塑料模具的虛擬裝配研究

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

VRML是網(wǎng)絡(luò)上基于虛擬的一種現(xiàn)實(shí)建模語言，被稱為第二代網(wǎng)絡(luò)語言，具有三維性、交互性、分布式集成性和逼真性等特點(diǎn)[1-4]，通過模擬仿真、構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)行為，從而模擬機(jī)械部件尤其是復(fù)雜機(jī)械模型如模具的虛擬裝配，進(jìn)而幫助學(xué)員熟悉復(fù)雜部件之間的結(jié)構(gòu)及其從屬、裝配關(guān)系。

UG軟件當(dāng)前比較流行的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，世界范圍內(nèi)使用者較多，也是目前較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件中的一員，成為UGS產(chǎn)品家族中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)軟件[5-6]。UG軟件提供了VRML軟件的接口，本文先通過UG軟件完成產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)，通過提取裝配體信息利用 VRML的環(huán)境最終完成動態(tài)裝配的演示動畫。下面以教學(xué)中的典型產(chǎn)品的模具為例說明以上過程。

1 VRML靜態(tài)模型的建立

首先，在UG NX軟件中對產(chǎn)品進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，包括澆口套、定模座板、定模板、動模座板、動模板、墊板、支承板、復(fù)位桿、推桿、推桿固定板、推板、模仁等。然后轉(zhuǎn)換模具零件的格式，最終模具如圖1所示。

圖1 模具裝配體

接下來，將UG NX的prt格式的文件導(dǎo)出為VRML V2.0版的wrl格式文件，然后在VRML文件編輯器VrmlPad中讀入wrl文件，再對此對象進(jìn)行場景渲染或動畫制作等等。但是對于部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高的裝配體，如果直接將裝配體文件整體導(dǎo)出，在操作和動畫處理、渲染上難度較大。一般的處理方法是：在三維軟件中的裝配狀態(tài)下，單一的將每一個零件獨(dú)立導(dǎo)出，但并不改變其在裝配體中的位置，依次建立新的wrl格式文件，在利用Inline命令將零件串聯(lián)起來。這個時候，基本上就不用調(diào)整每個零件的具體位置，操作簡單，效果較好。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)裝配的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬裝配路徑的規(guī)劃

實(shí)現(xiàn)虛擬裝配，關(guān)鍵是裝配順序和裝配路徑的確定。如何確定？一般來說，首先按照從部件-組件-零件的順序進(jìn)行劃分，即先將大的裝配體劃分為一個個小的裝配體，小裝配體我們稱之為組件，在分解各個組件的裝配順序，裝配拆裝的時候逆流而上，從而得到一個基本的裝配框架。而拆裝時需要注意空間干涉，從而避免零件的犬牙交錯，顯得拆裝過程更接近現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然，不同的裝配體拆裝的順序各有不同。例如，螺釘?shù)炔考诓鹧b時，要模擬左旋或右旋的旋轉(zhuǎn)動作，而有些零部件只做平面移動。在路徑規(guī)劃中，當(dāng)需要左旋或右旋等旋轉(zhuǎn)運(yùn)動則使用旋轉(zhuǎn)插補(bǔ)器，平面移動則使用位置插補(bǔ)器進(jìn)行設(shè)置。通過虛擬規(guī)劃，進(jìn)而最大程度的模擬拆裝，使得整個模擬系統(tǒng)更接近真實(shí)。

2.2 邏輯控制

根據(jù)裝配順序和規(guī)劃好的裝配路徑對模具的裝配動畫進(jìn)行邏輯控制。通過時間插補(bǔ)器對時間進(jìn)行控制和動畫是否循環(huán)，與其對應(yīng)的位置插補(bǔ)器也是對模具裝配動畫進(jìn)行邏輯控制的一部分。

3 模具動畫設(shè)計(jì)

3.1 上模的動畫設(shè)計(jì)

上模靜態(tài)模型的建立是和模具裝配圖靜態(tài)模型的建立一樣的。下圖是已經(jīng)裝配好的上模。圖2是已經(jīng)裝配好的上模。上模的移動路徑圖見圖3。

圖2 裝配好的上模

其動畫設(shè)計(jì)程序如下：

上面只是一個零部件的動畫的設(shè)計(jì)，其余上模零部件的設(shè)計(jì)都是和這一樣的。需要注意的是在設(shè)置移動位置是其位置要與時間插補(bǔ)器的時間是一一對應(yīng)的。

圖3 上模的移動路徑圖

3.2 下模靜態(tài)模型的建立

下模靜態(tài)模型的建立和上模靜態(tài)模型的建立是完全一樣的，只是裝配的零件不同而已。

3.3 產(chǎn)品的動畫設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的動畫設(shè)計(jì)相對容易，只是將其靜態(tài)模型導(dǎo)入之后，在對其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制。

3.4 模具裝配體的動畫設(shè)計(jì)

整個模具的動畫設(shè)計(jì)也就是將上模的動畫、下模的動畫和產(chǎn)品的動畫用內(nèi)聯(lián)命令I(lǐng)nline連接起來，最后再對上模和下模整體做動畫設(shè)計(jì)。

其動畫設(shè)計(jì)程序如下：

其移動路徑圖如圖4。

圖4 裝配體移動路徑圖

整個模具的動畫見圖5。

圖5 模具裝配動畫

4 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在教學(xué)領(lǐng)域里發(fā)揮著越來越重要的作用。為了使模具裝配工人更好地熟悉，掌握模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，用三維動畫來展示模具零部件的三維模型和裝配過程。這樣可以縮短培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)時間，降低培訓(xùn)成本。

[1]胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2005:36-40.

[2]胡小強(qiáng).虛擬顯示技術(shù)與運(yùn)用[M].北京.高等教育出版社,2002:110-113.

[3]張冶,洪雪.UnigraphicsNX三維工程設(shè)計(jì)與渲染教程[M].北京.清華大學(xué)出版社,2004:187-190.

[4]宋春華,王隆鵑.UG 工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2004:78-80.

[5]嚴(yán)子翔編著.VRML虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)頁語言[M].清華大學(xué)出版社,2001:90-91.

[6]賽博科技工作室.VRML于 Java編程技術(shù)[M].人民郵電出版社,2002:64-65.