电动曲线锯的动画仿真

范红征

（ 苏州工业园区职业技术学院，苏州 215021 ）

电动曲线锯的动画仿真

范红征

（ 苏州工业园区职业技术学院，苏州 215021 ）

基于IPA（Interactive Product Animator）动画软件进行的电动曲线锯动画仿真。模拟曲线锯以直线或曲线方式切割木材、金属、塑料等板材的工作原理、锯削过程以及装配顺序，意在将动画设计拓展运用在企业产品维修、产品培训和产品广告中。

电动曲线锯 动画仿真 IPA 品牌宣传

0 引言

IPA（Interactive Product Animator）是美国Immersive Design公司发布的专业制作产品动画的软件，本文通过IPA动画软件进行电动曲线锯的动画仿真。曲线锯的建模结果在软件中编辑修改产品的坐标、颜色、外观、光照、纹理、注释、自由度约束等属性，创建零件动画路径。增加零件之间的运动关联，制作机构动画。调节动画场景中的灯光和背景，突出动画产品，用以展示。

1 概述

曲线锯是一种常见的电动工具，可以用来对木材、金属、塑料、橡胶等板料进行直线或曲线切割。

组成曲线锯的零部件主要有：电机、减速齿轮、偏心滚套、平衡板、往复杆及锯条，如图1所示。曲线锯工作时，电机的旋转运动通过减速齿轮减速，大齿轮上的偏心滚套带动往复杆及锯条作往复直线运动。根据锯齿形状，向上运动切割材料，向下运动排出锯屑。

图1 曲线锯内部结构示意

在曲线锯的结构中，锯条是作业刀具，材料一般为高速钢。锯条的规格较多，外形基本特点为短而窄，在机构中滑块的驱动下作往复直线运动。图1中的拎攀式曲线锯在板材中移动，锯落木材、塑料或金属片材。依据产品的工作状况，编写动画脚本展示产品工作原理、锯削过程及产品标识。

1.1脚本内容

从机械结构的角度来看，电机是动力来源，将电能转换为机械能驱动电机轴旋转。图1中的曲线锯传动部分包括减速齿轮、从动轴、偏心滚套、跟随架等。电机轴齿轮与减速齿轮啮合，通过从动轴将运动传递至偏心滚套，偏心滚套带动跟随架及往复杆做往复直线运动，往复杆带动锯条实现各项切割作业。

曲线锯的切割方式一般为板材外部开放式切入或板材内部的封闭式切割，前进方向和速度由操作者手工控制，锯削后的废料分离落下。

在动画脚本中设计木材、塑料和金属三种片材，按开放式和封闭式这两种切割方式沿曲线、直线和斜线三个方向完成锯削展示。在展示产品的工作原理和产品性能后，设计考虑在动画脚本中增加该产品铭牌的高亮显示。

1.2实现方式

曲线锯工作原理表现在曲柄滑块机构，动画重点表现回转运动转变为直线往复运动的过程。该机构绕自身轴线做回转运动的零件有电机轴、减速齿轮及其转轴、偏心轮等。IPA软件实现的方式是在直角坐标系中选择轴线所在的坐标轴，使得零件绕坐标轴线连续回转多圈。

机构的运动转换是在IPA软件中建立对象间的运动联接以及父子关系，然后制作曲柄件的回转运动。锯削过程是表现出不同材质、不同方向和不同方式的锯削。

图2 锯削的板材

图2所示为锯削板材。其中，金属片材（a）最薄，塑料（b）其次，木材（c）最厚。金属片材被内部封闭式切割成圆形，木材被直线切割，塑料被斜线切割。锯削中，动画表现出曲线锯沿曲线、直线、斜线前进，IPA中的实现方式是把曲线锯作为一个大的组对象，制作其参数化的运动路径。锯削后，板材分离。

IPA的运动路径制作过程并不复杂，选择废料向屏幕下方运动即可。在图2中看到板材是完整的，没有分离。这是因为板材的建模先在三维CAD软件中装配好，当曲线锯经过板材，废料与母体分离落下。如图3所示。

图3 运动路径及铭牌标识

在CAD软件中绘制曲线锯产品外壳上的铭牌标识，IPA软件可以选择实体中的面制作它的属性动画。图3中选择产品文字的草图绘制面，创建它的属性明暗变化路径，制作高亮突出铭牌标识动画。

2 制作过程

2.1工作原理动画制作

曲线锯产品中包含了曲柄滑块机构，IPA软件使用联接向导命令建立机构间的运动联接。在联接向导的选项线性回转活塞（Linear-Rotational Piston）及随后的对话框中选择滚针（Needle Roller）和线性运动方向Y轴，最后的对话框中先选择往复杆组对象（Plunger Assembly），再按住ctrl键鼠标点选偏心滚套对象cam，建立曲柄滑块机构。

