試論虛擬模型在裝配圖教學中的應用

尚珍

摘要：裝配圖是生產中重要的技術文件，本文采用UG NX軟件，以千斤頂為例詳細說明實體建模、裝配圖模型建立以及動畫模擬的制作過程。采用UG NX軟件可以提高教學效率，增加學生的學習興趣和學習積極性，并為后續CAD相關課程提供基礎。

關鍵詞：UG；NX；裝配圖；動畫模擬；千斤頂

中圖分類號：G718.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）01-0202-02

一、引言

裝配圖的作用是顯示機器或者零部件的形狀、結構、之間的裝配關系原理以及對技術的要求，它不僅是生產過程中的重要技術文件，還是安裝、調試、操作、檢修機器和部件的重要依據。

UG是由美國Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統，是當今世界上最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件之一，UG覆蓋了從概念設計到產品生產的整個過程，并且廣泛地運用在汽車、航天、模具加工及設計和醫療器械行業等方面。在UG NX8.5裝配模塊中可以模擬真實的裝配操作，并可創建裝配工程圖，通過裝配圖來了解機器的工作原理和構造[1，2]。

本文以裝配圖教學中的典型例子千斤頂為例[3，4]，詳細說明采用UG NX軟件建立虛擬模型，以及虛擬模型在裝配圖教學中的應用。

二、千斤頂的實體建模

由千斤頂的裝配示意圖（圖1），可知千斤頂是由7個零件組成的，其中2個標準件。當轉動直桿3時，螺桿6隨之轉動，由于螺紋作用，因螺套5與底座7固定在一起，故螺桿6上下移動，通過頂帽1將重物頂起或落下。緊定螺釘2將螺母與螺桿連接在一起。緊定螺釘4將螺套與底座連接在一起。

首先應用UG NX的建模模塊，建立5個零件圖。利用UG軟件的建模模塊能夠方便、快捷地創建任何復雜形狀的三維實體模型。建模模塊是新的產品造型模塊，它能夠提供實體建模等先進的造型以及輔助功能。實體工具可以利用各種特征視圖、線框架構等功能。自由曲面工具是架構在融合了實體建模及曲面建模技術基礎之上的超級設計工具，能設計出如工業造型設計產品的復雜曲面外形。

三、千斤頂的虛擬裝配

UG NX裝配建模模塊提供自頂而下和自底而上的產品的開發方法，對零件的鏈接映像是由生成的零件裝配數據來顯示，可對裝配模型進行間隙分析、質量管理等操作，保證裝配模型和零件設計完全關聯。并改進了軟件操作性能，減少了對存儲空間的需求。此外為查看裝配體中各部件之間的裝配關系，可建立爆炸視圖，并將爆炸試圖引入裝配工程圖中。同時，在裝配工程圖中可自動產生裝配明細表，并能對軸測圖進行局部剖切。

通過UG軟件的裝配模塊，使用自底而上的方式，裝配部分零部件，得到所需裝配體。對于標準件，這里應用UG中的重用庫，使用重用庫導航器以訪問可重用對象，并將其插入模型中。其中，重用庫導航器是一個NX資源工具，類似于裝配導航器或部件導航器，以分層樹結構顯示可重用對象。我們可以從可重用庫導航器中訪問NX機械零件庫部件。這里的機械零件庫包含大量高質量的最新行業標準部件，可支持所有主要標準-ANSI英制、ANSI公制、DIN、UNI、JIS、GB和GOST。這些部件均為知識型部件族和模板。建成的裝配圖如圖2所示。

四、千斤頂的動畫模擬仿真

利用UG的裝配模塊，對千斤頂裝配體建立爆炸視圖，拆分各組成零部件，詳細顯示裝配體的裝配構成關系。通過模塊模擬創建動畫形式的零件的拆卸過程以及零件的安裝過程，得到最后的模擬仿真，以使得整個過程形象化和感官化。其中完成的千斤頂裝配動畫如圖3所示。

五、虛擬模型在裝配圖教學中的應用

將虛擬模型應用到裝配圖的教學中，使傳統教學得到了一定程度上的改善。

1.在傳統的裝配圖教學中，通常使用的都是靜態圖形，學生難以想象實物，運用UG軟件，通過UG對三維圖繪制的強大的圖形處理能力和高級的智能化、直觀形象的交互界面，從而對三維虛擬模型進行直接的動態觀察，建立空間形體的整體概念。

2.在傳統的裝配圖教學中，不管是由零件圖畫裝配圖，還是裝配圖拆畫零件圖，對學生的識圖都有較高的要求，利用動畫模擬，讓學生直觀清晰的了解裝配體的結構特征，配合上動畫形式，以讓學生加深整體裝配印象，而且，也會將零部件的裝配簡單化。

3.在傳統的裝配圖教學中，由于學生在零部件識讀上的限制，會極大地影響學生學習的積極性。而應用虛擬模型后，提高了學生的空間想象能力，使零部件的識讀變得簡單，學習變得輕松，增加了學生的學習積極性和學習興趣。同時，對虛擬模型的建立產生相當大的興趣，增加學習軟件操作的欲望和興趣，后續CAD相關的課程打下一定的基礎。

六、總結

1.在裝配圖教學中采用UG NX軟件，提高了學生的空間想象力，解決了教學中的重點和難點問題，提高了授課效率。

2.模型的建立可以更好地培養學生的觀察能力、空間想象能力、空間思維能力以及工程意識，增加學生的學習興趣和學習積極性。

3.通過UG NX軟件的應用，讓學生較早的認識大型機械制圖軟件，加深對計算機制圖軟件的認識，為后續CAD相關的課程打下一定的基礎。

參考文獻：

[1]鐘睦，李紅術，陳志民.UG NX8.5課堂實錄[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2]王成剛，趙奇平，游險峰.對虛擬模型尺寸測量方法的探索[J].圖學學報，2014，（35）：290-295.

[3]錢克強.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4]安增桂.機械制圖習題集[M].北京：中國鐵道出版社，2011.