本科毕业论文-拉矫机虚拟装配方法研究.doc

摘 要随着国民经济的快速发展和生产规模的不断扩大，客户对钢材的质量和精度要求越来越高，一些板材、型钢和管材必须经过矫直过程才能达到用户要求。在这种背景下，矫直技术得以迅速发展，应用也越来越广泛。同时在产品设计阶段充分考虑产品的可装配性，来改善产品的装配性能，降低产品的装配成本。本论文首先介绍了课题研究的目的和意义，综述了当前拉矫机的国内外研究状况。然后，对拉矫机进行分析，画出拉矫机的零件图与装配图。最后，阐述了一些虚拟装配的原理、技术、功能和特点，进行了虚拟装配系统的构建，提出了基于普通PC机为硬件平台、PRO/E和Auto CAD为软件平台的虚拟装配方法。分析了虚拟装配的特点和关键信息，研究了虚拟装配序列。同时还将这种虚拟装配方法应用到拉矫机的虚拟装配仿真中，取得了较好的效果。关键词：拉矫机; 虚拟装配; 装配图; PRO/E; Auto CAD Abstract With the rapid development of the national economy and the expanding of production scale, quality and accuracy of the customers of the steel becoming more demanding, some sheet metal, steel and pipe must go through the straightening process in order to meet user requirements. In this context, straightening technology has developed rapidly, and applications are increasingly being used. At the same time in the stage of product design fully consider the product assemblability, to improve the assembly performance of the products, reduce product assembly cost. This paper first describes the purpose and significance of the research, domestic and international research status of the tension leveler, analysis of the tension leveler draw straightening machine part drawing and assembly drawing, and finally described a number of virtual assembly principles,techniques, functions and features, the construction of the virtual assembly system, the virtual assembly methods based on ordinary PC hardware platform, PRO / E and Auto CAD software platform. A virtual assembly of characteristics and key information. Virtual assembly sequence, Finally, this virtual assembly methods applied to the virtual assembly simulation of the tension leveler, and achieved good results.Key words: Straightening machine； Virtual assembly； Assembly drawing； PRO / E； Auto CAD 目 录1 绪论11.1 论文研究背景、目的与意义11.2 虚拟装配21.2.1 国外研究概况21.2.2 国内研究概况41.2.3 虚拟装配技术研究的发展趋势51.3 论文的研究内容62 拉矫机零件公差设计62.1 极值法分析装配性能72.2 拉矫辊轴的公差设计82.3 轴承座一内孔的公差设计93 拉矫机装配工艺分析与设计103.1 上拉矫辊装配工艺分析113.2 上拉矫辊装配仿真研究153.2.1 零件建模153.2.2 仿真研究213.3 拉矫机整体装配工艺分析233.4 拉矫机整体装配仿真研究293.5 