李春玲，周娟利

0 引言

隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展以及信息技術(shù)的普及，通過動(dòng)畫的形式展現(xiàn)裝配體內(nèi)部構(gòu)造，無論是在產(chǎn)品研發(fā)階段，還是在日常的專業(yè)教學(xué)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。這種新的展現(xiàn)方式克服了二維圖樣在展現(xiàn)裝配體結(jié)構(gòu)方面的局限，給觀看者的感受更為形象和直觀。在專業(yè)教學(xué)資源庫建設(shè)中，動(dòng)畫已經(jīng)成為不可或缺的部分。本文以冷沖壓模具為例說明模具拆裝動(dòng)態(tài)模擬在Pro/E5.0中的實(shí)現(xiàn)過程。

1 零件三維建模

該模具是一副典型的沖孔落料復(fù)合模，制件如圖1所示。模具主要零件包括凸凹模、落料凹模、小凸模、凸凹模固定板、卸料板等零件。在Pro/E5.0中分別建立各個(gè)零件的三維模型，圖2分別是其成型零件的凸凹模及落料凹模的實(shí)體模型。

圖1 制件模型

圖2 模具零件實(shí)體模型

在零件建模過程中，充分發(fā)揮Pro/E的參數(shù)化建模功能，尤其是對(duì)于螺釘、導(dǎo)柱及導(dǎo)套等零件，使用參數(shù)化建模的方法，可以大大減少建模工作量，提高工作效率［2］。

2 三維實(shí)體裝配

模具零件建模完成后，緊接著就可以開始創(chuàng)建裝配模型，通過“Assembly”模塊進(jìn)行零部件的組合裝配時(shí)，要按照實(shí)際的模具零件裝配過程進(jìn)行，通過裝配約束將各個(gè)零件聯(lián)系在一起。零件間的裝配約束主要包括匹配、對(duì)齊、坐標(biāo)系及定向等幾種，通過人機(jī)交互的方式來指定，起到確定零件之間的幾何約束和裝配順序的作用。模具裝配可以分為組件裝配和整體裝配。先分別進(jìn)行上、下模裝配，建立兩個(gè)子裝配體，下模子裝配體如圖3(a)，然后進(jìn)行合模裝配，完成裝配如圖3(b)。

圖3 模具三維實(shí)體裝配

3 模具拆裝動(dòng)畫的制作

進(jìn)入Pro/E5.0的裝配環(huán)境后，在應(yīng)用程序菜單下，單擊“動(dòng)畫”子菜單，進(jìn)入動(dòng)畫(Animation)模塊工作界面?？紤]模具實(shí)際拆裝的順序，充分發(fā)揮子動(dòng)畫的功能，子動(dòng)畫的應(yīng)用使得整個(gè)動(dòng)畫制作過程的修改變得比較容易。首先制作模具子組件的拆卸動(dòng)畫，把拆卸動(dòng)畫反轉(zhuǎn)過來就可以生成裝配動(dòng)畫，然后制作分模動(dòng)畫，關(guān)鍵幀反轉(zhuǎn)后即可生成合模動(dòng)畫，按照這個(gè)思路制作冷沖壓模具拆裝動(dòng)畫。下面以上模拆分子動(dòng)畫制作為例，說明Pro/E中動(dòng)畫制作的基本流程。

3.1 制作上模拆分子動(dòng)畫

1)打開上模子裝配體，進(jìn)入動(dòng)畫模塊工作界面；2)單擊動(dòng)畫工具欄中的創(chuàng)建一個(gè)新動(dòng)畫，并命名；3)單擊工具欄圖標(biāo)，定義主體；4)在“視圖”菜單中選擇“方向”子菜單，單擊圖標(biāo)，彈出“拖動(dòng)”對(duì)話框，單擊圖標(biāo)，配合高級(jí)拖動(dòng)選項(xiàng)，拖動(dòng)主體到特定位置，單擊圖標(biāo)進(jìn)行快照捕捉，重復(fù)操作后生成一連串快照；5)單擊動(dòng)畫工具欄圖標(biāo)，彈出關(guān)鍵幀序列對(duì)話框，設(shè)置好間隔時(shí)間，依次把所有快照添加到關(guān)鍵幀序列中；6)調(diào)整和編輯時(shí)間域；7)啟動(dòng)動(dòng)畫查看；8)回放動(dòng)畫，并保存。按照上面所述的步驟，同樣可以生成下模拆分子動(dòng)畫［1-3］。

