試論虛擬模型在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

尚珍

摘要：裝配圖是生產(chǎn)中重要的技術(shù)文件，本文采用UG NX軟件，以千斤頂為例詳細(xì)說(shuō)明實(shí)體建模、裝配圖模型建立以及動(dòng)畫(huà)模擬的制作過(guò)程。采用UG NX軟件可以提高教學(xué)效率，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，并為后續(xù)CAD相關(guān)課程提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：UG；NX；裝配圖；動(dòng)畫(huà)模擬；千斤頂

中圖分類號(hào)：G718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）01-0202-02

一、引言

裝配圖的作用是顯示機(jī)器或者零部件的形狀、結(jié)構(gòu)、之間的裝配關(guān)系原理以及對(duì)技術(shù)的要求，它不僅是生產(chǎn)過(guò)程中的重要技術(shù)文件，還是安裝、調(diào)試、操作、檢修機(jī)器和部件的重要依據(jù)。

UG是由美國(guó)Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統(tǒng)，是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，UG覆蓋了從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程，并且廣泛地運(yùn)用在汽車、航天、模具加工及設(shè)計(jì)和醫(yī)療器械行業(yè)等方面。在UG NX8.5裝配模塊中可以模擬真實(shí)的裝配操作，并可創(chuàng)建裝配工程圖，通過(guò)裝配圖來(lái)了解機(jī)器的工作原理和構(gòu)造[1，2]。

本文以裝配圖教學(xué)中的典型例子千斤頂為例[3，4]，詳細(xì)說(shuō)明采用UG NX軟件建立虛擬模型，以及虛擬模型在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用。

二、千斤頂?shù)膶?shí)體建模

由千斤頂?shù)难b配示意圖（圖1），可知千斤頂是由7個(gè)零件組成的，其中2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)直桿3時(shí)，螺桿6隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于螺紋作用，因螺套5與底座7固定在一起，故螺桿6上下移動(dòng)，通過(guò)頂帽1將重物頂起或落下。緊定螺釘2將螺母與螺桿連接在一起。緊定螺釘4將螺套與底座連接在一起。

首先應(yīng)用UG NX的建模模塊，建立5個(gè)零件圖。利用UG軟件的建模模塊能夠方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的三維實(shí)體模型。建模模塊是新的產(chǎn)品造型模塊，它能夠提供實(shí)體建模等先進(jìn)的造型以及輔助功能。實(shí)體工具可以利用各種特征視圖、線框架構(gòu)等功能。自由曲面工具是架構(gòu)在融合了實(shí)體建模及曲面建模技術(shù)基礎(chǔ)之上的超級(jí)設(shè)計(jì)工具，能設(shè)計(jì)出如工業(yè)造型設(shè)計(jì)產(chǎn)品的復(fù)雜曲面外形。

三、千斤頂?shù)奶摂M裝配

UG NX裝配建模模塊提供自頂而下和自底而上的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方法，對(duì)零件的鏈接映像是由生成的零件裝配數(shù)據(jù)來(lái)顯示，可對(duì)裝配模型進(jìn)行間隙分析、質(zhì)量管理等操作，保證裝配模型和零件設(shè)計(jì)完全關(guān)聯(lián)。并改進(jìn)了軟件操作性能，減少了對(duì)存儲(chǔ)空間的需求。此外為查看裝配體中各部件之間的裝配關(guān)系，可建立爆炸視圖，并將爆炸試圖引入裝配工程圖中。同時(shí)，在裝配工程圖中可自動(dòng)產(chǎn)生裝配明細(xì)表，并能對(duì)軸測(cè)圖進(jìn)行局部剖切。