干涉检查304 总结与展望31参考文献32致 谢33XXX大学XX届毕业论文1 绪论1.1 论文研究背景、目的与意义 随着虚拟制造(VM，Virtual Manufacturing)、精益生产(LP，Lean Production)、敏捷制造(AM，Agile Manufacturing)、并行工程(CE，Concurrent Engineering)、虚拟企业(VE，Virtual Enterprise)、及时制造(JIT，Just In Time)、快速原型制造技术(RP&M，Rapid Prototyping & Manufacturing)等先进制造技术和制造模式采纳，极大地提高了制造体系中的产品设计效率和生产加工的自动化、集成化水平。尽管零件的设计与加工方面进展较快，但作为制造过程中形成产品后置工序的装配技术，发展则明显滞后，已经成为制约先进制造技术发展的瓶颈1。据相关资料统计，在工业发达国家制造业中，大约有1/3的人力在从事产品装配有关活动，3050的生产费用用于产品的装配和调试，产品装配所需工时占产品生产制造总工时的4060。由此可以看出，装配是产品生命周期一个重要的环节，装配质量对产品性能有着直接的影响。要想实现整个制造技术体系的集成和优化，就必须使装配技术得到发展，而且装配技术的发展必须与其所属的先进制造技术发展相适应。在装配环节上，使其发展滞后的主要原因在于该环节与人的知识和经验关系太过密切，即产品装配一直依赖于人的经验和技巧，装配质量也主要取决于装配人员本身的体能和技能，一些借助机械手、机器人来进行的装配，仍然需要依赖人的经验来制定其装配序列和装配路径。其次，装配过程被局限在“设计一制造(装配)一评价”和“实物验证”的封闭时空模式中。也就是说在产品的设计阶段，没有充分考虑产品的可装配性；在工艺设计阶段，主要是针对单个零件的加工工艺设计，产品装配工艺设计的水平仍然十分落后：在制造阶段，一般是通过试制零部件并将其组装成物理样机，来验证零部件的可装配性，任何一个微小的修改都必须重建零部件的实物模型，造成大量的人力、物力和财力的浪费；在评价阶段，没有一个完整的装配评价体系对产品可装配性的各个方面进行量化的评价。由此可以看出，装配技术的滞后发展，完全不符合产品快速反映市场的需要。因此，如何运用先进的科技手段和方法，结合先进制造技术的发展，改进装配性能、提高装配效率、降低装配成本就成为当前研究的热点2。虚拟装配(VA，Virtual Assembly)技术的提出和应用为解决以上问题提供了一条非常有效的途径。虚拟装配技术是虚拟制造的关键技术之一，是装配过程在计算机上的本质实现，即在产品设计过程中，无须产品或支撑过程的物理实现，通过计算机对零部件装配过程进行仿真模拟，检查产品零部件之间的正确装配关系，包括可达性、顺序性、方向性、干涉情况以及公差配合等方面的内容，虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产所出现的问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。本次论文的目的是拉矫机的虚拟装配研究，拉矫机主要用于冷轧薄板的矫形和拉直，是冶金机械中不可或缺的一部分。由于拉矫机工作在高温、危险的特殊环境下，它在工作时不便于工人太过接近，所以利用虚拟装配来演示拉矫机的工作原理意义非常重大。同时虚拟装配技术的使用，能够帮我们设计出合理的装配顺序。整个拉矫机的设计过程基本上实现无手画图纸设计，使整个过程的可控性极大的提高，提高了设计的效率，保正设计的准确性，减少返工率，同时现代CAD技术的引入也给研究所带来了极大的效益。1.2 虚拟装配随着信息技术的发展，机械产品的虚拟装配技术已引起了世界各国的企业、大学和科研院所等机构的高度重视，得到了迅速发展。由于该技术完全是在虚拟的环境下，对产品的系统功能、可装配性、可制造性等进行综合检验和评价，从而使得产品开发周期缩短、风险减小、成本降低、效益增高。基于产品的虚拟装配系统，近年来己成为人们研究的热点，尤其是在汽车、航空工业领域4。1.2.1 国外研究概况由于虚拟装配技术具有诱人的应用前景，促使工业发达国家对其进行深入的研究，并己出现许多成功的应用实例。波音公司采用虚拟原型技术设计的包含300多万个零件的波音777飞机的虚拟原型机，使设计师、工程师们能够穿行于这个虚拟飞机中，可以随意调出其中的一个零件，审视并修改飞机的各项设计。波音777飞机的虚拟原型机获得了无图纸设计和生产的巨大成功，这是近年来引起科技界、企业界瞩目的一次重大突破。德国BMW公司建立了virtual Process Week体系，利用虚拟技术对汽车装配流程的合理性加以测试，该系统统能够识别语言输入，完成相应的操作，当发生干涉碰撞时，能够发出声音报警5。