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1、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：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
2、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Lathe Modeling and Simulation of the Movement Based on Solid
3、WorksAbstractAs we all know,modeling and simulation products,product design as an important element of the main functions of the product process. Good modeling, assembly and simulation technology, to ensure product quality and reliability,reduce costs and enhance competitiveness force of great signi
4、ficance.As information technology and manufacturing the rapid development of information technology, modeling and simulation technology. The development and application will become an inevitable trend. SolidWorks platform of the subject of the use of the CA6140 lathe assembly process of the necessar
5、y analysis and simulation.First of all,research from home and abroad,introduction of lathes,parts modeling and assembly modeling system and so on modeling and simulation on the theory of knowledge,and technical points of principle.Secondly,three-dimensional modeling software,SolidWorks gave a brief
6、account of its plug-in function of learning and exploration,Grasp of the parameters of the modeling method,greatly reducing the design time and improve design efficiency and design quality,development of better design task was completed. That will do little to shorten the product development cycle,l
7、ower development costs have a significant role.Finally,through the above-mentioned machine tool simulation of transmission cases will show up directly to obtain a better visual effect. And connection with the subject of future work prospects for the whole analysis can be assembled and laid the found
8、ation for performance evaluation.Key words: CA6140 lathe, SolidWorks, Modeling, Simulation 目 录1 绪论11.1 引言11.2 国内外研究现状21.3 课题目的及所研究的主要内容31.3.1 课题的目的31.4 CA6140车床简介41.4.1 CA6140车床简介41.4.2 CA6140车床的传动系统42 SolidWorks软件平台.42.1 SolidWorks及其二次开发技术简介42.1.1 三维造型软件SolidWorks简介42.1.2 基于SolidWorks的二次开发技术.52.2 S
