机械制造工艺过程三维建模与动画仿真

1、第18卷第3期2004年9月上海工程技术大学学报文章编号:1009444X(2004)03019904机械制造工艺过程三维建模与动画仿真华以苏,陈敏(上海工程技术大学机械工程学院,上海200336)摘要:介绍了用SolidWorks三维建模,用3DSMAX动画仿真多媒体CAI课件的方法。关键词:3DSMAX;S;:MethodofThree2DimensionalModelingandAnimationHUAYi2su,CHENMin(CollegeofMechanicalEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai20

2、0336,China)Abstract:Themethodofthree2dimensionalmodelingwithSolidWorksisrecommended,makingtheanimationwith3DSMAXandcombiningbothofthemtodevelop“mechanicalmanufacturingengineeringthree2dimensionalanimationemulationmultimediaCAIcourseware”.Keywords:3DSMAX;SolidWorks;three2dimensionalmodeling;three2dim

3、ensionalanimationSolidWorks一贯倡导三维CAD软件的易用性、高效性和功能的强大性。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,设计过程最简便、最方便的莫过于SolidWorks了。就像美国著名咨询公司Daratech所评论的那样“:在基于Windows平台的三维CAD软件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市场快速增长的领导者。”SolidWorks相比其他建模软件如AuToCAD,UG,3DSMAX等具有操作界面简单、生动、直观,操作方便,建模功能强大、具有参数化设计功能等特点。与AuToCAD,3DSMAX相比,SolidWorks的建模要简单容易,3DSMA

4、X无法进行智能建模,而SolidWorks却可以做到。3DStudioMAX是Autodesk公司享誉世界的一款功能强大的三维动画软件,用户可以方便地使用该软件创作出各种逼真的三维模型和三维视频效果,可以渲染成为照片级质量的完美的作品。它与收稿日期:20040224基金项目:上海市普通高等学校课程建设项目作者简介:华以苏(1961-),女,苏州人,工程师,研究方向为机械制造工艺,互换性与技术测量.MAYA等同类的动画设计软件相比有许多独特的特点:更为便利的动画制作,更为简洁的材质动画,丰富方便的造型功能和制作特技动画的功能。它始终以无与伦比的强大实力占据着市场的主导地位,这与它独特而方便的操作

5、界面和强大的功能设置分不开的。Authorware是一种基于图标和流线的交互式应用程序制作软件,其独特之处在于,提供了多种交互式创作的功能,编辑方便,文字处理多样化,强大的图象处理功能,丰富的变量和函数,大量的库和模板,跨平台的体系结构,高效的多媒体集成环境和标准的应用程序接口,强大的数据处理能力以及动态链接和模块化功能。本课题用SolidWorks三维建模,用3DSMAX制作动画,用Authorware综合制成机械制造工艺三维动画仿真多媒体CAI课件。该课件对零件的机械制造工艺过程可呈现图形、语言解说、动态仿真等过程。200上海工程技术大学学报第18卷1制作实例1.1组合铣刀的建模组合铣刀建

6、模的关键在于每把铣刀的建模。参考刀具设计手册,建模步骤如下:(1)先建模盘铣刀的基体,如图1。(2)在盘铣刀的基体上建模刀齿,选择盘铣刀的一端面作为草图绘制基准面,绘制刀齿的剖面形状,注意刀齿的前角与后角,12,如图2。(3)33majorflankofcutter,如图3进行旋转,旋转的角度即,从而形成副后刀面如图4。用同样为副偏角k的方法对刀齿的另一端面进行旋转,以形成另一副后刀面如图5。为了形成侧刃,必须对刀齿两侧进图4副后刀面(a)Fig.4Minorflankofcutter图1铣刀的基体Fig.1Basebodyofthemillingcutter图5副后刀面(b)Fig.5Min

