虛擬模具拆裝實(shí)訓(xùn)室的研究與開(kāi)發(fā)

四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系　熊保玉

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虛擬模具拆裝實(shí)訓(xùn)室的研究與開(kāi)發(fā)

四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系熊保玉

【摘要】模具拆裝實(shí)訓(xùn)是模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)教學(xué)中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，模具拆裝實(shí)訓(xùn)是模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)之時(shí)，在教師的指導(dǎo)下，對(duì)生產(chǎn)中使用的冷沖壓模具和塑料模具進(jìn)行拆卸和重新組裝的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。由于高職院校在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、資金和設(shè)備等條件的制約，所以在建設(shè)模具拆裝實(shí)訓(xùn)室時(shí)受到了極大的限制。基于以上問(wèn)題，我們研究出利用3DMAX和Virtools軟件開(kāi)發(fā)了模具拆裝虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，更好的加深學(xué)生對(duì)模具拆裝實(shí)訓(xùn)室的了解，實(shí)現(xiàn)了交互式實(shí)訓(xùn)和知識(shí)的關(guān)聯(lián)，可廣泛應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】模具拆裝；實(shí)踐教學(xué)；動(dòng)畫(huà)；交互式

0　引言

模具拆裝實(shí)訓(xùn)室是模具專(zhuān)業(yè)的學(xué)生重要的一門(mén)實(shí)訓(xùn)技能課，在為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和就業(yè)奠定重要支撐。多數(shù)高職院校雖然為學(xué)生提供了拆裝實(shí)訓(xùn)室，但是由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備造價(jià)昂貴，數(shù)量有限，再加上實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)條件相對(duì)落后，模具拆裝實(shí)訓(xùn)不能滿(mǎn)足所有學(xué)生正常實(shí)訓(xùn)教學(xué)，這樣以來(lái)減少了學(xué)生實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生也不能很好地進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際，造成學(xué)生畢業(yè)后與社會(huì)脫節(jié)。

利用軟件創(chuàng)建虛擬實(shí)訓(xùn)室，能形象生動(dòng)地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生全方位的認(rèn)識(shí)和了解模具實(shí)訓(xùn)室，有效地營(yíng)造一個(gè)跟隨專(zhuān)業(yè)和行業(yè)技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué) 生掌握知識(shí)、技能的效率。虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)室不但可以節(jié)約資源，保證每位同學(xué)都能進(jìn)行模具拆裝實(shí)驗(yàn)，而且還可以提高教學(xué)質(zhì)量和提高學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的理解和操作能力。

1　虛擬實(shí)驗(yàn)室組成及功能

模具教學(xué)虛擬實(shí)訓(xùn)室的功能架構(gòu)主要包括模具的結(jié)構(gòu)認(rèn)知、拆裝實(shí)訓(xùn)、運(yùn)動(dòng)仿真3個(gè)主功能模塊，如圖1-1所示；也有拆裝臺(tái)、推車(chē)、工具箱等輔助模塊用來(lái)支撐這三大功能模塊。模具虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)室主要由4個(gè)工作區(qū)組成：分為信息區(qū)、拆裝區(qū)、貨架區(qū)、工作區(qū)，這四個(gè)區(qū)分別負(fù)責(zé)了實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)功能，其核心功能區(qū)是拆裝區(qū)。拆裝區(qū)將會(huì)為學(xué)生們演示模具構(gòu)件組件和運(yùn)動(dòng)仿真。

圖1　模具虛擬實(shí)訓(xùn)室功能分析

本實(shí)訓(xùn)室是按模具類(lèi)型來(lái)分類(lèi)的，主要分為注塑模、冷沖模，每一部分又分為模具拆和裝實(shí)訓(xùn)的模型，如冷沖模又分為單工序模、級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模等結(jié)構(gòu)；塑料模又分為兩板模、三板模、熱流道模具等結(jié)構(gòu)，并提供查看復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例模型。選擇一種模具，則會(huì)打開(kāi)此類(lèi)別標(biāo)準(zhǔn)模具，可以進(jìn)行觀看演示、結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)和自主練習(xí)模塊。

