3DSMAX在机械制造工艺三维动画仿真中的应用

上海工程技术大学学报

JOURNAL OF SHANGFIAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCE

Vol. 18 No.2

Jun. 2004

文章编号：1009 - 444X(2004)02 - 0148 - 04

3DSMAX在机械制造工艺三维动画 仿真中的应用

陈敏

(上海工程技术大学机械工程学院，上海数五字多换替)

摘要：三维仿真动画可以创造一个形象生动、引人入胜的教学环境,介绍用3DSMAX制作《机械 制造工艺三维动画仿真多媒体CA1课件》的方法与要点，以及三维仿真动画技术所具有的极其重 要的教学实用价值。

关键词：3DSMAX； SolidWoi-ks；三维建模；三维动画；CAI；多媒体 中图分类号：TP391.9；G434 文献标识码：B

ADDlication of 3DSMAX to Mechanical Manufacturina Engineering Three-dimensional

Animation Emulation

CHEN Min

(College of Mechanical Engineering. Shan^iai University of Engineering Science. Slianghai 数五字多换替 China)

Abstract： Three-dimensional emulation animation can create a vivid, fascinating teaching environment・ Under the teacher, s guide, the students' learning process becomes a positive one wliich is lull of exploration. This paper introduces the method and the lnain idea of making u mechanical manufacturing engineering three-dimensional animation emulation multimedia CAI coursewarewith 3DSIMAX. as well as the significantly important teaching practical value of the three-dimensional emulation animation technology.

Key words： 3DSMAX； SolidWorks； three dimensional modeling； three-dimensional animation； CAI； nxiltimedia

优秀的三维动画软件9 Authorwarc是当前非常流行 的多媒体开发工具•可对声音、文本、图形、图象、动 画、视频及各种应用程序进行控制集成。因此本课 题用SolidWoi-ks三维建模.用3EMAX制作动画.用 Authorware综合制成多媒体课件，动态仿真27个典 型零件的加工工艺过程。

1用3DMAX进行动画制作

1.1工件外圆的铳削

带分度装置的回转式铳床夹具如图4所示。 工件以孔和端面为基准在定位轴和分度盘2端面

对学习者来说.对零件的机械制造工艺过程缺 乏感性认识。为此开发《机械制造工艺三维动画仿 真多媒体CAI课件》。课件所呈现的图形、动画仿 真、录像等过程可以增强学习者的理解力、想象力、 创造力•激发学习的积极性和主动性。

在选择软件开发平台时,考虑到SolidWorks具 有强大的三维建模功能.3DSMAX是享誉世界的最

收稿日期：2004 - 02 - 24

基金项目：I：海市普通高校学校课程建设项目(G77

数五字多换替)

作者简介：陈敏(1956 -).女,浙江宁波人,副教授.硕士.研究方 向为机械制造工艺、三维CAD.

上定位，用螺母3夹紧。当铳完一个面后,松开螺 母1并拔出分度销4后,就可进行分度，分度完成 后要用螺母1再将分度盘锁紧•以便对另一工位的 面进行加工。这些动作在3DMAX中用设置关键帧 的方法即可实现。工件外圆的铳削使用的是布尔 运算的相减功能，可将Operation选择框中选中项 改为Subtraction[ A-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（如图1 所示）与已加工的零件（如图2所示）装配好.如图 3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） 做四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.保持遮盖体与铳刀运动一 致，在铳削起始点与终止点自动设置了位置关键 帧,并在铳削终止点处进行布尔运算。

图1待切除部分

Fig. 1 The part to be cut off

¥

图2已加工的零件

Fig. 2 The processed part

Q

图3待加工的零件

Fig. 3 The part to be processed

图4带分度装置的回转式铳床夹具

Fig.4 Gyration type milling machine jig with the graduation device

还有一点值得指出.动画控制器是3EMAX中 计算动画帧的核心部分，它决定了如何在动画关键 帧之间进行动画帧插补运算。3DMAX创建一个物 体后•都会为其指定默认的变换控制器.这些默认 的变换控制器可以在制作动画时直接使用。但如 果用户想要做一些与默认变换形式不同的动画效 果•就需要对物体指定特殊的控制器。动画控制器 主要指定物体的Position. Rotation. Scale 3个控制 项。这3个控制项的动画控制器合称为PRS控制 器。其中Position控制项默认的控制器是Bezier控 制器,Rotation控制项的默认控制器是TCB控制器， Scale控制项的默认控制器是Bezier«在做动画时， 有时会看到物体不是按所希望的规律直线移动或 转动,这时可打开Motion面板内的Assign Controller 栏，选择 Position 或 Rotation .点击 Assign Controller图标剤，进入控制器分配对话框，发 现此时处于Bezier Position控制器下"选择Linear Position控制器.关闭对话框.播放动画，这时所选 的物体就按照所希望的规律运动了。

