摘 要: 為（wéi）了加強學生在加工中心拆（chāi）裝教學實踐課程中對加工中心結構以及工（gōng）作（zuò）原理的認識理解，在虛擬現實技術的基礎上開發（fā）出了基於 VR － Platform 的加工中心虛擬拆裝教學係統（tǒng）。該係統在拆裝實踐課程中的使用，有效地提升了教學效（xiào）率和效果，降低了設備維護成本，加強了（le）學（xué）生對加工中心（xīn）結構原理的認識，為機械（xiè）設備的拆裝實踐課程提供了一條可以參考的方法。
 
        關鍵詞: 加工中心 教（jiāo）學係統 虛擬拆裝 VRP
 
        0 引言
   
        機械專業的（de）學生必（bì）須掌握機床拆裝相關的知識和技能。傳統教學方法通過播放視頻、掛圖解（jiě）說等方式（shì），讓學生對各（gè）種機（jī）床（chuáng）的結構組成、工作原理有基（jī）本的認識; 然後（hòu）教師再帶領學生進行（háng）現場教學，通常先將機床拆（chāi）解、分成各組（zǔ）零部件（jiàn）進（jìn）行講解，再（zài）進行裝配，重複演示多次後，才能夠讓學生進行拆卸（xiè）、安裝練習［1］。但是這些教學方法在實際（jì）教學（xué）中存在有（yǒu）如下問題: 1) 為了讓（ràng）學（xué）生熟悉拆裝的操作過程（chéng），教師需要（yào）進行多次拆裝，延長（zhǎng）了教學時間; 2) 機電專業學生（shēng）較多，而（ér）結構完（wán）整的機（jī）床實物資源相對較（jiào）少，學生必須（xū）進行分組練習，降（jiàng）低了教學效率; 3) 學生由於理論知（zhī）識不（bú）足，不能牢記拆裝方法和步驟，導致機床零部（bù）件損壞，不但增加（jiā）了教學成本，也存在安全隱患［2］。為了解決上（shàng）述（shù）問題（tí）我們開發了虛擬拆裝教學係統，並對其可行性（xìng）進行了分析。
 
       1 、加工（gōng）中心虛擬拆裝係統介紹
   
      加工中心虛擬拆裝係統麵對（duì）的是對加工中心結構以及（jí）工作原（yuán）理不是（shì）特別熟悉的參加實踐課程的高（gāo）校學生，使用此係統的意義和目的在於讓學生更生動（dòng）形象地了（le）解加工中（zhōng）心的（de）結構原理（lǐ）、各（gè）種零部件、所選用的（de）材料、拆裝涉及到的工藝知識、故障的（de）判斷以及正確的拆裝方法。
 
      本係（xì） 統 使 用 SolidWorks 進 行 建 模，采 用 3DSMax 對模型進行材質管理、紋理烘倍和動畫（huà）製作等，鑒於（yú）軟件（jiàn）的易用性和便於技（jì）術普及，使用（yòng） VR － Platform作為虛擬拆裝（zhuāng）係統的開發工具［3 － 4］。本係統主（zhǔ）要具有四大功能（néng）模塊: 結構展示、虛擬拆裝、動畫演示、文檔調用。
 
      ( 1) 結構展示
 
      進（jìn）入教學係統後，用戶麵前（qián）呈現機床的整體外（wài）觀結構。並且通過鼠標（biāo）點（diǎn）擊該工作係統結構組名稱
 
     中心的四大主體部分工作（zuò）台、主軸箱、立柱以及刀庫，分別點擊（jī）將進入各部分的結構展示模塊（kuài）。可以通過（guò）透明度以及顯隱藏來設置零部件的顯示狀態，方便觀察各零（líng）部件之間的（de）配合以及位置關係。圖 1是刀庫結構展示（shì）界麵，界麵上有 5 個按鈕，其中“顯示隱藏”、“透明度”屬於對模型進行操作，點擊相應按鈕，即可顯示工作係具體結構組的名稱按鈕。當點擊“顯示隱藏”時，結構組分類（lèi）菜（cài）單就會顯示出來，刀庫分為三大結構組，點擊按鈕顯示（shì）結（jié）構組整體結構，點擊下拉選擇框顯示結構組中的（de）具體零件。
  
