基于KeyShot5.0对机床建模后的虚拟场景实现及教学实践应用

2017-01-10费姝霞

中国设备工程 2016年16期

关键词：部件机床材质

费姝霞

（江苏省无锡交通高等职业技术学校，江苏无锡 214000）

基于KeyShot5.0对机床建模后的虚拟场景实现及教学实践应用

费姝霞

（江苏省无锡交通高等职业技术学校，江苏无锡 214000）

KeyShot是一个互动性的光线追踪与全域光渲染程序，可产生相片般真实的3D渲染影像。文章简单阐述了利用KeyShot5.0对完成建模的CA6140卧式机床的渲染过程，并展示了在虚拟软件环境下的相关功能的实现，并举例演示在教学实践中的应用。

KeyShot；渲染；虚拟；实践

0 引言

KeyShot意为“The Key to Amazing Shots”，是一个基于LuxRen-der内核的实时光线跟踪和全局照明程序。它通过对材质-环境-光照-贴图的模块化设定，操作者即可看到渲染后的效果。KeyShot可以直接打开三维模型,能很好的支持多种3D软件格式且兼容性强。KeyShot自带丰富材质样式近200种类型。另外Keyshot也是有名的急速工业渲染器，在渲染光滑反光材质时软件进行即时着色，运算迅速，渲染效果突出。

1 模型数据的导入

1.1 模型导入

KeyShot5不能直接创建三维零件，需要先使用Solidworks三维软件创建一个实体格式的图档。因此，之前先利用Solidworks对CA6140型卧式车床的所有零部件完成建模，并都保存为Step通用格式，以便导入。在执行文件导入过程中，在格式中选择所有格式，导入转换的图档，导入的模型路径和模型文件名必须为全英文，如图1所示。

图1 文件导入图

1.2 材质设置及模型渲染

Keyshot5中提供了材质库，也可以进行许多的网络材质和环境的下载。文件导入之后，便可打开资源库。Keyshot5软件可以在项目中进行实时渲染及最终渲染。也可以通过设置渲染的质量及分辨率，图片大小，文件格式等各方面参数，影响最终的渲染效果。在设置好渲染输入路径、材质、环境后，按ctrl+p对模型进行渲染，完成机床的渲工作。为了让学习人员有置身车间的真实感，在制作时还可以利用Keyshot5添加背景渲染。选好场景及材质后，最后保存成bip源文件，方便后续文件的渲染及动画制作。

2 机床透明外观结构展示

在Keyshot5软件环境下，通过三维虚拟仿真，使机床的内外部被更直观的展现在学习人员的面前，以便更快速、准确的了解机床的整体结构，如图2所示。

图2 机床整体透明渲染图

3 结构分析

同样在Keyshot5软件环境下，还能立体全景透视机床结构，学习人员可以通过模拟演示，直观了解机床内部运动传递。以机床主轴箱为例，如图3所示。

图3 主轴箱透明渲染图

4 部件拆装

学习人员根据三维仿真，在Keyshot5软件环境下可以对机床各部件进行拆装，熟悉各部件的运动关系和先后装配顺序。如图4所示为主轴部件的拆装图。

图4 主轴部件拆装图

5 运动演示

根据机床的实际功能，进行正确运动的视频演示。视频制作首先调出动画向导，选择动画类型，最终保存成avi格式，完成的视频截图如5所示。

图5 虚拟仿真视频

6 教学实践

机床尾座拆装练习（图6）。

具体拆卸顺序：a拆下螺丝，再拆手柄；b拆下手轮及连接着的螺杆；c拆除顶尖，拆下套筒。需要注意的是键、销、垫片、弹簧等小部件也拆下来。拆卸完成后再完成安装工作并确定是否可以再次使用。

在进行上述教学的过程中，事先将学生分成A、B两组，A组学生借助虚拟仿真平台完成学习，根据平台提供的在线练习，及时反馈学生对理论知识的掌握情况。在虚拟拆装环境中，学生自主选择平台提供的机床、工具、材料等模型，只有操作正确才能完成模拟拆装。教学过程中只需一位教师，通过电脑同步观测学生的练习情况，及时指导以便安排学生去实训车间实际拆装。B组的学生则按照传统方式进行教学。

图6 机床尾座结构

结合A组和B组同学的具体实践，结果显示：A班学生通过理论测试正确率达到95%以上，而B班则只有80%左右；A组学生的拆装熟练度远高于B组，且出错率更低；随机访谈中A组同学普遍反映借助虚拟实训平台讲授更直观、更能吸引注意力，拆装练习时间更充分，掌握效果更好。实训教师则反映借助虚拟平台，大大减轻了实训压力，避免了设备不足的问题，也更及时的了解学生掌握情况。最终说明采用虚拟仿真教学平台辅助普通机床拆装实训，能显著提升教学效果。