梁健林

（中山市櫻雪集團有限公司，廣東 中山 528427）

0 引言

機械、電子等產品零件繁多、結構復雜，裝配工藝有著嚴格的要求，通過計算機輔助制作MPG或AVI格式的虛擬拆裝動畫，可以將產品的結構、拆裝順序等一系列在工藝文件中難以表達的事物以動態(tài)視頻的形式演示出來。拆裝動畫在產品科研開發(fā)、生產、銷售等各環(huán)節(jié)中的主要作用為：（1）作為科研、教學項目的輔助材料，MPG或AVI格式的動畫可讓科研、教學人員沒有CAD工作平臺的情況下，同樣輕松實現(xiàn)產品的展示；（2）對產品設計起到輔助作用，方便設計、工藝人員以產品拆裝順序為依據(jù)優(yōu)化產品的機構和裝配工藝，同時對裝配操作者的操作起良好的拆裝示范作用；（3）在銷售過程中和售后取代樣機給客戶直觀的產品展示和使用指導，節(jié)約成本且便于攜帶和展示。

本文運用美國PTC公司開發(fā)的三維CAD軟件Creo Elements/Pro5.0中的動畫 (Animation)模塊，制作換向閥的拆裝過程動畫，從中探討制作產品拆裝動畫的方法和技巧。

1 Creo Elements/Pro5.0動畫(Animation)模塊概述

Creo Elements/Pro5.0是由美國PTC公司開發(fā)的CAD軟件Pro/Engineer Wildfire的升級版，按功能分為零件設計、組件設計、模具設計、工程圖、動畫仿真等功能。Creo Elements/Pro5.0為工程人員提供了一個實現(xiàn)產品的虛擬實體設計與模擬仿真，并通過分析校驗優(yōu)化結構設計和工藝方案，對產品潛在的問題進行可行性預測的多功能CAD平臺。Creo Elements/Pro5.0軟件中的動畫(Animation)模塊，可以根據(jù)建立的數(shù)字模型來分析、預測產品的各類屬性，對產品的各類屬性進行數(shù)據(jù)話描述和可視化表現(xiàn)，做出關于裝配的工藝決策，并生成可視的動畫視頻，這一過程是不需要產品實物模型作支持的。動畫(Animation)模塊是許多技術的綜合利用，這些技術包括三維建模技術、虛擬裝配技術、動畫仿真技術、工藝理論技術、可視化技術等。產品拆裝動畫的制作過程，也就是在Creo Elements/Pro5.0軟件中綜合運用這些技術的過程。

2 基于Creo Elements/Pro5.0的拆裝動畫制作

2.1 零件的三維建模

根據(jù)換向閥閥的零件圖，利用Creo Elements/Pro5.0軟件的零件模式建立每個零件的三維模型，并賦予材料屬性及著色。換向閥主要零件包括1閥體、2閥門、3緊鎖螺母、4手柄、5螺母、6墊圈、7填料、8接頭，如圖1所示。

圖1

2.2 裝配體工作原理及拆裝順序分析

通過觀察換向閥裝配圖，如圖1所示，分析它的工作原理及拆裝順序。

換向閥的工作原理：撥轉4手柄帶動閥門，利用閥門和閥體的相對運動，使油路接通、關斷或變換油流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅動機構的啟動、停止或變換運動方向。

換向閥的拆裝順序：（1）裝配順序：1閥體為裝配基礎零件，以它為基準裝配其他零件。放置2閥門→放置7填料→將3緊鎖螺母旋入1閥體左側的大螺孔→放置4手柄→放置6墊圈→將5螺母旋入2閥門左側的螺桿→將兩個8接頭旋入1閥體上下方的螺孔。（2）拆卸順序：換向閥的拆卸順序與裝配順序相反，即后裝先拆。