9、olidWorks插件52.2.1 PhotoWorks52.2.2 FeatureWorks62.2.3 COSMOSXpress62.2.4 Toolbox62.3 SolidWorks在产品设计中的功能72.4 三维实体零件的建模72.4.1 参数化建模方法（参数化设计）72.4.2 一般建模方法92.5 三维实体零件的装配92.5.1 向装配体中添加实体零件.93 车床的建模103.1 轴的建模103.2 齿轮、链轮的建模113.3 凸轮的建模143.4 拨叉的建模143.5 机架、定位块、销钉的建模164 车床的装配174.1 装配顺序的原则175 车床的仿真185.1 Animat
10、or介绍185.2 车床传动仿真的实现196 结论与展望196.1 结论196.2 今后工作方向20致谢21参考文献211 绪论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
11、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V
12、R(VirtualReality)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
13、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
14、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。1.2 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
15、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
16、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
17、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
18、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。
19、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。1.3 课题目的及所研究的主要内容1.3.1 课题的目的机床是机械加工制造业的主
20、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CA6140车床系统进行虚拟装配及仿真分析研究。1.3.2 课题的主要工作内容（1）三维环境下的零件建模与装配为了实现机构的运动仿真，
21、首先必须利用SolidWorks强大的实体造型功能构造出运动构件的三维模型，其中包括:大、小齿轮，凸轮，杆等运动构件，以及轴、销等辅助构件，部分零部件可利于SolidWorks强大的数据库进行参数化设置，减少设计时间。在完成建模后，结合各个部件间的配合特征，利用SolidWorks平台对各部件进行装配。（2）实体机构的运动仿真完成装配的机构还不能运动，只能维持装配时的状态，为了再现机构的实际运动，必须根据不同机构的特点，计算各个构件之间的相对位置。根据各构件的相对运动关系，利用Animator插件通过节点的选择对其进行模拟仿真，从而模拟出了机构的运动状况。通过控制计时器的参数和状态，可以实现机
22、构运动的开始，暂停，反转，停止等操作。另外，为了更清晰的展现每个机构的运动情况，各个机构还可以单独运动，使用户更清楚的了解每个机构的运动情况。1.4 CA6140车床简介1.4.1 CA6140车床简介普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%。作为最常见的一种，CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。1.4.2 CA6140车床的传动系统电动机经主换向机构、主变速机构拖动主轴。主换向机构主要用于切削螺纹，主变速机构用于变速。进给链（切螺纹时为螺纹链）从主轴开始，经进给换向机构、挂轮和进给箱内的进给变换机构、转换机构-光杠（普
