基于“万维引擎”的电动刀架VR拆装系统开发

黄琳莉

摘 要：为了解决电动刀架机械拆装时设备数量少和设备磨损的问题，基于“万维引擎”VR软件平台，开发了一款集结构认知和拆装仿真为一体的VR系统。文章详细介绍了基于万维引擎的电动刀架VR拆装系统的开发流程，对其他“机电设备拆装”类课程有一定借鉴意义。

关键词：万维引擎；虚拟现实；电动刀架；机械拆装

中图分类号：TG519.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0039-02

Abstract： In order to solve the problems of small number of equipment and wear and tear of equipment in the mechanical disassembly and assembly of electric tool holder， based on the VR software platform of "VeryEngine"， a kind of VR system is developed， which integrates the structure cognition and disassembly and assembly simulation. This paper introduces in detail the development process of VR disassembly and assembly system for electric tool holder based on VeryEngine， which can be used for reference to other courses of "Disassembly and Assembly of Electromechanical Equipment".

Keywords： VeryEngine； virtual reality； electric tool holder； mechanical disassembly and assembly

1 概述

电动刀架是数控车床的辅助装置之一，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种加工工序，缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。典型数控转塔刀架一般由动力源、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台等组成，结构较为复杂。据统计，数控车床刀架故障占整个数控车床故障的40%左右，故数控车床电动刀架拆装实训是《数控机床机械装调与维修》课程中重要内容。

电动刀架拆装实训的主要目的在于：了解刀架的机械结构；掌握刀架拆装的工艺；通过实际拆装，学会分析刀架不能正常换刀的可能机械原因。可是，在实际的教学过程中，由于以下一些原因，导致学生动手机会较少，仅有少部分学生能够较好的掌握技能点。（1）刀架的台套数较少，不能满足学生反复拆装的需要；（2）刀架中的一些机械传动

部件比较精密，在工艺不熟的情况拆装，容易损坏部件；（3）螺丝等紧固元件，反复拆装后容易失效。

这些实际的教学困难，需要一款虚拟刀架拆装软件，来配合实际的刀架拆装使用，以达到提升教学效果和延长刀架寿命的双重效果。

2 虚拟仿真和万维引擎简介

虚拟仿真（Virtual Reality，简称VR）技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。VR技术具有“3I特性”，即沉浸感（Immersion）、交互性（Interactive）和构想性（Imagination），被广泛的应用于影视、游戏、军事和教育等领域。目前主流的VR开发软件Unity 3D，通过C#、Java和C++等语言编程，门槛较高。

而由浙江大学的单岩教授团队开发的万维引擎，是基于Unity 3D软件进行二次开发而来的，它最显著的特点是零门槛学编程——采用Excel表格来编程。万维引擎的易学易用特性，使得师师、师生或生生团队开发VR教学作品成为可能。

3 基于万维引擎的电动刀架VR拆装系统开发流程

3.1 模型准备

根据常用的三和LD4B CK6125型刀架采集的数据，进行1：1等比建模，确保仿真对象的真实性。建模工具最好使用3D MAX，因为其模型较小，导出的*.FBX模型文件可以直接导入万维引擎中。本例采用的是solidworks建模，其生成的模型文件需要先通过3D MAX软件转换成*.FBX文件，才可导入万维引擎。

3.2 模型、引擎包的导入及开发环境的搭建

通过“工程板块”中的“Assets”下的“Import Package”导入万维引擎包，搭建万维引擎的开发环境；通过“Assets”下的“Import New Assets”导入准备好的*.FBX模型，然后拖曳至结构树板块即可。

为了使场景更具有真实感，需要添加光源，添加完光源的物体会出现阴影、反射等真实世界中的现象。本VR系统使用平行光“Directional Light”照亮场景中的刀架等物体。

相机是仿真过程中很重要的一个组成部分，发布的软件看到的界面其实都是预先设置好的相机所产生的效果。之前导入的万维引擎包，已经将所有相机全部做成了一个预制体“_Sketch”。把该预制体拖曳到结构树板块，就可以依次调整主相机、焦点相机和漫游相机的属性，使其视角达到最佳。

3.3 任务创建与任务名匹配

在运行界面，创建一个新项目名称如“电动刀架拆装”；关闭运行，在_Sketch的子物体中找到Main Script，选中后在它的属性板块的“Task Name”输入框中输入刚刚创建的任务名“电动刀架拆装”，即完成了任务名匹配。保存布置好的场景，开发前的准备工作完毕。

3.4 基于Excel的VR软件开发

3.4.1 认识刀架的结构

在万维引擎平台上，可以有多种方式生动的介绍物体的结构。如通过物体各零部件的“旋转”来全方位的全方位观察零部件；通过“文本语音”朗读文本介绍零部件的特点；通过“引出线”或“部件提示”来明确的标识零部件；还可以在“结构认知”菜单，通过填表把重要的零部件一次性全部标识出来（如图1所示）。

3.4.2 刀架装配动画的实现

以下刀体 “左侧深沟球轴承及端盖”的安装为例，通过Excel表格的填写（如图2），可以实现“相机机位旋转、语音提示、高亮部件和部件直线运动”等安装动作。

3.4.3 “教练考”设置

万维引擎软件主体功能包括“教、练、考”三部分。软件的基本功能即是“教”，是整个软件的流程性动画，在基本功能开发完成后即完成了“教”。“练”是在“教”的基础上增加了人机互动，在“教”的基础上添加鼠标、键盘、选择题、工具选择等多种触发功能，即可完成“练”的功能。“考”是在“练”的基础上增加了得分情况，添加时只需要填写“exam.xls”表格即可完成“考”的功能。

完成教练考和菜单等设置后，反复调试无误，就可发布成可以独立运行的EXE文件了。

4 本软件的应用效果及局限性

“电动刀架VR拆装系统”开发完成后，首先在所任课班级進行了试用。实践证明，该VR拆装系统极大的提升了学生的学习兴趣，在类似于“游戏”的体验中，学生很快认清了电动刀架的机械结构，记住了零部件名称和装配流程。在多次的VR游戏体验后，学生在实际的刀架拆装过程中，有似曾相识的感觉，拆装过程更加流畅。

本VR拆装软件融趣味性和知识性于一体，大大提高了实训教学的效率，一定程度上缓解了设备不足的问题。但在中高职教育中，VR体验只是一种辅助的工具，是无法提供实际机械拆装过程中逐步培养的手感和力度等实操经验的。

参考文献：

[1]雷文，陈清奎，朱肖龙，等.基于VR的“农业机械学”仿真教学系统[J].计算机系统应用，2018（4）：76-81.

[2]彭建飞.数控车床四方回转刀架拆装及维护研究[J].现代信息科技，2018（5）：173-175.