     

  
  
      
   
      如圖 2 有 些（xiē） 結 構（gòu）組下（xià）拉選擇框（kuàng）零 件 可能（néng）較多，需要下拉顯示所有零件名稱，既可以拖動滾動條，也可（kě）以點（diǎn）擊滾動條上下的箭頭，進行滾動選擇。當點擊“透明度”時，“顯示隱藏”下的結構組按鈕就會消失，相應的“透（tòu）明度”底下的按鈕就會顯示。除了“顯示隱藏”“透（tòu）明度”控製，有時候為了看（kàn）清零件結構或者在結構組中的相對位置，需要進（jìn）行“旋轉平移”“放大縮小”操作。操作方法見（jiàn）界麵底部。
 
      ( 2) 虛擬拆裝
 
      虛擬拆（chāi）裝模塊將模擬現實中的加工中心拆（chāi）裝環境，分為裝配與拆卸兩個功能。學生首（shǒu）先按係統提供的指導文件進行試拆裝（zhuāng），針對試拆裝中出現的問題不斷地（dì）改進（jìn）重新（xīn）進行拆裝練習，直至能夠快速準確的（de）正確拆裝加工中心。經過虛擬的拆裝試驗過後，就 可 以 進 行實地的加工中心拆裝 操 作。圖 3是加工中心工作台的虛擬拆裝界麵。
  
     
  
      3 ) 動 畫 演（yǎn）示
 
     動畫演示功能（néng）模塊能夠向學生提供正確的可供參考的加工中心（xīn）拆卸演示。在觀看拆裝動畫的過程中學生能（néng）夠了解到正確拆裝路徑以及拆裝順序的選擇，同時還可以盡量避免在虛擬拆裝中（zhōng）出現幹涉碰撞等現象，有效地提高了虛擬拆裝的（de）效率。以（yǐ）刀庫的（de）動（dòng）畫演示過程為例，點擊“拖動播放（fàng）動畫”，動畫播放控製條就會顯示出來，拖動滑塊即可（kě）控製（zhì）結構
組分（fèn）離動（dòng）畫。學生可以（yǐ）通過來回（huí）拖動滑塊來仔細觀察零部件之間（jiān）的裝配（pèi）順序及零部（bù）件之間的配合關係，直至徹底理解裝配的順（shùn）序以及（jí）裝（zhuāng）配關係。注意，再次進行“顯示隱藏”“透明度”控製時，需要把滑塊拖回最左端，不然結構組（zǔ）零件會（huì）一直處（chù）於分離狀態。
 
     ( 4) 說明（míng）文檔
 
     說明文檔調用功能則包含了加工中心在拆卸過程中涉及到（dào）的各種工藝文件，包括了各種零部件的三維以模型及二維圖紙的顯示，裝配路徑順序的選擇（zé）方法，避（bì）免幹（gàn）涉碰撞的指導文件等。以刀（dāo）庫文檔的調用為例，點擊圖 4 中的說明文檔按鈕，係統將會（huì）自動打（dǎ）開 Word 格式的刀（dāo）庫文檔（dàng）信（xìn）息文件，部分內容如圖 5。同（tóng）時說明文檔的（de）內（nèi）容可以不斷的修改更新，學生（shēng）可以將自己的理解添加到說明文檔中以豐富更新說明文檔的內容，但是更新的（de）內容（róng）隻能本地文件中，供自己參（cān）閱，不能上傳到網絡庫中。
  
    
  