23、通车削）、溜板箱内的转换机构传至刀架；或经丝杠和溜板箱内的螺母传至刀架。2 SolidWorks软件平台.2.1 SolidWorks及其二次开发技术简介2.1.1 三维造型软件SolidWorks简介SolidWorks软件是在windows环境下开发的三维实体设计软件，它能够充分利用Windows的优秀界面，为设计师提供了简易方便的工作界面。SolidWorks首创的特征管理，能够将设计过程的每一步记录下来，并形成特征管理树，显示在屏幕的左侧。设计师可以随时点取任意一个特征进行修改，还可以随意调整特征树的顺序，以改变零件的形状。由于SolidWorks全面采用Windows的技术，因此在零
24、件设计时可以对零件的特征进行“剪切、复制、粘贴”等操作。SolidWorks软件提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的VB、VC+或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。SolidWorks是Windows原创的三维实体设计软件，全面支持微软的OLE技术。它支持OLEZO的API后继开发工具己经改变了CAD/CAE/CAM领域传统的集成方式，使得不同的应用软件能集成到同一个窗口，共享同一数信息，以相同的方式操作，没有文件传输的烦恼。SolidWorks软件在用户界
25、面方面的方便程度是世界公认的，该软件自1995年问世以来，先后共获得工业界的十几次大奖，这在同档次软件中是获奖次数最多的软件。2.1.2 基于SolidWorks的二次开发技术.为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了OLE应用程序开发接口SolidWorksAPI，其中包含有数以百计的功能函数，用户可以使用支持OLE编程的开发工具，如用VB、VBA、C、VC+等都能对这些功能函数进行调用，为程序员提供了直接访问SolidWorks的能力。通过适当的方法调用SolidWorksAPI，应用其中丰富的函数进行二次开发，可以建立适合用户需要的专用SolidWorks运动仿真模块。进行S
26、olidWorks:二次开发之前，还必须熟悉SolidWorksAPI对象。SolidWorksAPI接口采用面向对象的方法，所有的函数都是有关对象的方法或属性。SolidWorks提供了大量的API对象用于二次开发，这些对象涵盖了全部的SolidWorks的数据模型，通过对这些对象属性的设置和方法的调用，就可以在用户自己开发的DLL中实现与SolidWorks相同的功能和操作。2.2 SolidWorks插件2.2.1 PhotoWorksPhotoWorks 高级渲染软件与SolidWorks完全集成。PhotoWorks软件用于产品真实效果的渲染，可产生高级的渲染效果图，该软件使用非常方
27、便，设计人员可以利用渲染向导一步步完成零件或装配真实效果的渲染。利用 PhotoWorks可以进行以下几种渲染： （1）设置模型或表面的材质和纹理 （2）为零件表面贴图 （3）定义光源、反射度、透明度以及背景景象 （4）利用现有的材质和纹理定义新材质或纹理 （5）图像可以输出到屏幕或文件 （6）可以进行实时渲染2.2.2 FeatureWorksFeatureWorks 特征识别软件与SolidWorks完全集成。大部分三维设计软件都提供了数据接口，利用数据接口可以读入标准格式的数据文件，如IGES、EAT等。但输入到设计环境中的模型只是一种实体的模型，无法区分输入模型的特征，对模型的修改很不
28、方便。 利用FeatureWorks可以在SolidWorks的零件文件中对输入的实体特征进行识别。实体模型被识别为特征以后，在 SolidWorks中以特征的形式存在，并和用SolidWorks软件生成的特征相同。FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理，获取有用的信息，减少了重建模型所花费的时间。 FeatureWorks最适合识别规则的机加工轮廓和钣金特征，其中包括拉伸、旋转、孔和拔模等特征。 （1）拉伸特征，特征的轮廓是由直线、圆或圆弧构成 （2）圆柱或圆锥形状的旋转特征 （3）所有孔特征，包括简单孔、螺纹孔和台阶孔 （4）筋和拔模特征 （5）等半径圆角2.2.3 COS