动画设计还可以在轨迹视图直接创建动作，象 利用遥控器控制动作一样，对动作的发生时间、持 续时间、运动状态都可以轻松自如地进行调节，轨 迹视图是动画设计人员必须掌握的动画创作利器， 很多无法直接完成的动作设置只有借助轨迹视图 才能完成。

1.2回转类零件的动画制作

一般回转类零件都在SolidWorks中以同轴心 的方式装配好，以保证这些零件被调入3DMAX中 后.具有同轴心关系，防止在旋转动画制作过程中

出现跳转。也可以在3DMAX中击活Hierarchy面 板下的 Affect pivot only 功能。用 Select and Move 命 令将各零件的旋转中心调整到同一个位置上，使 它们绕同一公共轴旋转。不过这种方法较繁琐。

1 V1

新被加工零件-1 in套与被tn |

1 Pivot IK | Link Inf

- Adjust Pivot

M ove/R otate/S cale

Affect Pivot Only

Affect Object Only

Atfeci Hierarchy Only |

图 5 Hierarchy 面板

Fig. 5 Hierarchy Panel

图6回转类零件的动画制作

Fig. 6 Animation making of the turning round type part

以三爪卡盘为例:将三个卡爪及轴与卡盘设置 成父子关系，卡爪和轴为“子”，卡艷“父”，选中 三个卡爪和轴.打开Select and Link % 按钮，拖动 到卡盘上释放。完成关系确认。该功能使父物体 的变化直接影响到子物体的运动和变形.如卡盘旋 转带动卡爪及轴一起旋转。而子物体的运动不会 影响到父物体，如轴的装卸、卡爪沿径向夹紧或松 开,都不会影响到卡盘的状态（此时.卡盘处于静止 状态）。

1.3百分表

百分表中的表盘、表杆顶端、表针、刻度盘、表 罩如图7、图8、图9、图10、图11及图12所示。首 先在SolidWorks中对其分别进行建模。

表杆顶端有一可伸缩的头部，是百分表用来传 递位移量的机构.它实际是一个由多个零件构成的

装配体。但是考虑到在3DS MAX演示过程中.其 头部的位移量非常小.肉眼难以观察.故将头部进 行了简化.用表针的转动量来显示位移值。在动画 制作中以表针的摆动表现出头部所测量到的微量 位移的变化。

将百分表装配好.用文件格式（.STL）保存,在 3DSMAX中用Import导入，以保证装配体的几何关 系不变。刻度盘中间的圆盘在SolidWorks中无法 去除，但在3DSMAX中可以用布尔运算法去除。

图7表盘

Fig. 7 Dial

图8表杆顶端

Fig. 9 Indicator

图10刻度盘

图11表罩

Fig. 11 Gauge cover

玻璃表罩要进行透明设置，具体设置如下:

（1）执行 Tools-^Material Editor 命令，打开材质 编辑器。选择赋予玻璃表罩的样本材质为当前材 质。

（2 ）打开 Blinn Basic Parameters 卷展栏，选中 Self-llhunination选项组中的Color复选框,设定Col-or为白色；设定Opacity为20。没有设置为完全透 明,就是为了显示玻璃的效果。

图12百分表

Fig. 12 Percentage gauge

百分表找正如图13所示。

图13用百分表找正零件

Fig. 13 Straigliten the part witli the percentage gauge

用平口虎钳夹紧.用铳刀加工凸头连杆的动画。由 于用百分表找正时必须制作让表针摆动的动作•因 此在制作动画之前•要调整表针的旋转中心在表盘 中心，否则在做旋转动画时表针会偏离中心。在 3CMAX 中击活 Hierarchy 面板下的 Aflfect pivot only 功能。用Select and Move命令将表针的旋转中心 调整到表盘中心。

并将表盘与表杆顶端、表针、刻度盘、玻璃表罩 设置成父子关系，表盘为“父”，选中表杆鯉、表 针、刻度盘、玻璃表罩，打开Select and Link %按 钮，拖动到表盘上释放，完成关系确认。这样表盘 移动带动表杆顶端、表针、刻度盘、玻璃表罩一起移 动。而表针的转动不会影响到表盘。

2结语

在《机械制造工艺三维动画仿真多媒体CAI课 件》的开发过程中.逐渐认识到三维仿真动画技术 所具有的极其重要的教学、科研实用价值及广泛的 应用前景。基于三维仿真动画可开发出高质量的 多媒体CAI课件，可提高教学质量,将枯燥乏味的 课程变成形象生动、引人入胜的专业课•从而调动 学习者学习的积极性、主动性，培养创造性思维能 力,促进教学内容、教学方法的改革。

参考文献：

| 1]郭启全等.多媒体CAI创作方法与实例|M| .北京：电子工业 出版社,1997.

| 2] Kelly L. Murdock.著.3D Studio MAX R3 宝典| M].王丽等译. 北京：电子工业出版社,2000.

[3]邢启恩等• Solid Works 2001中文版实用技术榊粹[M| .北京： 淸华大学出版社.2002.

|4|徐嘉元等.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，

1999.