模具虛擬實(shí)訓(xùn)室的基本功能是：訪(fǎng)問(wèn)者可以隨意 瀏覽各實(shí)訓(xùn)室，從不同的角度、以不同的光線(xiàn)和顏色對(duì)實(shí)訓(xùn)室中的模具模型進(jìn)行觀察；并可以運(yùn)用 交互界面中附帶的多種“工具”對(duì)仿真模型進(jìn)行 移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放、透明、隱藏、拆卸以及動(dòng)態(tài)剖切、顯示屬性等多種形式的人機(jī)交互操作。

2　主要研究方法及技術(shù)路線(xiàn)

模具拆裝虛擬實(shí)訓(xùn)室的開(kāi)發(fā)與建設(shè)中以外部虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景為依托，構(gòu)建與實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部仿真模型，主要運(yùn)用的功能模塊是UGNX7.0模具零部件的建模，同時(shí)運(yùn)用3dmax和虛擬場(chǎng)景的制作軟件如VirTools制作模具拆裝動(dòng)畫(huà)、實(shí)訓(xùn)實(shí)參觀查動(dòng)畫(huà)、人機(jī)交互平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)等功能。實(shí)訓(xùn)室外部的建模利用3dmax軟件采用參數(shù)化驅(qū)動(dòng)和渲染技術(shù)創(chuàng)建出形狀逼真的各種實(shí)訓(xùn)室外景。

利用UGNX7.0中的相關(guān)命令如基礎(chǔ)特征(拉伸、切除)、附加特征(圓角、倒角、筋、抽殼、 異型孔)、特征操作(線(xiàn)性陣列、圓周陣列、鏡像) 和參考特征(基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面)等命令，完成模具零部件和裝配體的的建模。

3　模具拆裝實(shí)訓(xùn)

模具拆裝實(shí)訓(xùn)是虛擬實(shí)驗(yàn)室最核心也是最重要的部分，主要包括查看和自主拆裝兩個(gè)部分：

3.1查看部分

本實(shí)訓(xùn)室中查看知識(shí)點(diǎn)和典型部件是結(jié)構(gòu)認(rèn)知模塊最重要的 功能，這兩個(gè)功能需要事先在后臺(tái)做好部件類(lèi)型的準(zhǔn) 備，以Excel表格的形式存儲(chǔ)在每個(gè)模具數(shù)模文件夾 中。Excel文件中記錄的信息是組件的文件名和組件 對(duì)應(yīng)的類(lèi)別信息，供查詢(xún)部件類(lèi)別時(shí)調(diào)用。 查看知識(shí)點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)方法為：首先找到模具數(shù)模文件路徑中的文件，找到后把文件中的部件信息打開(kāi)，把記載部件類(lèi)別信息的部件做高亮顯示，提示用戶(hù)有哪些部件指定了結(jié)構(gòu)類(lèi)別信息。可以查看每個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。

3.2自主拆裝功能

拆裝實(shí)訓(xùn)功能是模具教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室最重要的部分，實(shí)現(xiàn)自主拆裝實(shí)訓(xùn)，主要功能是把一個(gè)模具裝配體數(shù)模所有零部件都拆開(kāi)，用戶(hù)按照自己設(shè)想的裝配序列點(diǎn)擊圖中拆開(kāi)的模具零件，由系統(tǒng)判斷選擇是否正確，并可提示正確的下一步備選部件。直到所有零部件裝配完畢后，系統(tǒng)提 示“裝配結(jié)束”。自主拆卸功能基本上與自主裝配功能流程相反。

3.3運(yùn)動(dòng)仿真

我們點(diǎn)擊3dmax中的動(dòng)畫(huà)命令將第一部分構(gòu)建好的模具組件實(shí)現(xiàn)動(dòng)定模分離，然后分別將動(dòng)定模拆分配置間隔一樣的時(shí)間標(biāo)記，設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)，按組件不同的大小設(shè)置不同的距離，重復(fù)上一步的步驟將拆分的動(dòng)定模實(shí)現(xiàn)裝配，最后動(dòng)定模組裝在一起成一幅完整的模具圖，添加模具拆裝圖的背景，不同的組件渲染不同的顏色，加入攝像機(jī)并調(diào)整它的位置使運(yùn)動(dòng)畫(huà)面更加清晰，運(yùn)動(dòng)仿真部分是整個(gè)虛擬拆裝實(shí)訓(xùn)室中最重要的一步也是必不可少的一步。