29、MOSXpressSolidWorks为用户提供了初步的应力分析工具COSMOSXpres，利用它可以帮助用户判断目前设计的零件是否能够承受实 际工作环境下的载荷。 SolidWorks2003集成了CosmosXpressm，可以让工程师在设计过程中可以体验仿真分析的效果。而SolidWorks2008中将提供Cosmos MotionXpress（运动仿真分析）、Cosmos FloXpress和DFMXpress（可制造性的分析）等模块，使得工程师能够更好地进行设计验证， COSMOSXpress是COSMOS/Works产品的一部 分。2.2.4 ToolboxToolbox 与Sol
30、idWorks完全集成的智能化标准零件库。Toolbox提供了如ISO、DIN等多标准的标准件库。利用标准件库，设计人员不需要对标准件进行建模，在装配中直接采用拖动操作就可以在模型的相应位置装配指定类型、指定规格的标准件。设计人员还可以利用Toolbox简单地选择所需标准件的参数自动生成零件。 Toolbox提供的标准件以及设计功能包括以下多种： （1）轴承以及轴承使用寿命计算。 （2）螺栓和螺钉、螺母。 （3）圆柱销。 （4）垫圈和档圈。 （5）拉簧和压簧。 （6）PEM插件。 （7）常用夹具。 （8）铝截面、钢截面梁的计算。 （9）凸轮传、链传动和皮带传动设计。2.3 SolidWorks
31、在产品设计中的功能SolidWorks软件在产品设计中的基本功能体现在以下几个方面。（1）零件设计生成草图特征，包括凸台、凹槽以及冲压的、旋转的、沿二维草图扫掠过的或两个平行截面间拼合的槽。生成标准特征，包括孔、倒角、圆角、壳、规则图、法兰盘、棱、筋等。草图装饰特征。生成参考基准面、轴、点、曲线、坐标以及非实体参考基准的图。修改、删除、压缩、重定义和重排列特征以及只读特征。通过生成零件尺寸和参数的关系获得设计草图。在模型上给定密度、单位、材料特性或用户专用的质量特性。可以通过SolidWorks定义高级特征以增强系统功能。（2）装配设计使用重合、交叉、对齐等命令生成装配和子装配，终生成整个产品
32、的装配。从一个装配中拆开装配的组件。修改装配时设置的偏移。生成和修改装配的基准面、坐标系和剖面图。修改装配模型中的零件尺寸。产生工程信息、参考尺寸和装配质量等特性参数。（3）通用功能用于距离的测量，几何角度、间隙和在零件间以及装配时的干涉检查。对于扫视、变焦距、旋转、阴影、重新定位模型和绘图的观察能力。2.4 三维实体零件的建模2.4.1 参数化建模方法（参数化设计）在SolidWorks中参数化建模可以通过两种方法实现，一种方法是用户根据需要直接用程序生成需要的模型，称为完全程序化参数建模;另一种方法是利用已有的模型，通过修改模型参数的方法得到需要的模型，称为参数修改法建模。（1）完全程序化
33、参数建模采用程序方法进行建模时，建模的过程完全由程序进行控制，相当于将手动分步建模的过程由计算机连续完成。理论上讲，凡是手工建模能够完成的复杂模型都可以用这种方法生成。完全程序建模的方法特别适合生成具有多个变参数的模型，建模的灵活性强，不需要模型库的支持，可以在建模的同时完成设计计算、强度校核、寿命计算等工作，程序可实现的功能强大，参数的输入也可以采用数据库等多元化的方法8。通常情况下，这种方法的程序设计工作量较大，要求程序员对SolidWorksAPI函数具有较高的理解和运用能力，适合于模型比较简单、参数变量多或参数间有关联的情况。由于SolidWorksAPI的函数较多，全部熟悉比较困难，
34、一个简单的了解函数应用的办法是通过SolidWorks中的宏来记录用户在造型过程中的操作，所有的操作会以VBscriPt的形式保存下来，而几乎所有的VC+函数名与VBscriPt的函数名相同或类似，然后通过帮助得到相应函数的用法3。完全程序化参数建模的效率与模型的复杂程度有关，模型越复杂则建模的时间越长:编制程序的工作量越大。完全程序化建模的执行过程与手工建模的过程基本一致，较容易理解，这种方法的难点在于要求程序员对SolidWorksAPI函数具有较高的理解和运用能力，而实际上要做到这一点是需要付出一定的时间和努力的。对于初学者，使用这种方法有助于更好的理解和运用SolidWorksAPI函
35、数。（2）参数修改法建模参数修改法建模是通过修改现有模型的参数来实现参数化建模的方法，采用参数修改法建模必须有模型库的支持，模型库通常由用户事先用手工方式建立，保存在程序指向的目录下。需要使用时，从模型库中打开模型文件，对指定的尺寸参数进行修改、重建，就可以获得满足要求的模型。这种方法的程序设计工作量小，与造型过程无关，适用于模型标准化程度高的情况或造型过程复杂、可变参量少的情况。参数修改法建模对模型库的要求较高，手工建模时需要综合考虑尺寸标注方式，尽量避免尺寸参数间的关联和制约关系，需要修改的尺寸参数必须独立标注，尺寸标注的名称可通过查阅其属性获得。可变参数的输入可以通过对话框、数据库等多种