7、orflankofcutter图2刀齿的剖面形状Fig.2Sectionalformofmillingcuttertooth图6阵列Fig.6Array行拔模,至此一个刀齿便建成了。其余的刀齿只需圆周阵列即可,如图6、图7所示。组合铣刀的各部件建模完毕后,即可进行装配。装配后的组合铣刀如图8所示。1.2轴端铣方头轴端铣方头夹具,如图12采用平行对向式多位联动夹紧机构,旋紧夹紧螺母1,通过球面垫圈及压板2将工件压向V形定位块中定心并夹紧。4把铣刀同时加工,铣完两侧面后,取下锲块3,将回转座4转过90,再用锲块3将回转座定位并夹第3期华以苏,等:机械制造工艺过程三维建模与动画仿真20110图7单把

8、铣刀Fig.7Singlemilling图11待加工的零件Fig.11Parttobeprocessed图8组合铣刀Fig.8Combinedmillingcutter紧,即可铣工件的另两侧面。这样在一次安装中完成二个工位的加工任务。这些动作在3DSMAX中用设置关键帧的方法即可实现。工件外圆的铣削使用的是布尔运算的相减功能,可将Operation选择框中选中项改为SubtractionA-B。在进行布尔运算的同时,还要设定布尔运算的开始时间和结束时间,以配合刀具的进给,构成刀具切削工件的动画视觉效果。具体制作如下:(1)在SOLIDWORKS中把待切除部分(图9)与已加工的零件(图10)装配

9、好,如图11所示。用文件格式(.STL)保存好,在3DMAX中用Import导入,以保证装配体的几何关系不变。(2)做4块与待切除部分形状相同的遮盖体,将待切除部分设定为布尔运算的A物体,遮盖体设定为B物体。具体操作过程:选择一块遮盖体,按下Animation按扭,保持遮盖体与铣刀运动一致,在铣削起始点与终止点自动设置了位置关键图12铣方头夹具Fig.12Thejigformillingthesquarehead帧,并在铣削终止点处进行布尔运算。1.3切屑的制作切屑的制作使用3DSMAX中的粒子系统。由于被加工的凸头连杆是铸件,其铁屑是崩碎状如图14,故采用ParticleSystem,在粒子

10、形状上选择块状。由于整个部件比较大,使用默认的粒子大小在渲染后变成点状很难看清,因此需要修改粒子大小,粒子的大小需要和工件的大小相配,后面其他动画也多次用到粒子系统,大小每次都要重新设置。在粒子系统的面版中,粒子喷洒时间系统默认在030帧,因此需要根据动画的要求重新设置。下面以图13为例详述参数的设置过程。(1)移动参数展卷,点下ParticleGeneration按图9待切除部分Fig.9Theparttobecutoff钮,以打开粒子发射参数展卷。202上海工程技术大学学报第18卷(2)在粒子数量(ParticleQuantity)里选择UseRate选项,它表示采用每一帧产生多少个粒子的

11、方式。(3)将它下面的数值设置为20000,这样每一帧产生20000个粒子。(4)移动时间滑块,观察视图区粒子数量的变化。(5)在粒子动画参数(ParticleMotion)区域里设置运动速度Speed为10。在(ParticleSize)区域内设置Size为2。(6)移动时间滑块或播放动画,可以看到粒子的大小和运动速度都比较适中,粒子的分布效果也不错。(7)(Particle时间Emit,Life30。(8)在ViewportDisplay区域内选择所需要的粒子类型,如果还要对粒子发射的区域范围作修改的话,可通过在DisplayparameterpanelIcon内的Width和Length选项进行重新设定。最后选中EmitterHidden选框,将粒子发射器隐藏。2结语SolidWorks与3DSMAX的完美结合,以及3DSMAX强大的三维动画功能和众多精彩绝伦的特效,使得非专业人员也可创作出专业水准的三维动画。从创作过程可看出,3DSMAX在创作机械制造工艺三维动画仿真多媒体CAI课件中显示出突出的作用。它将那些用语言文字难于表达的内图13粒子系统参数面板Fig.13Particlesystematicparameterspanel容,通过动画形象化地表现出来,使学生顺利地突破难点,产生极佳的教学效果。对教学改革起到良好的促进作用。参考文献:1郭启全,李燕.多媒体C