在模具的運(yùn)動(dòng)仿真的過(guò)程中，對(duì)裝配過(guò)程的播放我們做了播放、單步播放、暫停、回放、停止等操作，可以方便教學(xué)過(guò)程老師對(duì)模具拆裝可調(diào)節(jié)性。除此之外我們還添加了燈光和攝像機(jī)，在動(dòng)畫(huà)演示的過(guò)程中可調(diào)節(jié)燈光和距離以及可對(duì)模具大小進(jìn)行縮放和旋轉(zhuǎn)等功能。

模具實(shí)訓(xùn)室由3dmax軟件進(jìn)行建模，里面包含模具拆裝所需要的零配件，例如扳手，貨架等等，設(shè)定好從生產(chǎn)地點(diǎn)到模具貨架的路線(xiàn)軌跡，把第二部分模具的運(yùn)動(dòng)仿真文件合并到設(shè)定好的軌跡中，再次點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)制作按鈕設(shè)定一個(gè)從實(shí)訓(xùn)室門(mén)口到模具拆裝演示過(guò)程中的自動(dòng)運(yùn)行軌跡，添加背景圖片，對(duì)于陰暗的區(qū)域添加攝像機(jī)并渲染，這樣畫(huà)質(zhì)就比較清晰，也有利于我們觀察整個(gè)過(guò)程，將制作好的動(dòng)畫(huà)導(dǎo)成avi格式以視屏的形式輸出。

4　應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)CAD二維軟件將虛擬實(shí)訓(xùn)室在整體尺寸以及室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好后通過(guò)3Dmax建三維模型(如圖2所示)，在建好實(shí)訓(xùn)室的整體結(jié)構(gòu)后就是對(duì)實(shí)訓(xùn)室內(nèi)家具以及工具的設(shè)計(jì)包括拆裝臺(tái)、貨架、桌子、以及工具箱等三維模型設(shè)計(jì)(如圖3所示)，最后就是模具的建模與仿真設(shè)計(jì)，為將做好的動(dòng)畫(huà)通過(guò)渲染用視屏的形式播放出來(lái)，3dmax輸出bmp圖片格式，通過(guò)AE后期合成動(dòng)畫(huà)效果，我們使用普通的視屏播放軟件就可以將成品動(dòng)畫(huà)展示出來(lái)，避免了只能使用3dmax打開(kāi)指定文件的缺點(diǎn)。

圖2　實(shí)訓(xùn)室外景

圖3　實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5　結(jié)束語(yǔ)

模具的拆裝過(guò)程就是我們對(duì)模具整體的了解過(guò)程，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室資源不足，演示不形象的缺點(diǎn)，把這個(gè)過(guò)程更加系統(tǒng)化，規(guī)范化，提高了學(xué)習(xí)效率，讓我們產(chǎn)生了興趣，降低了教學(xué)成本，隨著模具技術(shù)的更新，我們模具拆裝演示也可以不斷地更新，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)模具拆裝的認(rèn)知，有效地提升了教學(xué)效率和效果。為現(xiàn)代化的教學(xué)提供了更多方法、方式和手段。

參考文獻(xiàn)

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熊保玉（1980—），碩士，講師，研究方向：模具CAD/ CAE技術(shù)。

Research and development of virtual mold disassembly training room

Xiong Bao yu
(Sichuan Information Technology College Mechanical & Electrical Engineering DepartmentSichuan Guang Yuan，628017)

Abstract：die disassembling training is mold design and manufacturing is one of the important practical teaching link in professional teaching，mould disassembling training is professional mold design and manufacturing，the die structure design knowledge of the students in learning under the guidance of teachers，to use in production of cold stamping die and plastic mould to remove and reassemble the practice teaching link. Because of the higher vocational colleges in training venues，funding and equipment condition，so in the building of the mould disassembling training rooms is limited by the great. Based on the above problem，we developed with production softwares 3 dmax and Virtools software developed mould dismantling virtual simulation training room，better to deepen students understanding of the mold disassembling training rooms，realize the interactive relation between the training and knowledge can be widely used in practice teaching.

Keywords：mold disassembly；practice teaching；animation；interactive

作者簡(jiǎn)介：