通過(guò)UG軟件的裝配模塊，使用自底而上的方式，裝配部分零部件，得到所需裝配體。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件，這里應(yīng)用UG中的重用庫(kù)，使用重用庫(kù)導(dǎo)航器以訪問(wèn)可重用對(duì)象，并將其插入模型中。其中，重用庫(kù)導(dǎo)航器是一個(gè)NX資源工具，類似于裝配導(dǎo)航器或部件導(dǎo)航器，以分層樹(shù)結(jié)構(gòu)顯示可重用對(duì)象。我們可以從可重用庫(kù)導(dǎo)航器中訪問(wèn)NX機(jī)械零件庫(kù)部件。這里的機(jī)械零件庫(kù)包含大量高質(zhì)量的最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件，可支持所有主要標(biāo)準(zhǔn)-ANSI英制、ANSI公制、DIN、UNI、JIS、GB和GOST。這些部件均為知識(shí)型部件族和模板。建成的裝配圖如圖2所示。

四、千斤頂?shù)膭?dòng)畫(huà)模擬仿真

利用UG的裝配模塊，對(duì)千斤頂裝配體建立爆炸視圖，拆分各組成零部件，詳細(xì)顯示裝配體的裝配構(gòu)成關(guān)系。通過(guò)模塊模擬創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)形式的零件的拆卸過(guò)程以及零件的安裝過(guò)程，得到最后的模擬仿真，以使得整個(gè)過(guò)程形象化和感官化。其中完成的千斤頂裝配動(dòng)畫(huà)如圖3所示。

五、虛擬模型在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

將虛擬模型應(yīng)用到裝配圖的教學(xué)中，使傳統(tǒng)教學(xué)得到了一定程度上的改善。

1.在傳統(tǒng)的裝配圖教學(xué)中，通常使用的都是靜態(tài)圖形，學(xué)生難以想象實(shí)物，運(yùn)用UG軟件，通過(guò)UG對(duì)三維圖繪制的強(qiáng)大的圖形處理能力和高級(jí)的智能化、直觀形象的交互界面，從而對(duì)三維虛擬模型進(jìn)行直接的動(dòng)態(tài)觀察，建立空間形體的整體概念。

2.在傳統(tǒng)的裝配圖教學(xué)中，不管是由零件圖畫(huà)裝配圖，還是裝配圖拆畫(huà)零件圖，對(duì)學(xué)生的識(shí)圖都有較高的要求，利用動(dòng)畫(huà)模擬，讓學(xué)生直觀清晰的了解裝配體的結(jié)構(gòu)特征，配合上動(dòng)畫(huà)形式，以讓學(xué)生加深整體裝配印象，而且，也會(huì)將零部件的裝配簡(jiǎn)單化。

3.在傳統(tǒng)的裝配圖教學(xué)中，由于學(xué)生在零部件識(shí)讀上的限制，會(huì)極大地影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。而應(yīng)用虛擬模型后，提高了學(xué)生的空間想象能力，使零部件的識(shí)讀變得簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)變得輕松，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，對(duì)虛擬模型的建立產(chǎn)生相當(dāng)大的興趣，增加學(xué)習(xí)軟件操作的欲望和興趣，后續(xù)CAD相關(guān)的課程打下一定的基礎(chǔ)。

六、總結(jié)

1.在裝配圖教學(xué)中采用UG NX軟件，提高了學(xué)生的空間想象力，解決了教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，提高了授課效率。

2.模型的建立可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、空間想象能力、空間思維能力以及工程意識(shí)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。

3.通過(guò)UG NX軟件的應(yīng)用，讓學(xué)生較早的認(rèn)識(shí)大型機(jī)械制圖軟件，加深對(duì)計(jì)算機(jī)制圖軟件的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)CAD相關(guān)的課程打下一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘睦，李紅術(shù)，陳志民.UG NX8.5課堂實(shí)錄[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[2]王成剛，趙奇平，游險(xiǎn)峰.對(duì)虛擬模型尺寸測(cè)量方法的探索[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（35）：290-295.

[3]錢(qián)克強(qiáng).機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4]安增桂.機(jī)械制圖習(xí)題集[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.