虚拟模具拆装实训室的研究与开发

四川信息职业技术学院机电工程系　熊保玉



虚拟模具拆装实训室的研究与开发

四川信息职业技术学院机电工程系熊保玉

【摘要】模具拆装实训是模具设计与制造专业教学中重要的实践教学环节之一，模具拆装实训是模具设计与制造专业的学生在学习模具结构设计知识之时，在教师的指导下，对生产中使用的冷冲压模具和塑料模具进行拆卸和重新组装的实践教学环节。由于高职院校在实训场地、资金和设备等条件的制约，所以在建设模具拆装实训室时受到了极大的限制。基于以上问题，我们研究出利用3DMAX和Virtools软件开发了模具拆装虚拟仿真实训室，更好的加深学生对模具拆装实训室的了解，实现了交互式实训和知识的关联，可广泛应用于实践教学。

【关键词】模具拆装；实践教学；动画；交互式

0　引言

模具拆装实训室是模具专业的学生重要的一门实训技能课，在为后续课程的学习和就业奠定重要支撑。多数高职院校虽然为学生提供了拆装实训室，但是由于实训设备造价昂贵，数量有限，再加上实训、实习条件相对落后，模具拆装实训不能满足所有学生正常实训教学，这样以来减少了学生实践操作的机会，学生也不能很好地进行理论联系实际，造成学生毕业后与社会脱节。

利用软件创建虚拟实训室，能形象生动地表现教学内容，让学生全方位的认识和了解模具实训室，有效地营造一个跟随专业和行业技术发展的教学环境，提高学 生掌握知识、技能的效率。虚拟拆装实训室不但可以节约资源，保证每位同学都能进行模具拆装实验，而且还可以提高教学质量和提高学生对综合知识的理解和操作能力。

1　虚拟实验室组成及功能

模具教学虚拟实训室的功能架构主要包括模具的结构认知、拆装实训、运动仿真3个主功能模块，如图1-1所示；也有拆装台、推车、工具箱等辅助模块用来支撑这三大功能模块。模具虚拟拆装实训室主要由4个工作区组成：分为信息区、拆装区、货架区、工作区，这四个区分别负责了实验室的各个功能，其核心功能区是拆装区。拆装区将会为学生们演示模具构件组件和运动仿真。

图1　模具虚拟实训室功能分析

本实训室是按模具类型来分类的，主要分为注塑模、冷冲模，每一部分又分为模具拆和装实训的模型，如冷冲模又分为单工序模、级进模、复合模等结构；塑料模又分为两板模、三板模、热流道模具等结构，并提供查看复杂结构的工程实例模型。选择一种模具，则会打开此类别标准模具，可以进行观看演示、结构学习和自主练习模块。

模具虚拟实训室的基本功能是：访问者可以随意 浏览各实训室，从不同的角度、以不同的光线和颜色对实训室中的模具模型进行观察；并可以运用 交互界面中附带的多种“工具”对仿真模型进行 移动、旋转、缩放、透明、隐藏、拆卸以及动态剖切、显示属性等多种形式的人机交互操作。

2　主要研究方法及技术路线

模具拆装虚拟实训室的开发与建设中以外部虚拟实训场景为依托，构建与实训室内部仿真模型，主要运用的功能模块是UGNX7.0模具零部件的建模，同时运用3dmax和虚拟场景的制作软件如VirTools制作模具拆装动画、实训实参观查动画、人机交互平台的实现等功能。实训室外部的建模利用3dmax软件采用参数化驱动和渲染技术创建出形状逼真的各种实训室外景。

利用UGNX7.0中的相关命令如基础特征(拉伸、切除)、附加特征(圆角、倒角、筋、抽壳、 异型孔)、特征操作(线性阵列、圆周阵列、镜像) 和参考特征(基准轴、基准面)等命令，完成模具零部件和装配体的的建模。