日本的NAbe等开发了机械零件可装配性验证和装配机器可视化系统，支持设计者在虚拟环境中进行装配分析和性能评估，初学者在装配机器时可以进行系统的操作训练。德国Bielefeld大学Jung等开发了一个基于知识的虚拟装配系CODY，允许设计者通过三维操作或简单的语言命令进行产品装配。HeriotWatt大学的机械和化学工程系进行了两个关于虚拟装配的项目，一是利用虚拟环境对电缆连接进行设计和规划，二是利用虚拟环境来得到用于装配规划的知识，并开发了一个虚拟装配规划系统UVAVU。华盛顿州立大学(washington state university)和国家标准技术研究所(National Institute of standards and Technology ,NIST)共同合作开发的虚拟装配设计环境(VADE)6。开发VADE的主要目的是通过生成一个用于装配规划和评价的虚拟环境，来探索在设计和制造中运用虚拟环境的潜在的可能性和技术的可能性。目前，该系统已成功并通过了工业实例的测试。德国工业工程研究所IA0较早地进行了基于虚拟现实的装配规划系统的研究与开发。系统通过虚拟人体模型(Virtual ANTHROPOS)在虚拟环境中进行装配操作，交互的装配和拆卸零件。在用户交互的基础上产生装配前趋图，进行装配时间和装配成本的分析。规划者在进行产品规划时，能够综合考虑装配体征和其他装配体条件对装配操作的影响。系统的具体功能为：(1)通过与CAD系统的数据接口，获得和表达CAD设计模型；(2)涉及装配工作环境的仿真；(3)通过交互产生装配前趋图；(4)为装配规划人员提供装配规则与知识；(5)装配稳定性分析；(6)自动产生装配过程文件。Kuehne和Oliver建立了一个简单的虚拟装配系统，可以通过导入CAD模型和装配层次结构来产生装配顺序，但它没有碰撞干涉检查和触觉反馈。Narikawa等人开发了一个面向自动取款机装配的虚拟工程环境，并与设计方法学紧密结合。Ritchie，Gupta和Bound等通过虚拟装配和现实装配的对比实验，验证了虚拟装配规划与分析的有效性和可行性，表明与传统方法相比，能够更快、更直观、更有效的产生装配顺序，使用户能够对装配进行更全面、精确的分析。 1.2.2 国内研究概况我国开展虚拟装配技术研究始于20世纪90年代后期，由于起步较晚，与发达国家相比还有一定差距，但其发展很快，清华大学、浙江大学、西北工业大学等单位在虚拟装配及其关键技术研究与开发方面都作出了有意义的探索。清华大学国家CIMS工程技术研究中心是在国内率先开展虚拟装配研究开发的单位之一，多年来已在面向装配的设计、装配建模、装配顺序与路径规划、装配过程仿真、装配资源建模等方面做了较为深入的探索，并基于CAD软件平台Pro，ENGINEER开发实现了一个虚拟装配支持系统VASS(virtual Assembly support System)。利用该系统可在产品设计阶段基于三维实体模型的试拆卸仿真，生动直观地分析、验证与改善产品的可装配性，进行产品及其部件的装配工艺规划，生成对实际装配操作具有指导意义的装配工艺文件。VASS已经在经纬纺机股份有限公司某新型剑杆织机的虚拟产品开发、徐工集团新型工程机械的产品开发中得到初步应用。西北工业大学CADCAM国家重点实验室结合飞机产品的设计开发，在装配建模、装配顺序与路径规划、装配操作仿真等方面进行了研究，以装配操作模型作为产品工艺信息集成的载体，将产品装配环境和装配过程结合在一起，并基于solidWorks和CATIA软件平台开发了装配仿真系统。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发实现了基于多通道、集成的虚拟设计与虚拟装配系统(VDVAS，Virtual Design and Virtual Assembly System)，实现了在同一虚拟环境中修改尚未满足装配条件的零件的几何尺寸或外形，而无需在虚拟环境与CAD系统间进行数据转换和传输，提高了系统的可靠性；并对基于语义的产品装配设计技术进行了研究，实现了基于语义的产品装配操作，对进一步提高产品装配效率与质量具有重要意义。此外，在虚拟装配技术研究方面国内学者也进行了有益的探索。例如，刘振宇等研究了装配设计中的装配语义的识别和约束的转化问题。孙军华等建立了基于虚拟现实建模语言(VRML，Virtual Reality Modeling Language)的交互式虚拟装配平台，实现了从静态装配体的VRML文件到动态交互式虚拟装配的VRML文件的转化。谭国锋综合应用Pro，E、AutoCAD、Photoshop、CorelDRAW等CAD软件形成虚拟制造，虚拟装配(VMVA，Virtual Manufacture，Virtual Assembly)技术应用与产品的成型过程，取得了良好的效果。