2.3 裝配體的虛擬裝配

虛擬裝配是在建立零件三維模型的基礎上，在CAD工作平臺中將各零部通過相互關系組裝在一起。在進行零件裝配時最重要的步驟就是對零部件進行適當?shù)募s束。

在Creo Elements/Pro5.0軟件的“組件”模式進行虛擬裝配的操作如下：選擇“組件”模式新建一個裝配文件，進入裝配環(huán)境后啟動“將元件添加到組件”命令，在 “放置”選項中通過“匹配”、“對齊”、“插入”等約束方式按裝配順序將換向閥各個零件組裝起來。換向閥的裝配過程主要是先要裝配1閥體，1閥體在裝配空間里的放置方式選擇 “缺省”，然后依次裝配2閥門、7填料、3緊鎖螺母、4手柄、6墊圈、5螺母、8接頭。完成虛擬裝配后的換向閥如圖1所示。

2.4 裝配體拆裝動畫的制作過程

打開在“組件”模式中完成虛擬裝配的換向閥文件，通過【菜單】→【應用程序】→【動畫】啟動命令“動畫”，進入動畫設計操作界面進行動畫制作，效果見圖2（以裝配動畫為例）。

圖2

第一步：新建動畫。點擊工具欄【動畫】按鈕，新建裝配體動畫，缺省名稱為“Animation1”，可通過單擊【編輯】按鈕根據(jù)用戶需要更改名稱。

第二步：定義主體。點擊工具欄【主體定義】按鈕，打開“主體”定義編輯器，將1閥體定義為Ground，選擇“每個主體一個零件”將換向閥中的各零件定義為獨立的主體Body。定義為Ground的零件是動畫中不會發(fā)生位置變化的零件，其他的主體都可以相對Ground產生相對運動。

第三步：拖動元件，拍取快照。點擊工具欄【關鍵幀序列】按鈕，打開“關鍵幀序列”編輯器，使用缺省關鍵幀序列名稱“Kfs1”，開始進行快照拍取與編輯。在“關鍵幀”欄點擊【編輯或創(chuàng)建快照】按鈕打開“拖動”編輯器，使用“點拖動”工具配合“高級拖動選項”中坐標軸平移及旋轉工具，將主體拖動到合適的位置，然后點擊【拍照】按鈕快照，將換向閥按照裝配的倒序逐個將零件移開，并逐個拍下快照，完整記錄裝配體的拆卸過程。

第四步：編輯快照順序。接上一步，點擊【關閉】按鈕，退出“拖動”編輯器并返回“關鍵幀序列”編輯器，“關鍵幀”欄保存了上剛才所拍快照“Snapshot1～Snapshot8”，此時快照的順序是裝配體拆卸的順序，如生成的是裝配動畫，則單擊【反轉】按鈕將快照順序調轉即快照順序變?yōu)檠b配體裝配順序。點擊【確定】按鈕，退出“關鍵幀序列”編輯器，對剛才建立的關鍵幀序列的時間進行調整。系統(tǒng)默認的關鍵幀序列的時間域為10s，如果默認的時間域小于動畫運行所有Snapshot所需的時間，可以通過【菜單】→【工具】→【時域】打開“動畫時域”編輯欄，對動畫開始時間和終止時間進行設置，以滿足動畫運行所需的時長要求。

第五步：導出動畫。點擊工具欄【啟動】按鈕，啟動完成編輯的動畫，觀察動畫整體的運行過程，修改調整不合理的裝配方式、順序和增加視圖轉換的時間，以增強裝配動畫的顯示效果，完成修改后再次點擊【啟動】按鈕重新運行編輯后的動畫，直到得到用戶滿意的動畫效果。點擊工具欄【回放】按鈕，回放并捕獲生成視頻格式的動畫。

3 結束語

運用Creo Elements/Pro5.0動畫(Animation)模塊制作產品的拆裝動畫，令整個裝配、拆卸過程實現(xiàn)可視化，是一種形象直觀的表達方式，豐富了工藝信息的交流傳遞方式。本文以換向閥為例闡述了使用Creo Elements/Pro5.0動畫(Animation)模塊制作拆裝動畫的一般思路與操作過程，僅使用的該模塊的其中一部分功能，如需制作復雜的拆裝動畫，可以在此基礎上通過如主體鎖定、定時透明、定時顯示和伺服電機等工具來完善動畫要素和表現(xiàn)方式，以制作更完整、完美的產品仿真動畫。

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