3　模具拆装实训

模具拆装实训是虚拟实验室最核心也是最重要的部分，主要包括查看和自主拆装两个部分：

3.1查看部分

本实训室中查看知识点和典型部件是结构认知模块最重要的 功能，这两个功能需要事先在后台做好部件类型的准 备，以Excel表格的形式存储在每个模具数模文件夹 中。Excel文件中记录的信息是组件的文件名和组件 对应的类别信息，供查询部件类别时调用。 查看知识点功能实现方法为：首先找到模具数模文件路径中的文件，找到后把文件中的部件信息打开，把记载部件类别信息的部件做高亮显示，提示用户有哪些部件指定了结构类别信息。可以查看每个层级结构的相关知识。

3.2自主拆装功能

拆装实训功能是模具教学虚拟实验室最重要的部分，实现自主拆装实训，主要功能是把一个模具装配体数模所有零部件都拆开，用户按照自己设想的装配序列点击图中拆开的模具零件，由系统判断选择是否正确，并可提示正确的下一步备选部件。直到所有零部件装配完毕后，系统提 示“装配结束”。自主拆卸功能基本上与自主装配功能流程相反。

3.3运动仿真

我们点击3dmax中的动画命令将第一部分构建好的模具组件实现动定模分离，然后分别将动定模拆分配置间隔一样的时间标记，设置关键点，按组件不同的大小设置不同的距离，重复上一步的步骤将拆分的动定模实现装配，最后动定模组装在一起成一幅完整的模具图，添加模具拆装图的背景，不同的组件渲染不同的颜色，加入摄像机并调整它的位置使运动画面更加清晰，运动仿真部分是整个虚拟拆装实训室中最重要的一步也是必不可少的一步。

在模具的运动仿真的过程中，对装配过程的播放我们做了播放、单步播放、暂停、回放、停止等操作，可以方便教学过程老师对模具拆装可调节性。除此之外我们还添加了灯光和摄像机，在动画演示的过程中可调节灯光和距离以及可对模具大小进行缩放和旋转等功能。

模具实训室由3dmax软件进行建模，里面包含模具拆装所需要的零配件，例如扳手，货架等等，设定好从生产地点到模具货架的路线轨迹，把第二部分模具的运动仿真文件合并到设定好的轨迹中，再次点击动画制作按钮设定一个从实训室门口到模具拆装演示过程中的自动运行轨迹，添加背景图片，对于阴暗的区域添加摄像机并渲染，这样画质就比较清晰，也有利于我们观察整个过程，将制作好的动画导成avi格式以视屏的形式输出。

4　应用实例

通过CAD二维软件将虚拟实训室在整体尺寸以及室内空间结构设计好后通过3Dmax建三维模型(如图2所示)，在建好实训室的整体结构后就是对实训室内家具以及工具的设计包括拆装台、货架、桌子、以及工具箱等三维模型设计(如图3所示)，最后就是模具的建模与仿真设计，为将做好的动画通过渲染用视屏的形式播放出来，3dmax输出bmp图片格式，通过AE后期合成动画效果，我们使用普通的视屏播放软件就可以将成品动画展示出来，避免了只能使用3dmax打开指定文件的缺点。

图2　实训室外景

图3　实训室内部结构

5　结束语

模具的拆装过程就是我们对模具整体的了解过程，弥补了传统实训室资源不足，演示不形象的缺点，把这个过程更加系统化，规范化，提高了学习效率，让我们产生了兴趣，降低了教学成本，随着模具技术的更新，我们模具拆装演示也可以不断地更新，加强了学生对模具拆装的认知，有效地提升了教学效率和效果。为现代化的教学提供了更多方法、方式和手段。

参考文献

[1]李大鑫,张秀棉.模具技术现状与发展趋势综述[J].模具制造,2005(02).

[2]赵悦,单岩.模具虚拟实验室的研究与开发[J].轻功机械,2011(6).

[3]范成文.三维虚拟机械实训室在专业教学中的开发与建设[J].济源职业技术学院学报,2011(02).

[4]陈华竣,赵士滨.开放式虚拟训练实训室的设计与建设[J].实验室研究与探索,2012(08).

熊保玉（1980—），硕士，讲师，研究方向：模具CAD/ CAE技术。

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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