36、方式实现，也可以从程序设计计算的结果中获得。修改模型参数前必须打开零件库中对应的零件，打开零件的操作可以由手动完成，也可以通过程序完成。这种建模方法不需要程序员掌握大量的API建模函数，程序的复杂程度与模型的复杂程度无关。由于参数修改必须对应指定的标注对象和零件对象，所以这种建模方法对模型库的依赖性很强，模型库一旦确定就不能随意修改，否则将造成程序无法正常运行。2.4.2 一般建模方法打开SolidWorks的界面，利用“草图绘制”功能，可以编辑基本的直线、矩形、圆、圆弧等，通过“智能尺寸”可以对其进行编辑约束，最终形成理想的二维平面图形，然后利用“特征”功能，可以对草图进行“拉伸”、“扫描”
37、、“放样”等，最终形成所要求的模型，如果在操作中出现错误，可以在操作树中对其进行修改。如（图2-1）。 图2-1 在操作树中编辑特征2.5 三维实体零件的装配2.5.1 向装配体中添加实体零件.SolidWorks向装配体中添加零件有两种方法:手动方法和程序方法。在本课题中重点掌握和应用手动方法。如图2-2所示：通过点击“浏览”，可以插入零部件，在通过配合、移动旋转零部件、智能扣件等指令进行相应要求的配合，完成装配。图2-2 插入零部件属性管理器3 车床的建模3.1 轴的建模以（1轴）为例，由于是轴类零件，重要掌握“拉伸”功能，如图首先草圆，利用智能尺寸，修改圆的直径，为42mm，点击退出草图
38、按钮。 图3-1 拉伸属性管理器 利用特征功能，对其进行拉伸，在深度一栏输入长度200mm，如图3-1。最后画出轴肩，画圆，选择拉伸的一面为作图平面，画圆直径为48mm，如图3-2，同上述步骤，对其进行拉伸。可以得到最终所需的轴模型。图3-2 尺寸属性管理器图3-3 轴模型最终我们可以得到零件如图3-3所示。3.2 齿轮、链轮的建模齿轮的建模重点利用SolidWorks所提供强大的Toolbox插件（见图3-4），其提供庞大的数据库，像国标中的齿轮、齿条、键、销等相关零部件，供我们选择。图3-4 “Toolbox”库我们也可以通过修改其相应参数得到我们所需的零件，以“三轴一”为例，我们选择“T
39、oolboxISO动力传动齿轮”选择正齿轮，生成零件，在正齿轮选项对话框内，输入相应的模数、齿数、压力角、面宽、毂样式、及标准轴直径。在这里我们相应的数据为：模数2.5，齿数为41，压力角为20，面宽为12mm，标准轴直径为20mm。点击确定，得到生成齿轮（图3-5）。图3-5 齿轮参数化建模要生成键槽，我们还需要在齿轮端面上进行切割，草绘如图3-6：图3-6 草绘键槽进行拉伸切除，选取完全贯穿，完成后对特征进行圆周阵列，可以得到我们最终所要求的齿轮，完成后如图3-7所示。 图3-7 齿轮模型链轮的建模同齿轮相同。通过齿轮、链轮的建模，巩固和学习了利用Toolbox插件进行参数化建模，也进一步
40、熟练了SolidWorks的特征命令。3.3 凸轮的建模凸轮的建模重难点在于草绘的时候对于尺寸的把握，在作图时应熟练应用草绘时对各个线之间关系的约束，重点应用了“添加几何关系” 、“显示删除几何关系”、“镜像”、“剪裁实体”等指令。如图3-8：图3-8 添加几何关系属性管理器可以对各线段进行约束，通过“拉伸切除”最终得到凸轮实体。如下图3-9： 图3-9 凸轮模型3.4 拨叉的建模拨叉的建模主要应用了基准面的建立与应用，在确定了基准面后在相应的基准面上进行草绘、拉伸、切除，最终可以形成拨叉的模型。具体步骤为：首先，在前视基准面上画圆，通过拉伸，得到相应模型后在外圆的一侧建立基准面，与圆面相切。
41、可以通过与右视基准面的距离确定，输入12.5mm，如图3-10所示：图3-10 基准面属性管理器点击，得到基准面1。在确定基准面后，进行草绘，选择刚才所建的基准面1，画出矩形，最后经过拉伸、切除可以得到图3-11：图3-11 建立“基准面1”再建立新的基准面2，草绘拨叉轮廓，经过定义尺寸后，对草图进行拉伸、切除，最终得到拨叉模型。如图3-12：图3-12 “基准面2”的建立结论：拨叉的建模重点要求我们对基准面的建立，相应地，可以延伸到基准点、基准线的建立和应用。新的基准的建立，对三维模型的构建有着至关重要的作用，要求我们熟练掌握。3.5 机架、定位块、销钉的建模机架的建模重点要求我们掌握“抽壳
