现交互,进而产生一种如临其境的体验和感受。
这是虚拟现实技术最大最诱人的特点,也正因如此,虚拟现实技术广泛
应用在各技术领域[8]。
工业领域是国民经济的一个十分重要领域,而加工各种金属零件的机床是实现国民经济现代化和工业化的最重要工具之一,机床的质量、工艺性能是工业领域中一个十分重要的指标。
插床是机械加工领域中比较常见的一类机床,能用于插削平面、成型面及键槽等,研究它的加工方法对以后的实际加工工作具有重要意义。
在工业领域中,它能用来评估各项加工的成本、观察零件的加工模拟仿真情形、节约产品研发加工材料,并能对加工安全系数进行评估。
随着虚拟现实技术的高速发展,虚拟教学不仅成为了可能,并且还有了一定的成果。
学习者可以身临其境地观看虚拟世界中的各种实验装备,了解分析各种工具的结构和功能,有着良好的视觉体验效果,获得比传统教学更加深刻的学习
体会。
实现B5032D插床的虚拟现实系统,学习者们可以随时随地地学习该机床的有关内容,了解它的组成结构和工作原理,了解其工件和夹具的装配情形,了解其刀具换刀的工作情形以及实际加工的切削情况。
这大大节约了教学的教育成本,
2
重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论
改善了教学环境,也提高了学习者们学习机床相关知识的效率,增强了学习效果,有利于学习者们对机床的快速上手。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外虚拟现实技术的研究现状
由于虚拟现实技术良好的前景,世界各国对其都进行了深入的研究。
至今,虚拟现实技术已获得了长足的发展,这里讲主要介绍国外一些国家对虚拟现实技术的研究现状。
虚拟现实技术发源于美国,到目前为止,美国在该领域的研究主要集中在后台软件和硬件、用户界面以及虚拟感知这四个方面。
美国SRI研究中心创建了“视觉感知计划”,在1991年后,该研究中心进行了虚拟现实技术在训练车辆行驶[9]或操作军用飞机方面上的研究,打算利用仿真来减少飞行事故和车辆事故。
LomaLinda大学医学中心的DavidWarner博士和他的研究小组成功地将计算
机图形及虚拟现实的某些设备用于探讨与神经疾病相关的问题,首创了VR儿科治疗法。
麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋,
这些技术都是VR技术的基础,1985年MIT成立了媒体实验室,进行虚拟环境的
正规研究[10]。
美国宇航局的Ames实验室:
将数据手套工程化,使其成为实用性较高的产品;在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时动态仿真;大量运用了面向座舱的飞行模拟技术;对哈勃太空望远镜的仿真等。
该实验室现在正致力于一个叫“虚拟行星探索”(VPE)的试验计划。
现在NASA己经建立了航空、卫星维护VR训练系统、空间站VR训练系统,并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。
从上世纪九十年代初起,美国首先将虚拟现实技术应用于军事领域,应用的关键领域有下面四个:
模拟战场环境、单兵虚拟训练、多种兵种联合演练、指挥员指挥训练。
英国在虚拟现实技术开发的某些方面处于靠前的位置,例如其在分布并行处
理、触觉反馈系统的设计和应用均走在世界前列。
英国Improbable公司正在创造一个让模拟世界成为可能的运行环境,其模拟世界可以被用于解决国防、医疗保健、经济和娱乐等领域的多种问题。
英国TSC中心致力于利用虚拟现实技术改善交通问题,设计师和工程师“足
不出户”,就能随时“走上”他们想考察的城市街头,对道路规划及相关服务和产品进行更加直观的体验。
3
重庆大学本科学生毕业设计(论文)1绪论
德国在虚拟现实技
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- b032d 插床 vr 系统 及其 典型 工艺 设计 大学 论文