      2 、加工中（zhōng）心（xīn）虛擬拆裝係統在教學中的應用
 
      加工中心虛擬拆裝係統在教學（xué）實踐課（kè）程中的應用主要過程如下:
 
      1) 課前知識（shí）預習（xí）。在正式進行拆裝試驗課程之前，實驗老師需將課程中涉及到的關於加工中心的各方麵的知識編輯成電子（zǐ）文檔（dàng）發送給（gěi）參與課程實踐（jiàn）的學生進行（háng）預習，以便提（tí）高上課時的效（xiào）率。
 
      2) 課程內容（róng）講解（jiě）。對課程中涉（shè）及到的知識點進行詳細講解，重點介紹加工中心拆裝的（de）拆裝順序與路徑的選（xuǎn）擇原理，拆裝中怎麽樣避免出（chū）現零部件之（zhī）間的幹涉問題，拆裝注意事項以及安（ān）全操作守則等。
 
     3) 虛擬裝配（pèi）係統介紹與演示。詳細介紹加工中心虛擬裝配係統的各個功（gōng）能模塊，並進行加工中心的虛擬拆卸過程教學演示，便於學生更快的掌握以及使用本係統，提高教學效果。圖 6 為加工中心（xīn）虛擬拆裝係統界麵。
 
     4) 虛擬拆裝。讓學生自己動手（shǒu）操作加工中心虛擬拆裝係統，通過各個模塊的（de）功能仔細觀（guān）察了解加工中心的機構以（yǐ）及（jí）原理，同時進行（háng）加工中心（xīn）的虛（xū）擬裝配與拆卸，為之後的實地拆（chāi）裝做好準備。圖 7 為加工（gōng）中（zhōng）心主軸箱結構演示界麵。
  
     
  
     5) 實體拆裝（zhuāng）。在進行了多次的虛擬拆裝後（hòu），總（zǒng）結虛擬拆裝中出現的問題，對加工中心實體進行拆（chāi）裝，將課程中學習（xí）到的理論知識與（yǔ）實訓課中的實踐（jiàn）進（jìn）行結合，更加清楚的了解了加工（gōng）中心的結構與工作原（yuán）理，同時對其他（tā）機（jī）電設備的拆卸提供了參考（kǎo）價道。
 
     3 、加工中心（xīn）虛擬拆裝係統的意義與（yǔ）價值
 
     各大高校的機械專業都（dōu）設置有機械設備的（de）拆（chāi）裝實訓教學課程，為了將課本中的理論知識與實踐相（xiàng）結合（hé），取得更（gèng）好的教學效果，必須改（gǎi）善傳統的教學過程，提高教學效率［5］。加工（gōng）中心虛擬拆裝係統的意（yì）義與價值體現在（zài）如下方麵:
 
     1) 在各個學校的辦（bàn）學條件不同，場地和設備的狀況也（yě）各不相同的情（qíng）況下，加工中心虛擬拆裝係統可以減少對場地和設備的需求，降低教學成本。
     2) 學生可以通過反複（fù）地（dì）虛擬拆裝演練，不斷地改進拆裝步驟，提高拆（chāi）裝效率，減少在實際拆裝操作過程無效步驟與嚐試，降低（dī）拆（chāi）裝的難易程度，避免出現危險情況。
     3) 虛擬拆裝係統的發布形式（shì）多樣化，可以（yǐ）單機運行（háng），也（yě）可以在網頁上通過插件運行，極大的降低了使（shǐ）用條件的限（xiàn）製，方（fāng）便了學生的自學（xué）。
   
     4 、結語
   
    加（jiā）工中心虛擬拆裝係統對於傳統教（jiāo）學方式存在（zài）的問題提供了解決（jué）的方（fāng）法和途徑，虛擬現實技術與傳統教學方式相結合（hé）的方式對教學效率（lǜ）有極大了的提升，加工中心虛擬拆裝係統的開發對機械設備課程實踐（jiàn）教學方法的改進與創新提供了可供參考的方（fāng）向。