摘 要

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境--虚拟环境。用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。作为制造系统设计的重要组成部分，生产线的设计与生产线设备的利用率、产品的生产时间和生产线的效率等密切相关。传统的生产线的设计过多地依靠经验和手工演算，缺少科学性。

本文基于贯穿虚拟现实技术的关键应用－虚拟制造技术，在阐述了虚拟制造技术的国内外现状和加工工艺及加工路线后，灵活运用新兴的虚拟加工仿真系统。首先建立了车床模型和阶梯轴模型，随后 Unity 3D 中建立仿真系统，对阶梯轴的加工过程进行一定程度的仿真，实现加工过程的可视化与漫游功能，并希望在教学方面起到一定的作用。

关键词：虚拟制造技术，加工工艺，虚拟加工

Abstract

Virtual reality technology is the end of the twentieth century to the rise of a new integrated information technology, is composed of computer hardware, software, and all kinds of sensor 3 d information of artificial environment, a virtual environment. Users can interact and interact with each other in such an environment. It integrates digital image processing, computer graphics, multimedia technology, sensor technology and other information technology branches, thus greatly promoting the development of computer technology. At present, the virtual reality technology has been in building, education training, medical and military simulation, scientific visualization and financial application, gradually has become a new technology is widely used in the 21st century. As an important part of the design of the manufacturing system, the design of the production line is closely related to the utilization of the equipment, the production time of the product and the efficiency of the production line. The design of traditional production line relies too much on experience and manual calculus, and lacks scientificity.

Throughout this article is based on the application of virtual reality technology, virtual manufacturing technology, the virtual manufacturing technology at home and abroad is expounded the status quo and processing technology and processing route, flexible use of emerging virtual machining simulation system. First lathe model is established and the ladder shaft model, then build in Unity 3 d simulation system, to a certain degree of the ladder shaft machining process simulation and machining process of visualization and roaming function, and hope to play a role in teaching.

Key Words: Virtual manufacturing technology， processing technology,、virtual processing

目 录

考虑加工工艺的平面虚拟加工系统设计与开发 1

学位论文原创性声明 2

学位论文版权使用授权书 2

摘 要 3

Abstract 4

目 录 5

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1虚拟制造技术在国外研究现状 1

1.2.2虚拟制造技术在国内研究现状 2

1.3虚拟制造技术的应用领域 3

第2章 加工工艺和加工路线的确定 5

2.1机械加工工艺的规程 5

2.1.1机械加工和加工工艺 5

2.1.2加工工艺规程的设计原则 5

2.2加工工艺路线的制定 5

2.2.1加工精度和加工方法 5

2.2.2典型表面的加工路线 7

2.2.3工艺顺序的安排 7

第3章 模型的建立 8

3.1 机床概述 8

3.2 机床的结构 8

3.2.1普通车床的结构 8

3.2.2立式铣床的结构 9

3.2.3数控机床的结构 9

3.3 建立机床模型 9

3.3.1 模型建立软件 9

3.3.2 建立模型 9

3.3.3 建立阶梯轴模型 12

3.4 基于3DMax优化车床模型 12

第4章 虚拟加工仿真系统 14

4.1 虚拟仿真技术 14

4.1.1 虚拟加工仿真系统设计的原则 15

4.1.2 虚拟加工仿真系统的特点 15

4.2仿真系统的设计 16

4.2.1仿真系统设计软件 16

4.2.2仿真系统的分析 16

4.3建立仿真系统的界面 17

4.3.1建立开始界面 17

4.3.2建立加工界面 18

4.3.3建立漫游界面 20

4.4建立仿真系统的场景 20

4.4.1虚拟场景的搭建 20

4.4.2虚拟场景的光照 23

4.4.3虚拟场景的布局 23

4.4.4模型的材质 23

4.4.5模型的物理特性 24

4.4.6相机的设置 25

4.5仿真系统的发布 25

第5章 经济性分析和总结 26

5.1经济性分析 26

5.2总结 26

参考文献 28

致 谢 29

附录C 系统主要脚本代码 30

第1章 绪论

1.1研究背景

机械制造工业是制造各种机械设备及工具的工业部门，担负着为国民经济中各部门提供现代化技术设备及装备的重要任务。一个国家要实现工业、农业、国防、科学技术现代化，必须具备强大的机械制造业，而机床工业则是为机械制造业提供各种制造设备的“装备部”，是机械制造业的后盾。在机械制造工业中，切削加工是主要的加工方法，各类机械零件的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度主要是依靠切削加工方法来达到。我国是通用机床的制造和使用大国，由于起步较晚，在某些方面的发展仍然存在不足和缺陷^[6]。问题如下：

1. 在机床使用员工的培训方面，依然沿用的是师徒制教学，这样不只效率低下，安全性低，而且容易造成机床设备的损坏，增加培训成本；
2. 在老师教学方面，由于一般学校都没有足够的资源让学生们充分接触机床设备，光凭课本上的几张图片很难让学生深刻理解机床的各个部件并且会严重降低学生学习的兴趣，这不利于国家培养新一代的机床设计人员；
3. 近些年来我国机床工业虽然发展迅速，有些机床性能已经接近或达到世界先进水平，一些机床产品甚至进入了国际市场，但由于缺少较好的宣传推销方式因而缺乏竞争力。

虚拟现实技术，它是二十世纪末发展起来的一门崭新的综合性信息技术，它囊括了数学图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息分支，因而很大程度上推进了计算机技术的发展^[4]。虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件设施及软件工具，设计出合理的硬件、软件及其交互手段，使参与者能够交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。目前虚拟制造技术已经使用地非常广泛，同时近几年Unity 3D由于其独特且易用的虚拟仿真功能也备受青睐。在目前的机械课程教学中，高校面临着成本大、风险高、教学难度大且收益低的情况下，研究虚拟加工系统就变得十分具有研究价值。虚拟加工系统不仅解决了成本和风险问题，更在于它的可视化功能，让教育者的工作更加轻松，让学生也更容易接受、感兴趣，愿意去学习并掌握这门技术。

1.2国内外研究现状

1.2.1虚拟制造技术在国外研究现状

在1993年，虚拟制造这个词面世，并且通过二十多年的发展，取得了明显而有效的进步。虚拟制造这门先进技术的应用前景十分广阔和重要，目前在机械生产制造方面的应用成果相当成功^[1]。西方工业大国也相继迅速倾斜资源来研究它的技术基础，并建立了相应的技术体系，并且它的实际应用也已经在企业里取得了巨大成果。

截至目前，国外许多知名企业都在加大虚拟制造技术的研究力度。例如，美国已经形成了多层次、多方面的综合研究力量。美国国防部先进计划署专注于将虚拟环境、物理建模和发布离散性模拟等技术结合，为美国国防部门的武器设计提供更方便和先进的技术^[9]。加利福尼亚罗克韦尔自动化有限公司研发出一款具有里程碑意义的软件，它能将CAD数据转换导入到虚拟环境的软件，技术人员能直接看见零部件是如何被装配的，节省了制作零部件的模型费用^[12]。摩托罗拉公司自 1994 年起使用虚拟产品开发技术，并且该项技术节约了该公司数百万美元的培训费用。

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