基于SolidWorks的数控母线折弯机动画仿真

    SolidWorks是一款高效的参数化三维设计软件，该软件采用自顶向下的设计方法，可以十分方便的实现复杂三维零件的建模、装配以及工程图的生成。另外，SolidWorks本身集成的Animator插件可以实现机构的运动仿真和动画制作，在模拟时是依据刚性物体来计算的，因此，用常规方法就不能做出柔性物体的变形动画，像物体的弯曲变形；但是SolidWorks具备了VBA接口，建立一个VBA程序实现对零件的重建，且将重建过程用屏幕捕捉功能录制成AVI视频格式，然后用Ulead GIF Animator制成一个动画文件。该动画可以作为数控系统界面的使用说明，尤其是二次折弯时，母线的放置在用语言不好表达时，动画则使得用户更好的理解操作过程。

    母线指用高导电率的铜、铝质材料制成的，用以传输电能，具有汇集和分配电力的产品。数控母线折弯机就是针对母线进行折弯的专用机床。数控母线折弯机的三维简易原理如图1所示，其中凸模固定，凹模由液压缸推动，当液压缸伸出时推动母线靠近凸模，母线开始弯曲时，两个半角开始旋转，折弯到要求角度后，液压缸带动凹模退回。若二次折弯要求母线成“z”字形，则应该像图2放置母线。

    图1 数控母线折弯机工作原理

    1 三维模型建立及干涉检查

    对于图1中的凸模、凹模和半角零件主要采用拉伸和切除来建模。但对于母线的模型则按钣金件建模，即生成一个矩形草图后，选择钣金中基体法兰命令生成一个钣金零件，然后给基体法兰的两面折弯的位置分别建立两个“绘制的折弯”特征，角度为0.1度，弯曲半径为凸模半径，这里输入9mm。如图3所示。

    图2 二次折弯母线放置

    图3 母线模型

    在装配文件中按图1所示关系将单个零件进行装配，其中凸模固定不动，凹模和两个半角为同轴配合，母线折弯处的两个背面分别和两个半角平面重合，另外，选择凸模的中间对称平面和凸模的对称平面重合，凸模的对称平面和母线的折弯线草图重合。这些配合便于后面动画的制作，且利用干涉检查功能可以发现零部件设计之初存在的问题，如母线折弯后是否会碰到凹模等。

　 2 动画仿真制作

    为了使母线折弯过程更接近于实际，可以将折弯处的边线不显示，具体做法是右键装配体选择文档属性，将系统选项中显示/选择的零件/装配体上切边显示选为移除，效果如图1所示。

    2.1 移动动画

    为凹模添加线性马达，使凹摸移向凸模，并定义凸模和母线为接触，选择基本运动，计算运动算例，保存动画为折弯1，效果如图4。

    图4 移动动画

    2.2 压弯动画

    (1)模型配合修改。在做压弯动面之前，需将凸模的对称平面和母线的折弯线草图重合的配合压缩，添加一个凸模圆弧面和母线折弯背面的小圆弧面同心配合。

    (2)添加数学关系。单击菜单[工具]进项选择[方程式(E)]，弹出方程式对话框，选择舔加，用鼠标选择折弯1处的数值，在关系式中添加如下方程式：

    “D4@草图折弯1@母线钣金1.Pan”=“D4@草图折弯1@母线钣金1.Pan”+1

    即每次重建时，折弯的度数比原来增加1度，单击两次确定按钮后退出方程式对话框。

    (3)打丌录制视频。适当调整SolidWorks工作区的大小，选择录制视频，在弹出的将荧屏捕捉记录到文件对话框中输入文件名为折弯2，其它选项为系统默认，此时屏幕上任何对视图的操作都会录制到AVI文件中。

    (4)运行VBA程序。单击菜单栏[工具]，选择[宏]下的[新建]弹出VBA编辑对话框，输入下列代码：

    代码输入完毕后保存，回到SolidWorks界面，调整工作区的大小，运行该宏程序，在弹出重建宏对话框输入想要折弯的度数，缺省值为30度，单击确定后，可以看到随着每次重建，母线的弯曲度数都会变化，重建完成后弹出“折弯完成”的提示框，点击确定后单击停止视频录制按钮。此时打开生成的AVI文件，即可看到母线折弯的过程。

　 2.3 凹模后退动画

    (1)模型配合修改。将母线折弯处的两个背面分别和两个半角平面重合的配合压缩。

    (2)凹模后退。为凹模添加线性马达，使凹模远离凸模，选择基本运动，计算运动算例，保存该动画为折弯3，效果如图5。

    图5 模后退动画

    2.4 母线翻转移动动画

    (1)将母线翻转后按初始状态放置母线，相关配合与初始建模丰相同，如图2所示。

    (2)移动动画。做法同2.1，保存该动画为折弯4。

    2.5 二次折弯动画

    仿2.2步进行配合修改，添加折弯2处的数学关系，录制视频，保存为折弯5，运行前面的宏程序，折弯完成，停止视频录制，得到二次折弯的动画。

    2.6 二次折弯后退动画

    仿2.3进行配合修改，添加线性马达，使凹模远离凸模，保存该动画为折弯6。

    3 动面合成

    为了制作一个完整的二次折弯过程仿真动画，将上述的六个阶段的动画文件一起导入视频处理软件Windows Movie Maker中制成一个动画文件，或者使用Ulead GIF Animator软件可将AVI文件通过调整图像大小和画布大小使六个动画的图像显示为同样大小，且可去掉多余的空白部分，以美化六个动画文件且使他们之间的衔接显得流畅，通过添加图像命令将编辑好的六个uga格式文件合成为一动画文件，然后另存为GIF文件，而且还能将动画GIF图像优化，还可进行背景、视觉效果及添加注释等编辑工作。

　 4 动画在触摸屏中的应用

    该数控母线折弯机实物原理如图6所示，其控制系统采用台湾维纶MT6070T触摸屏作为人机信息交互的窗口，该触摸屏配套的专用编程开发软件为EasyBuilder8000，利用其调用图形库管理工具新增经合成的GIF图像，该动画文件大小在500KB左右，用Ulead GIF Animator软件还可以使图片“减肥”，以达到程序设计者的要求，救触摸屏的用户存储空间足以存放。用“图形元件”将图库中的GIF图像添加到界面中，经离线模拟效果如图7所示，可以看到母线折弯的过程。可见经处理后的动画在触摸屏中的应用是可行的，同时使数控系统界面变得更为丰富、美观和易读。

    图6 数控母线折弯机实物原理图

    图7 触摸屏中动画显示

    5 结论

    以数控母线折弯机为例，利用SolidWorks中运动仿真功能和VBA接口进行二次开发，可以制作刚性物体和柔性物体相结合的仿真动画过程，并将经过视频处理软件编辑后的动画应用在触摸屏界面设计中，可以使用户更容易理解操作过程，同时使数控系统界面的设计变得更为生动。将它应用于产品的开发之初，可以提高工作效率，缩短设计周期，降低产品开发费用，方便设计者和客户进行产品信息交流，使客户更容易了解产品工作原理和操作过程。

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