巧用虚拟模型,强化钳工实习教学

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

李澎涛

[摘 要] 目前、技校钳工实习教学中普遍存在教学方法传统单一,教学内容陈旧,导致学生学习兴趣不高,感觉长期的钳工实习枯燥无味。将虚拟模型与仿真技术应用于钳工实习教学,其实是多媒体化教学在实训课堂上的一种尝试。它可以帮助学生提高识图和空间想象能力,在此基础上提高对零件加工和装配工艺过程的感性认识,这样才能在维修、制造和装配中做到熟悉工序、精细操作。本文对钳工实习教学虚拟模型的建立、作用和应用方法做了简单探讨。

[关键词] 钳工实习虚拟模型仿真技术

1.虚拟模型的作用与教学优势

1.1模型在钳工实习中的作用

钳工实习是一门系统性较强,操作要求精细严密的专业实习课,它要求学生先要有一定的空间想象能力和识图能力。而对于技校学生来说,这两种能力相当缺乏,因此,实习时难度很大,并随知识的不断深入越来越感到力不从心,为了促进两种能力并得以提高,在教学过程中大量使用多媒体教学模型,则可以帮助学生形象地理解实习内容,增加学生的感性认识,最终实际操作能力的培养。

1.2传统实习教学设备的缺点和应用局限

传统钳工实习中,教师先在黑板上画出要锉配的零件图,再指导学生按照图纸要求加工工件。或者是先带学生熟悉相关装配图,再按照图纸要求进行组件装配、部件装配和总装配。

这种教学方式存在一定的局限性:

(1)图纸无法形象、直观和逼真的反映零件外形特点、装配体的装配过程。

(2)实习课题和所用实习设备、工具有限,实习内容难以随时更新,不能满足科技时代不断进步的需要。

(3)对于一些大型的零件和装配体来说,由于没有相关设备而不可能在课堂上进行操作演示。

1.3虚拟模型在钳工实习教学中的优势

1.3.1取代传统的教学方式

钳工实习虚拟模型库,可以利用光盘、移动硬盘来存储数量众多的零件和装配体虚拟模型(工件的效果图、装配动画、操作视频等)。

利用先进的三维CAD技术创建的计算机模型不仅精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富,还能将复杂形体的外型与内腔、相贯体中相贯线的变化趋势、装配体中零件之间的连接关系充分地展示出来,加上动画效果,使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象。利用计算机软件还可以方便地进行教学模型修改与新建,这样不仅能够及时补充符合新教学内容的模型,还可以针对不同的教学对象、教学要求调整现有的模型,充分满足了教学中对模型种类及数量的需要,达到降低教学成本,提高教学质量的目的。AutoCAD、3DMAX 等计算机辅助设计软件的使用,可以把三维模型进行分解和“解剖”,这也是传统的挂图、模型、实物等直观教具所不能达到的,这些三维模型的建立,使学生对三维空间的认知更加直观。

1.3.2学生课余学习的助学型课件

一个班级的学生进行统一实习,由于学习基础的差异,对于程度低一些的学生,如果课后不及时强化练习,他们一旦无法战胜实践中的困难,便退缩或放弃学习,并失去了对钳工实习的兴趣。另一方面,在钳工实习过程中,识读、分析、比较典型机械图样,对学生提高读图能力、开阔视野、积累经验、提高对机械零件加工和装配过程的表达能力都有一定的帮助。钳工实习虚拟模型库可以帮助学生理解学习中的难点、重点,充分体现以学生为主体的教学观念,学生还可以根据自己的学习方式和学习能力,进行自主性学习。

钳工实习虚拟模型库可以载入网络,不受时空限制在网上进行传输。当学生在课后练习中遇到困难,可以通过校园网进入模型库主页,在库中找到所需要的模型,进行仔细观察,增强对实物的感官认识,辅助完成课后练习。另外,计算机模型库中收集了大量典型零、部件的三维模型与二维工程视图,采用了不同的表达方法,学生可以通过与自己所绘图形对比,来检验自己的读图能力和对机件的表达能力。计算机模型库可以改变传统教学的单调模式,有助于学生从被动学习变为主动学习,从而提高学习效率。