3.2 上下模拆分動(dòng)畫制作

制作上下模拆分動(dòng)畫的基本步驟如上所述，與之不同的是在打開模具總裝配體進(jìn)入動(dòng)畫模塊，建立新動(dòng)畫命名后，單擊動(dòng)畫菜單中的子動(dòng)畫菜單，將建立的子動(dòng)畫包括進(jìn)來。定義主體時(shí)，要分別將上模子組件及下模子組件各自作為整體定義為兩個(gè)主體。生成關(guān)鍵幀序列后，調(diào)整時(shí)間域，編輯各個(gè)動(dòng)畫的出現(xiàn)順序，然后建立時(shí)間與視圖、顯示及透明之間的關(guān)系，如圖4所示，捕獲動(dòng)畫生成最終的視頻文件，視頻文件播放如圖5所示。

圖4 動(dòng)畫時(shí)間域

圖5 視頻播放文件

4 動(dòng)畫制作中的要點(diǎn)

制作一個(gè)完整流暢的模具拆裝動(dòng)畫，需要注意以下問題:

1)掌握好關(guān)鍵幀序列的時(shí)間間隔。關(guān)鍵幀序列的時(shí)間間隔決定了動(dòng)畫演示的快慢，影響著整個(gè)動(dòng)畫過程的節(jié)奏。在拖動(dòng)創(chuàng)建快照之后，創(chuàng)建關(guān)鍵幀序列時(shí)，兩張快照之間的時(shí)間間隔一般掌握在2～3s，但具體時(shí)間還要根據(jù)關(guān)鍵幀演示的內(nèi)容所決定，為取得更好的演示效果，必要時(shí)可將間隔時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。

2)靈活運(yùn)用定時(shí)視圖、定時(shí)顯示及定時(shí)透明等功能。模具動(dòng)畫制作在展示拆裝順序的同時(shí)還要展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般需要從多個(gè)角度對(duì)模具進(jìn)行觀察。定時(shí)視圖可以實(shí)現(xiàn)在特定時(shí)間從特定方向觀看模型，定時(shí)顯示及定時(shí)透明功能可以控制組件元件在動(dòng)畫運(yùn)行過程中的可見、不可見以及透明程度，三者的有機(jī)結(jié)合，不僅可以使動(dòng)畫展現(xiàn)的角度更加多樣，而且有利于清楚地表達(dá)整個(gè)模具的內(nèi)部構(gòu)造［4］。

3)一副模具上往往有很多的螺紋連接件，為了使動(dòng)畫制作更逼真形象，其中模板連接螺釘?shù)男D(zhuǎn)且平移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫制作是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在裝配和拆卸時(shí)，螺釘?shù)男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需添加旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)，其平移運(yùn)動(dòng)需要添加平移伺服電動(dòng)機(jī)，根據(jù)需要可以對(duì)其速度及方向分別進(jìn)行定義，最后將其添加到動(dòng)畫時(shí)間線中，并編輯即可。

同時(shí)還要注意，在創(chuàng)建快照的過程中，對(duì)于同一模板上起相同作用的同一規(guī)格螺釘，可以將其鎖定，鎖定的多個(gè)主體將同時(shí)進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)，這時(shí)它們的行為和一個(gè)主體是一樣的［4-5］。

5 結(jié)語

模具拆裝動(dòng)畫的制作在模具產(chǎn)品演示及模具專業(yè)教學(xué)資源庫制作中，都是必不可少的內(nèi)容。利用三維軟件實(shí)現(xiàn)典型模具拆裝的動(dòng)態(tài)模擬，可以更感性地認(rèn)識(shí)模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為后續(xù)模具實(shí)物拆裝實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)提供一定的知識(shí)儲(chǔ)備，而且激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，減少模具實(shí)物拆裝的次數(shù)，降低實(shí)訓(xùn)教學(xué)成本。

［1］詹友剛.Pro/ENGINEER高級(jí)應(yīng)用教程(中文野火版5.0)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］閆俊霞，劉初升，冀連權(quán)，等.基于Pro/E大型馳張篩設(shè)計(jì)和裝配動(dòng)畫的制作［J］.煤礦機(jī)械，2008，29(6):190-191.

［3］馬光峰，張彪.Pro/E在機(jī)械爆炸圖中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2004(9):70-71.

［4］謝曉華.Pro/E在齒輪泵拆裝動(dòng)畫中的應(yīng)用［J］.機(jī)械與電子，2011(6):74-76.

［5］馮櫻，劉加華，劉成武.基于Pro/E的汽車變速器裝配及運(yùn)動(dòng)仿真的動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)械工程師，2007(3):63-65.