42、”的应用，首先草绘“矩形”，对其进行拉伸，然后抽壳，具体操作如图3-13所示：图3-13 抽壳属性管理器完成抽壳后，通过画圆，拉伸切除，可以得到最终机架。如图3-14：图3-14 抽壳模型定位块和销钉的建模比较简单，可以通过基本的特征操作指令得到。结论：通过机架的建模，可以让我们对抽壳操作有一定的了解，由此延伸的拔模、倒角、圆角等相关操作也需要我们熟练掌握。4 车床的装配4.1 装配顺序的原则在这里我们采用“可拆即可装”的方法来确定装配顺序。“可拆即可装”的原则是:若零件的装配和拆卸互为可逆过程，则可通过求解零件的拆卸顺序来得到零件的装配顺序。拆卸法求解装配顺序的优点是：若判定一零件满足拆卸条
43、件，则该零件一定满足顺序约束；反之，装配过程某一阶段满足装配条件的零件并不一定满足顺序约束条件，因为该零件有可能影响到后续零件的装配；另外，通过几何计算和推理可从零部件的装配状态演绎出零部件拆卸的初始方向，而从自由状态的零部件却无法推导出零部件的装配方向。对于CA6140车床而言：当我们拆卸时顺序应该是： 换挡装置链条链轮齿轮键轴因此，装配顺序应该是： 轴键齿轮链轮链条换挡装置在SolidWorks平台中，我们可以通过向装配体中添加实体零件，进行装配，具体可以采用手动法。最终借助于配合、移动、旋转零部件等指令完成装配工作。如图4-1所示：图4-1 装配模型5 车床的仿真5.1 Animator
44、介绍Animator插件就是一个与SolidWorks完全集成的动画制作软件插件，它能将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化，并且实时录制机构的模拟装配过程、模拟拆卸过程和机构的模拟工作过程，将机构的工作情况得到更好的表达，增强了人们对机构的认识和了解。产品的交互动画将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化，摄制产品设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程和产品的模拟运行过程，从而实现动态设计。 Animator具有如下特点：（1）Animator与SolidWorks和PhotoWorks软件无缝集成，可以充分利用SolidWorks的实体模型和 PhotoWorks的渲染功能。
45、（2）利用动画向导，可以非常容易地对SolidWorks零件或装配体环境制作动画。 （3）爆炸或解除爆炸动画，来展示装配体中零部件的装配关系。 （4）绕着模型转动或让模型360度转动，可以从不同角度观看设计模型。 （5）利用专业的灯光控制以及为零件和特征增加材质，来产生高质量的动画效果。 （6）可以直接通过电子邮件发送AVI格式动画文件，加快设计观点的交流，缩短设计周期。5.2 车床传动仿真的实现SolidWorks Animator使用基于“关键点”的界面。所谓关键点（Key Frame），就是零部件的某个特定的状态。“关键点”不仅支持空间位置的变化，也支持模型材质、颜色、透明度的变化。An
46、imator 基本界面如图5-1所示：图5-1 放置键码属性管理器重点在于关键点的确定，生成关键点有3个步骤：（1）切换到动画界面。（2）根据机构运动的时间长度，拖动时间滑竿到相应的位置。（3）拖动装配体零部件，使其达到动画序列末端应达到的新的位置。也可以在对应零件的时间栏区域单击右键，在菜单中选择“放置键码”选项。对于本装配体，移动时间滑竿，然后旋转齿轮到最终理想的位置，就可以达到理想的动画效果，单击“开始”按钮可以播放动画，通过点击“保存”按钮可以将动画保存为AVI格式的动画。6 结论与展望6.1 结论产品的建模、虚拟装配和仿真是当今研究的一个热点课题。国外对这一课题的理论研究较早，而且取
47、得了很多的成果，在国内也是近几年才开始跟踪国外进行研究。目前的研究主要集中在理论方面，在工程应用方面研究较少，大多都是为了某一目的各自为阵，不具有系统性、全面性。如果能够具有一个适用性广泛、功能强大的软件系统，使我们能够在计算机上通过虚拟装配、仿真解决实际生产过程中的所有问题，那么这将会大大提高装配效率，节约成本，减少劳动力，这是我们研究的目标。本课题从零件建模、装配、动态仿真等方面的理论和应用方面阐述了整个虚拟装配和动态仿真过程。本课题力争为后期研究打下基础，创造较好的前提条件，因此在导师的悉心指导和作者的努力下基本达到了预期的目的，主要取得了如下成果：（1）基于SolidWorks系统和装配对象CA6140车床系统，建立了零部件三维实体模型和虚拟装配的模型，通过二次开发对复杂零件齿轮进行了建模，并且客观地描述了整个装配过程；（2）在SolidWorks中实现装配过程的动态仿真，改进了SolidWorks系统中只有装配前和装配后两种状态的缺点；（3）在装配过程中体现出了装配路径，但是装配路径和顺序的规划是人工完成的，不能做到自动规划；（4）由于该系统是利用SolidWorks系统的固有功能直接开