往复杆组对象增加slide_on_green的约束，偏心滚套对象增加pointing的约束。为实现偏心滚套对象绕从动齿轮和从动轴的Z轴线转动，拖动偏心滚套到从动齿轮组，转动从动齿轮组绕Z轴转动，冲杆和锯条沿Y轴实现直线运动，如图4所示。图中，单相串励电机通电旋转，通过减速齿轮和偏心轮，带动往复杆组（锯条）往复运动。因此，制作电机旋转轴和减速齿轮的转向相反，转速反比的动画路径。图中这两个对象从开始帧处拷贝路径GearDrive-3，路径间隔点0.4帧表示轴的转速加快，使得锯条的往复直线运动变快，动画效果表现出产品锯削速度比产品在板材中前进速度快。

图4 曲线锯工作原理动画演示

2.2锯削过程动画制作

曲线锯和三种板材在建模软件中绘制装配，在IPA软件中选择锯条对象。首先，创建曲线锯组对象，然后将组对象拖曳至对象管理树中的根目录作为整个曲线锯产品的父对象。选择曲线锯产品的父对象，从对象——插入——组件，分别选择木材、塑料和金属片材的装配体。三个装配体引入后具有和曲线锯对象相同的坐标位置。金属片材的位置保持不动，选择木材对象和塑料对象，修改X、Y、Z轴平动数值和转动角度。输入的参数值是曲线锯对象制作运动路径的输入值。

曲线锯的锯削过程从金属薄板中心孔开始。选择曲线锯对象组，创建沿Z轴正向移动40 mm的路径，然后将曲线锯绕Y轴转过30°的路径。金属片材上需切割出半径为50 mm圆孔，圆心在金属片材装配体的中心，所以选择金属片材的装配体对象，插入一个组global group，把它拖动成为曲线锯组对象的父对象。制作这个组对象绕Y轴旋转一圈的动画，如图5所示。曲线封闭切割完成后，选择中心圆片，创建对象沿Y轴自由落下的运动路径，先增加第一个路径点，再拖动圆片对象到屏幕下方，增加第二个路径点，生成运动路径。图6中，圆片自由落下，文字说明板材厚度。最后，从快速路径（Quick Path）中制作两个金属片材淡出的路径。在锯削木材时，曲线锯的运动路径首先绕Y轴至0°运动路径，接着是对象沿Z轴正向移动的路径。木材锯开后，随X轴向两端分开后自由落下。锯削塑料时，制作曲线锯绕Y轴转动45°，再制作对象在Z轴上切割塑料的路径。同样，塑料的两个零件锯开后，零件落下并淡出。

图5 锯削过程动画演示

图6 金属片落下动画

2.3产品标识动画制作

IPA软件切换选择对象的方式到曲面，鼠标在交互展示区或对象管理树中选择标识所在的面Face0，编辑面对象的颜色为蓝色，如图7所示的对象管理树区域的Face0。

图7中，Face0-1是创建路径帧数为1帧的路径，在路径点的对象属性外观标签页中，修改发光性（Emissivity）数值为50。图7中标识面为亮蓝色，文字为红色。10个Face0-1的路径是在创建Face0面的路径，在下一帧反向复制这个路径，Face0面明暗变化。重复复制路径和反向路径操作5次，产生10帧范围内对象明暗连续变化的动画。

3 结语

图7 产品标识的动画演示

拎攀式电动曲线锯产品动画是直观展示产品信息的方式，可以表现产品内在结构、虚拟仿真工具的工作原理和运行状况，动画后续可以扩展到产品维修、产品培训和产品广告中。也可以在动画中加入人物讲解，图文并茂的表达产品信息，将创作的动画录制为avi文件在单机上播放或发布到网上给用户浏览。

[1]张品达.电动曲线锯的结构与使用[J].电动工具，2002.04.

[2]范红征.机械产品动画[M].北京：机械工业出版社，2013.

The Animation Simulation of Electric Jig Saw

Fan Hongzheng
(Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology，Suzhou 215021，China)

The animation of the jig saw model is created in IPA software. Simulate the working principles, the sawing process and assembly sequence when the jug saw cuts the plates as woods, metals, plastic and so on in a straight line or a curve way. Use the animation design development in the enterprise product maintenance, product training and product advertising.

Jig saw Product animation Brand advisement

TM391.9

A

1674-2796（2014）05-0011-04

2014-07-16

范红征(1970—)，男，硕士，主要从事产品动画及设计工作。