试论虚拟模型在装配图教学中的应用

摘要：装配图是生产中重要的技术文件，本文采用UG NX软件，以千斤顶为例详细说明实体建模、装配图模型建立以及动画模拟的制作过程。采用UG NX软件可以提高教学效率，增加学生的学习兴趣和学习积极性，并为后续CAD相关课程提供基础。

关键词：UG；NX；装配图；动画模拟；千斤顶

中图分类号：G718.5 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）01-0202-02

一、引言

装配图的作用是显示机器或者零部件的形状、结构、之间的装配关系原理以及对技术的要求，它不仅是生产过程中的重要技术文件，还是安装、调试、操作、检修机器和部件的重要依据。

UG是由美国Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，UG覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，并且广泛地运用在汽车、航天、模具加工及设计和医疗器械行业等方面。在UG NX8.5装配模块中可以模拟真实的装配操作，并可创建装配工程图，通过装配图来了解机器的工作原理和构造[1，2]。

本文以装配图教学中的典型例子千斤顶为例[3，4]，详细说明采用UG NX软件建立虚拟模型，以及虚拟模型在装配图教学中的应用。

二、千斤顶的实体建模

由千斤顶的装配示意图（图1），可知千斤顶是由7个零件组成的，其中2个标准件。当转动直杆3时，螺杆6随之转动，由于螺纹作用，因螺套5与底座7固定在一起，故螺杆6上下移动，通过顶帽1将重物顶起或落下。紧定螺钉2将螺母与螺杆连接在一起。紧定螺钉4将螺套与底座连接在一起。

首先应用UG NX的建模模块，建立5个零件图。利用UG软件的建模模块能够方便、快捷地创建任何复杂形状的三维实体模型。建模模块是新的产品造型模块，它能够提供实体建模等先进的造型以及辅助功能。实体工具可以利用各种特征视图、线框架构等功能。自由曲面工具是架构在融合了实体建模及曲面建模技术基础之上的超级设计工具，能设计出如工业造型设计产品的复杂曲面外形。

三、千斤顶的虚拟装配

UG NX装配建模模块提供自顶而下和自底而上的产品的开发方法，对零件的链接映像是由生成的零件装配数据来显示，可对装配模型进行间隙分析、质量管理等操作，保证装配模型和零件设计完全关联。并改进了软件操作性能，减少了对存储空间的需求。此外为查看装配体中各部件之间的装配关系，可建立爆炸视图，并将爆炸试图引入装配工程图中。同时，在装配工程图中可自动产生装配明细表，并能对轴测图进行局部剖切。

通过UG软件的装配模块，使用自底而上的方式，装配部分零部件，得到所需装配体。对于标准件，这里应用UG中的重用库，使用重用库导航器以访问可重用对象，并将其插入模型中。其中，重用库导航器是一个NX资源工具，类似于装配导航器或部件导航器，以分层树结构显示可重用对象。我们可以从可重用库导航器中访问NX机械零件库部件。这里的机械零件库包含大量高质量的最新行业标准部件，可支持所有主要标准-ANSI英制、ANSI公制、DIN、UNI、JIS、GB和GOST。这些部件均为知识型部件族和模板。建成的装配图如图2所示。

四、千斤顶的动画模拟仿真

利用UG的装配模块，对千斤顶装配体建立爆炸视图，拆分各组成零部件，详细显示装配体的装配构成关系。通过模块模拟创建动画形式的零件的拆卸过程以及零件的安装过程，得到最后的模拟仿真，以使得整个过程形象化和感官化。其中完成的千斤顶装配动画如图3所示。

五、虚拟模型在装配图教学中的应用

将虚拟模型应用到装配图的教学中，使传统教学得到了一定程度上的改善。

1.在传统的装配图教学中，通常使用的都是静态图形，学生难以想象实物，运用UG软件，通过UG对三维图绘制的强大的图形处理能力和高级的智能化、直观形象的交互界面，从而对三维虚拟模型进行直接的动态观察，建立空间形体的整体概念。

2.在传统的装配图教学中，不管是由零件图画装配图，还是装配图拆画零件图，对学生的识图都有较高的要求，利用动画模拟，让学生直观清晰的了解装配体的结构特征，配合上动画形式，以让学生加深整体装配印象，而且，也会将零部件的装配简单化。

3.在传统的装配图教学中，由于学生在零部件识读上的限制，会极大地影响学生学习的积极性。而应用虚拟模型后，提高了学生的空间想象能力，使零部件的识读变得简单，学习变得轻松，增加了学生的学习积极性和学习兴趣。同时，对虚拟模型的建立产生相当大的兴趣，增加学习软件操作的欲望和兴趣，后续CAD相关的课程打下一定的基础。

六、总结

1.在装配图教学中采用UG NX软件，提高了学生的空间想象力，解决了教学中的重点和难点问题，提高了授课效率。

2.模型的建立可以更好地培养学生的观察能力、空间想象能力、空间思维能力以及工程意识，增加学生的学习兴趣和学习积极性。

3.通过UG NX软件的应用，让学生较早的认识大型机械制图软件，加深对计算机制图软件的认识，为后续CAD相关的课程打下一定的基础。

参考文献：

[1]钟睦，李红术，陈志民.UG NX8.5课堂实录[M].北京：清华大学出版社，2014.

[2]王成刚，赵奇平，游险峰.对虚拟模型尺寸测量方法的探索[J].图学学报，2014，（35）：290-295.

[3]钱克强.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4]安增桂.机械制图习题集[M].北京：中国铁道出版社，2011.