机械拆装教学虚拟仿真技术应用

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摘要：利用SolidWorks建立数控车床的三维实体模型，并将模型导入Composer平台，完成功能设计和人机界面设计，形成一个完整的虚拟仿真辅助教学系统。该系统可直观、真实、多角度地再现数控车床的工作原理、零部件结构、装配关系及装拆流程，使用该系统有效延伸了学生学习机床结构和进行拆装训练的时间和空间，明显提高了课堂教学效果。

关键词：虚拟装配；实践教学；Composer

引言

拆装实训是工科培养学生动手能力的实训课，它既能帮助学生巩固理论知识、拓宽知识面、提高分析问题与解决问题的能力，又为后续的专业课程学习打下了坚实的基础。由于实训设备损坏、零部件丢失、实训设备数量不足以及实训车间的空间和开放时间等诸多因素的影响，许多院校在组织实施传统的机械拆装实训教学时，常常是多人一组，按组轮流进行拆装实训，最后能够落实到学生个人的拆装时间非常有限，严重影响了学习效果。另一方面，拆装实训过程还具有一定的危险性和安全隐患，一不小心极易产生人身意外伤害。计算机虚拟仿真教学则很好地解决了以上问题，它通过计算机数字建模与仿真技术模拟机械拆装全过程，使学员能够在计算机虚拟环境下学习复杂的机械设备的结构特征、工作原理与故障诊断，观看设备功能演示等，学习不再受时间、设备和实训室环境限制，增加了学习机会，增强了学习兴趣，提高了教学效果。

1系统设计方案

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，其功能强大，组件繁多，易学易用，是一种领先的、主流的三维CAD解决方案。Composer是达索公司开发的一款图形交互软件，常常用于制作创新的三维互动市场营销相关材料、产品手册、装配指令和培训材料等，现已集成到SolidWorks环境中，两者无缝对接。当然，Composer支持的3D文件格式不仅仅限于SolidWorks，还支持CATIA、Pro/E、UG、IGES和STEP等常用3D图形格式。设计方案如下：首先利用三维建模软件Solid-Works建立CK0632数控车床的三维模型，然后将建立的三维模型导入Composer平台，根据数控车床拆装实训要求进行功能设计和人机界面设计，利用Composer的虚拟装配、动画仿真、视角导览和强大的digger功能进行机床的结构展示，全方位、多角度地呈现机床拆装训练及其内部结构特写等教学内容。系统功能设计方案如图1所示，在数控车床虚拟辅助教学系统下，每位学员都可以对机床进行虚拟拆装，查看重要零件关键结构特征。而鼠标操作、系列3D画面以及动画交互等功能增强了教学内容的趣味性和主动性，从而提高了学习效果。

2虚拟仿真教学系统应用

通过Solidworks创建的CK0632数控车床三维实体模型如图2所示。将其导入Composer平台，通过该平台的功能设置、截面剖视图、局部透明度、视频动画等功能可以清晰地了解CK0632机床的装配关系及工作原理。结合CK0632数控车床的拆装作业指导书，学生可以在3D模型的虚拟环境中进行拆装训练，从而对数控车床内部结构及拆装流程有更深刻的认识，最终达到较高的学习效率和较好的学习效果。如CK0632数控车床主要零部件拆解如图3所示，其主要由车床底座、床身、转塔刀架、主轴箱、大拖板、小拖板、Z轴驱动部件、X轴驱动部件和尾座等几部分组成。Composer的digger功能可以轻松展示CK0632数控车床内部结构特征：通过洋葱皮功能，剖切设置和焦点特写等操作，可以获取机床结构的任何细节信息。数控车床虚拟拆装系统主要分为结构原理、功能操作和拆装训练等三个模块，系统首页如图4所示。一级面板有三个，分别是结构原理、功能操作、拆装训练。其中结构原理主要包括主轴、转塔刀架、防护罩、X轴驱动部件、Z轴驱动部件、尾座、床身和底座等部件的结构展示；功能操作主要用于控制数控机床前后左右移动以及主轴的正反转等；拆装训练下面有三个模块：X轴拆装、Z轴拆装和尾座拆装。点击“功能操作”面板，进入功能操作二级页面，如图5所示，图标为返回首页按键，右上角的上、下、左、右箭头分别是X轴负、X轴正、Z轴负和Z轴正的操作按键，右下角的旋转图标则为主轴正转和主轴反转按键。如点击“X轴负”，则进入X轴移动页面，播放X轴移动效果。

3结论

（1）基于Composer平台创建的虚拟仿真教学系统让操作者通过鼠标、键盘即可控制机床的移动与操作，自主选择装配顺序和路径，了解数控机床的结构原理，完成操作训练工作，很好地弥补了传统实践教学的诸多缺点与不足。（2）Composer可以快速轻松地创建爆炸视图、特写焦点、互动动画、技术插图、高分辨率图像、零件清单和交互式物料清单等文件，故该技术方案不仅仅适用于学校的拆装实训教学环节，在企业的产品开发、效果展示和技术培训中都具有广泛的应用前景。

作者：张伟雄 成玲 张文福 单位：江门职业技术学院