四川信息職業(yè)技術(shù)學院機電工程系　熊保玉

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虛擬模具拆裝實訓室的研究與開發(fā)

四川信息職業(yè)技術(shù)學院機電工程系熊保玉

【摘要】模具拆裝實訓是模具設(shè)計與制造專業(yè)教學中重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一，模具拆裝實訓是模具設(shè)計與制造專業(yè)的學生在學習模具結(jié)構(gòu)設(shè)計知識之時，在教師的指導下，對生產(chǎn)中使用的冷沖壓模具和塑料模具進行拆卸和重新組裝的實踐教學環(huán)節(jié)。由于高職院校在實訓場地、資金和設(shè)備等條件的制約，所以在建設(shè)模具拆裝實訓室時受到了極大的限制?；谝陨蠁栴}，我們研究出利用3DMAX和Virtools軟件開發(fā)了模具拆裝虛擬仿真實訓室，更好的加深學生對模具拆裝實訓室的了解，實現(xiàn)了交互式實訓和知識的關(guān)聯(lián)，可廣泛應用于實踐教學。

【關(guān)鍵詞】模具拆裝；實踐教學；動畫；交互式

0　引言

模具拆裝實訓室是模具專業(yè)的學生重要的一門實訓技能課，在為后續(xù)課程的學習和就業(yè)奠定重要支撐。多數(shù)高職院校雖然為學生提供了拆裝實訓室，但是由于實訓設(shè)備造價昂貴，數(shù)量有限，再加上實訓、實習條件相對落后，模具拆裝實訓不能滿足所有學生正常實訓教學，這樣以來減少了學生實踐操作的機會，學生也不能很好地進行理論聯(lián)系實際，造成學生畢業(yè)后與社會脫節(jié)。

利用軟件創(chuàng)建虛擬實訓室，能形象生動地表現(xiàn)教學內(nèi)容，讓學生全方位的認識和了解模具實訓室，有效地營造一個跟隨專業(yè)和行業(yè)技術(shù)發(fā)展的教學環(huán)境，提高學 生掌握知識、技能的效率。虛擬拆裝實訓室不但可以節(jié)約資源，保證每位同學都能進行模具拆裝實驗，而且還可以提高教學質(zhì)量和提高學生對綜合知識的理解和操作能力。

1　虛擬實驗室組成及功能

模具教學虛擬實訓室的功能架構(gòu)主要包括模具的結(jié)構(gòu)認知、拆裝實訓、運動仿真3個主功能模塊，如圖1-1所示；也有拆裝臺、推車、工具箱等輔助模塊用來支撐這三大功能模塊。模具虛擬拆裝實訓室主要由4個工作區(qū)組成：分為信息區(qū)、拆裝區(qū)、貨架區(qū)、工作區(qū)，這四個區(qū)分別負責了實驗室的各個功能，其核心功能區(qū)是拆裝區(qū)。拆裝區(qū)將會為學生們演示模具構(gòu)件組件和運動仿真。

圖1　模具虛擬實訓室功能分析

本實訓室是按模具類型來分類的，主要分為注塑模、冷沖模，每一部分又分為模具拆和裝實訓的模型，如冷沖模又分為單工序模、級進模、復合模等結(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)，并提供查看復雜結(jié)構(gòu)的工程實例模型。選擇一種模具，則會打開此類別標準模具，可以進行觀看演示、結(jié)構(gòu)學習和自主練習模塊。

模具虛擬實訓室的基本功能是：訪問者可以隨意 瀏覽各實訓室，從不同的角度、以不同的光線和顏色對實訓室中的模具模型進行觀察；并可以運用 交互界面中附帶的多種“工具”對仿真模型進行 移動、旋轉(zhuǎn)、縮放、透明、隱藏、拆卸以及動態(tài)剖切、顯示屬性等多種形式的人機交互操作。

2　主要研究方法及技術(shù)路線

模具拆裝虛擬實訓室的開發(fā)與建設(shè)中以外部虛擬實訓場景為依托，構(gòu)建與實訓室內(nèi)部仿真模型，主要運用的功能模塊是UGNX7.0模具零部件的建模，同時運用3dmax和虛擬場景的制作軟件如VirTools制作模具拆裝動畫、實訓實參觀查動畫、人機交互平臺的實現(xiàn)等功能。實訓室外部的建模利用3dmax軟件采用參數(shù)化驅(qū)動和渲染技術(shù)創(chuàng)建出形狀逼真的各種實訓室外景。

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(線性陣列、圓周陣列、鏡像) 和參考特征(基準軸、基準面)等命令，完成模具零部件和裝配體的的建模。

3　模具拆裝實訓

模具拆裝實訓是虛擬實驗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部分：

3.1查看部分

本實訓室中查看知識點和典型部件是結(jié)構(gòu)認知模塊最重要的 功能，這兩個功能需要事先在后臺做好部件類型的準 備，以Excel表格的形式存儲在每個模具數(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 對應的類別信息，供查詢部件類別時調(diào)用。 查看知識點功能實現(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，把記載部件類別信息的部件做高亮顯示，提示用戶有哪些部件指定了結(jié)構(gòu)類別信息?？梢圆榭疵總€層級結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識。

3.2自主拆裝功能

拆裝實訓功能是模具教學虛擬實驗室最重要的部分，實現(xiàn)自主拆裝實訓，主要功能是把一個模具裝配體數(shù)模所有零部件都拆開，用戶按照自己設(shè)想的裝配序列點擊圖中拆開的模具零件，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運動仿真

我們點擊3dmax中的動畫命令將第一部分構(gòu)建好的模具組件實現(xiàn)動定模分離，然后分別將動定模拆分配置間隔一樣的時間標記，設(shè)置關(guān)鍵點，按組件不同的大小設(shè)置不同的距離，重復上一步的步驟將拆分的動定模實現(xiàn)裝配，最后動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，加入攝像機并調(diào)整它的位置使運動畫面更加清晰，運動仿真部分是整個虛擬拆裝實訓室中最重要的一步也是必不可少的一步。

在模具的運動仿真的過程中，對裝配過程的播放我們做了播放、單步播放、暫停、回放、停止等操作，可以方便教學過程老師對模具拆裝可調(diào)節(jié)性。除此之外我們還添加了燈光和攝像機，在動畫演示的過程中可調(diào)節(jié)燈光和距離以及可對模具大小進行縮放和旋轉(zhuǎn)等功能。

模具實訓室由3dmax軟件進行建模，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)地點到模具貨架的路線軌跡，把第二部分模具的運動仿真文件合并到設(shè)定好的軌跡中，再次點擊動畫制作按鈕設(shè)定一個從實訓室門口到模具拆裝演示過程中的自動運行軌跡，添加背景圖片，對于陰暗的區(qū)域添加攝像機并渲染，這樣畫質(zhì)就比較清晰，也有利于我們觀察整個過程，將制作好的動畫導成avi格式以視屏的形式輸出。

4　應用實例

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

圖2　實訓室外景

圖3　實訓室內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5　結(jié)束語

模具的拆裝過程就是我們對模具整體的了解過程，彌補了傳統(tǒng)實訓室資源不足，演示不形象的缺點，把這個過程更加系統(tǒng)化，規(guī)范化，提高了學習效率，讓我們產(chǎn)生了興趣，降低了教學成本，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，加強了學生對模具拆裝的認知，有效地提升了教學效率和效果。為現(xiàn)代化的教學提供了更多方法、方式和手段。

參考文獻

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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

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