1.3.3作为实践性教学的素材库

为了使机械类专业的学生毕业后在生产第一线能胜任实际工作,必须在学校学习过程中加强实践能力的培养,实践性教学的目的就是使学生能够综合地应用所学的知识解决实际问题。而虚拟模型库中的模型不仅仅在学生学习过程中发挥了作用,在他们以后的工作中也常能用得上。

2.虚拟模型库的内容与创建

2.1钳工实习虚拟模型库的内容

虚拟模型库实际上是对实物及实物的加工、装配过程进行计算机虚化处理,利用计算机软件及多媒体技术制作形象逼真的虚拟实体模型,取代传统实物的制作、装配和维修。作者制作的简单虚拟模型库主要包括以下三个部分:三维模型库,二维视图表达库,动画模拟仿真库(如表所示)。三个部分相互关联、相互转换、一一对应。

利用三维模型可以自动生成精确的二维工程图,包括基本视图,剖视图及其轴测图。在二维视图中还可以显示出尺寸和技术要求注释,二维图样和三维模型之间存在着相互关联功能。在绘制中更改三维模型或二维视图的尺寸,三维实体和二维视图会自动更新。这样在讲解中不断充实学生的二维和三维之间转换的思维训练,学生的空间构思能力有明显提高。

在装配体教学中,用动画仿真库进行三维装配干涉检查、装配动画设置,让学生对各种零件的装配关系及相互连接、运动情况有直观的感受,对装配图的结构、作用有深刻的理解。

2.2创建虚拟模型库所用软件

可用于创建虚拟模型库素材的软件有AutoCAD,CAXA,Solid3000、3DMAX等等。

首先是二维绘图软件,包括我们常用的AutoCAD以及CAXA电子图板。如国产的CAXA实体设计软件,它能逼真地虚拟现实模型,以立体的、有光的、有色的生动画面表达设计的零件、部件等,拖放式的三维造型,灵活、简单且有趣。一方面提高了教与学的效率;另一方面使学生在学习阶段就能不断了解新技术,激发学习兴趣,培养空间思维、创新思维能力,也为其将来走向工作岗位打下良好的学习基础。

其次是三维绘图软件,包括Solid3000、3DMAX。前者是三维模型库、动画库和二维视图表达库的制作平台,也是国内唯一本地化、标准化的三维CAD软件。而利用3DMAX软件能够方便将由Solid3000制作的零件和装配体,制成引人入胜的FLISH动画文件,直观地展示装配体的工作方式以及装配体中零部件的装配关系,使学生仔细观察到装配体中零件之间的装配关系。

以上软件的实体造型技术和动画功能与其他多媒体制作软件结合起来用于工程制图的教学与辅导方面,目前是一种趋势。

3.虚拟模型库的应用示例——虚拟装配演示

虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性,真实地模拟产品三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维虚拟现实装配过程,以检验产品的可装配性,同时也是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程,是有效分析产品设计合理性的一种手段。包括装配工艺规划、装配可视化和仿真校验,确定产品装配过程中最优的装配、拆卸和重组顺序,校验和修改装配流程,进行装配可行性、可制造性、可维护性分析。

在钳工装配教学中,学校所拥有的实训设备如果非常有限,那么大量的装配练习就无法开展,没有实体的对照,老师讲得口干舌燥,学生还是不能理解。而利用虚拟模型库中三维与动画模拟仿真功能可更形象的开展装配教学。用虚拟零件进行模拟装配和实体干涉检查。它的设计功能、爆炸视图功能和运动仿真功能,使学生容易接受和掌握。

4.结束语

在钳工实习教学中运用虚拟模型,其实就是在传统的实习教学模式中引入虚拟和仿真技术模拟难以讲解的教学场景。在计算机上实现从工艺设计、零件加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。对于克服传统钳工实习教学弊端,激发学生兴趣有很大促进作用。

参考文献:

[1]马竞.虚拟制造技术研究概况综述[J].机械制造技术,2005,(10).

[2]胡建生,彭志强,张力.CAXA实体设计实用案例教程[M].化学工业出版社,2004,(1).

[3]刘振宇.虚拟现实环境下产品装配定位导航技术研究[J].中国机械工程,2007,(1).