摘 要

组合夹具是机床夹具中标准化、系列化、通用化程度最高的一种夹具。它是由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具，其中各元件和合件的用途、形状、尺寸规格都不相同，是机械加工中应用十分广泛的夹具种类^[16]。对于学习机械的学生以及进行机械加工的初级工人来说，不仅要掌握组合夹具的组成结构，组合夹具的拆装顺序同样至关重要。然而在实际生产生活当中，仅针对机械专业的学生来说，由于教学资源、教学环境、师资力量等方面的局限性，令每一位学生都能对组合夹具进行拆装，是不符合现实情况的。而仅通过观察组合夹具的整体结构，观看老师的拆装教学演示，使得学生对于组合夹具没有更为详细的深入了解，对于组合夹具的内部结构，各个零件的位置及其作用没有更为直接的概念。

针对以上组合夹具教学过程中的问题，本文在分析了虚拟装配技术的产生背景、国内外研究现状的基础上，进行了基于VR-Platform的组合夹具虚拟拆装演示系统开发，通过相应的完善的建模、渲染、动画制作、虚拟环境搭建软件，构建了一套可以实现人机交互的组合夹具虚拟拆装演示系统。本系统可以让每一位使用者能够较为直观的观察组合夹具的拆装过程，并可以通过相应的输入来查找想要观测的零件，熟悉其位置以及功能，不仅仅节约了教学资源，还保证了学生对于组合夹具的深入认识。

关键词：组合夹具；虚拟拆装；演示系统

Abstract

The modular fixture is a kind of fixture of the highest standardization ,serialization and universalization in the machine tools. It is special fixture composed by a set of pre fabricated standard components and assemblies,in which applications, shapes, dimensions of the components and parts are not the same, and it is widely used in machining work. For primary students and workers who study mechanical machining, it is important not only to grasp the structure of the modular fixture, but also the assembling sequence. However, in the actual production and living, only for mechanical engineering students, due to the limitations of the teaching resources, the teaching environment, the teacher resources and so on, it is unrealistic to complete assembly of the modular fixture for every student. But the students can not have thorough understanding about the modular fixture only through observing the overall structure of the modular fixture and the teaching demonstration by teachers. The students won’t have the direct concept of the internal structure of the modular fixture as well as the position and effect of each part.

The paper researches on the simulation of the modular fixture virtual assembly based on VR-Platform on the base of the analysis of virtual assembly generating background, overseas and domestic research status in view of the problems in the teaching process of the modular fixture. We build up a modular fixture virtual assembly demo system that can realize interaction between human and computer through some perfect softwares used for modeling, rendering, animation, building virtual environment. This system allows each user to observe the assembly process of the modular fixture more intuitively. And users can input something to find out corresponding part to make sure its position and effect. This system can not only save the teaching resources, but also ensure the students to have a thorough understanding of the modular fixture.

Key Words：The modular fixture; Virtual Assembly; Demo system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 虚拟装配内涵及国内外研究现状 1

1.2 研究背景 2

1.3 研究目的 2

1.4 研究意义 3

1.5 研究方法 3

第2章 组合夹具结构设计分析 4

2.1 叉类零件钻铰同轴孔组合夹具 4

2.1.1 被加工工件分析 4

2.1.2 定位方案、夹紧方案确立 4

2.1.3 组合夹具整体结构分析 5

2.2 活塞钻同轴孔组合夹具 5

2.2.1 被加工工件分析 5

2.2.2 定位方案、夹紧方案确立 6

2.2.3 组合夹具整体结构分析 7

2.3 楔块钻斜孔组合夹具 8

2.3.1 被加工工件分析 8

2.3.2 定位方案、夹紧方案确立 9

2.3.3 组合夹具整体结构分析 9

第3章 演示系统设计整体分析 11

3.1 演示系统设计流程 11

3.2 演示系统开发软件 11

3.2.1 三维建模软件 12

3.2.2 3Ds max软件 12

3.2.3 虚拟现实软件 13

第4章 三维模型创建 14

4.1 组合夹具模型创建 14

4.2 三维模型格式导出 14

第5章 模型后期处理 17

5.1 三维模型导入 17

5.2 三维模型后期处理 18

5.2.1 拆卸动画制作 18

5.2.2 创建选择集 19

5.2.3 材质与贴图 20

5.2.4 添加灯光与相机 22

5.2.5 渲染到纹理 24

5.3 3ds max输出 25

第6章 虚拟系统搭建及发布 27

6.1 虚拟环境界面设计 27

6.2 界面控件布置及脚本编辑 28

6.2.1 动画播放控件及脚本设置 28

6.2.2 组成部分控件及脚本设置 30

6.2.3 按名称检索控件及脚本设置 33

6.2.4 各零件鼠标事件及脚本设置 34

6.2.5 初级界面脚本设置 35

6.3 虚拟拆装系统发布 36

第7章 总结与展望 38

7.1 论文总结 38

7.2 展望 38

参考文献 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 虚拟装配内涵及国内外研究现状

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)也称虚拟灵境或人工环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是一种先进的数字化人机接口技术，利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境^[13]。在虚拟现实技术当中，使用者可以通过相应的输入设备，达到与虚拟环境相互交互的功能，从而产生一种身临其境的现实与虚拟交流体验。

虚拟装配是指利用虚拟现实技术、计算机图形学、人工智能技术和仿真技术等构造虚拟环境以及产品虚拟模型，从而在产品装配过程中进行交互分析以及仿真产品装配过程和装配结果^[13]。它不但能够展示产品的装配顺序，提供给使用着一定的装配路径，并能对装配内容进行分析，规划出合理的、有效的装配方法。虚拟装配技术是利用建模与行为关系捕捉，通过虚拟现实技术模拟实际拆装环境，实现场景再现，被设定相应的装配模型和拆装路径，使用者从而能够通过外部输入设备如数据手套、数据头盔、鼠标等交互手段进入虚拟环境，直观的对产品进行装配与拆卸操作，还能对装配完成的产品进行调试，检测碰撞干涉、查看拓扑关系等。

1.国外研究现状