顾寄南等对面向虚拟装配的“顶点表示活动”网络排序装配规划进行了研究，提出了AOV(Activity 0n Vertices)网络排序技术生成产品的装配顺序，有效地解决了在减少装配顺序遗漏的同时缩小可行解的空间，提高了装配顺序评价的效率。1.2.3 虚拟装配技术研究的发展趋势虚拟装配技术是一项多学科交叉的综合技术，涉及的各项技术仍处在不断的发展之中，将来的发展方向主要体现在如下几方面：(1) 开放性的系统框架。虚拟装配系统的开发涉及到支撑技术、数据库、虚拟现实、用户界面等多方面的技术，需要构架虚拟装配系统的结构框架，规划支持技术群、统一的模型信息结构、功能实现和系统集成接口等，从而通过信息和技术共享、系统集成，较快地开发出工程应用系统。(2) 基于网络的虚拟装配。随着产品复杂性增加，不同企业之间的协同和交互成为产品开发的主要形式。装配作为产品功能的最终体现的环节，其工艺设计、分析、规划、验证更需要若干团队人员的协同参与，基于网络的虚拟装配必将为产品的开发提供强有力的支持。(3) 模型交换接口。建立CAD与虚拟装配系统模型交换的标准接口，制定CAD 模型的数据提取和表达、信息的存储和管理等方面的统一标准和规范，为虚拟装配系统的应用提供必要的几何信息、特征信息和约束。(4) 智能化的装配方案设计。对结构复杂的产品而言，由于装配工艺本身的复杂性，仅依靠人的经验知识进行搭积木式组装而获得的可能只是一种可行的装配方案，而不一定是优化的装配方案，而且具有一定的不确定性。集思广益，全面考虑，虚拟装配系统可以交互地利用专家系统智能化地进行装配方案的设计，并且对之进行仿真和评价。(5) 装配质量分析。目前，在产品设计、虚拟装配中，通常以理想的零件模型为基础，没有考虑实际的加工和装配环境对零件形状和尺寸精度的影响，可能导致实际生产出来的零件装配性能不能满足要求。在虚拟装配中，可以设定零件的形状和尺寸、定位误差等，预测装配精度，也可以通过分析装配过程零件变形的影响，评价装配工艺，从而更全面地为产品设计和生产提供支持。(6) 基于虚拟装配的管路、线缆布局。在复杂产品中（如飞机、船舶、火箭发动机等），由于空间和结构的限制，各种刚性管路和柔性线缆等交错缠杂在一起，给设计和装配操作带来很大困难，虚拟装配技术可以为管路、线缆布局设计提供有效的支持。1.3 论文的研究内容本论文的主要研究内容：(1) 简要阐述了论文提出的背景、目的与意义及其国内外研究现状，提出了本文的研究内容。(2) 基于Pro/Engineer软件实现拉矫机中重要的零件三维建模。(3) 利用机械设计手册，进行重要零部件的公差设计。(4) 在Pro/Engineer软件环境下，对拉矫机装配顺序进行研究, 提出拉矫机合理有效的装配方法。2 拉矫机零件公差设计公差是零件要素在尺寸、形状或位置等参数的允许变动量，它是机械精度表达的具体体现，是机械装置的使用要求与制造经济性之间协调的产物，又是机械产品设计和制造的重要技术指标公差分为尺寸公差、形状公差、位置公差三类。配合公差(或间隙公差)是允许间隙的变动量，它等于最大间隙与最小间隙之代数差的绝对值，也等于互相配合的孔公差带与轴公差带之和。公差配合的类型分为三种：间隙配合、过渡配合、过盈配合。间隙配合轴与孔之间有明显间隙的配合，轴可以在孔中转动；过盈配合轴与孔之间没有间隙，轴与孔紧密的固联在一起，轴将不能单独转动；过渡配合介于间隙配合与过盈配合之间的配合，有有可能出现间隙，有可能出现过盈，这样的配合可以作为精密定位的配合。由于拉矫机（如图2-1所示）主要由五个棍子部件组成，轴承安装部位的配合公差是关键部位，同时上、下拉矫辊和分离辊的轴承相同，因此下面主要介绍调心棍子轴承22224CC安装处的孔轴配合公差设计及分析过程。 图2-1 拉矫机2.1 极值法分析装配性能根据极值法求封闭环的相关参数有如下等式： （2-1） （2-2） （2-3） 式中：、Ai 增环； A。减环； m增环的环数； n尺寸链总环数；ES(Ao)封闭环上偏差； EI(Ao)封闭环下偏差；T(Ao) 封闭环公差。根据封闭环的公差及上下偏差值可判断装配性能是否符合要求。在进行装配公差检验分析时，先要比较实际封闭环的公差与设计封闭环的公差值，若公差值符合要求则再比较实际封闭环与设计封闭环的上下偏差，从而判断装配性能是否合格，若不合格须给出反馈意见。此处的比较结果存在多种情况，下面以孔轴配合为例作一个简单的分析。 若实际封闭环的公差大于设计封闭环的公差，则要减小实际封闭环的公差，即缩小组成环的公差带。在缩小组成环公差带时存在几种可能的情况：(1)实际封闭环下偏差大于设计封闭环下偏差。反馈意见：减小孔的上偏差(轴为基准件)或增大轴的上偏差(孔为基准件)。(2)实际封闭环上偏差小于设计封闭环上偏差。反馈意见：增大孔的下偏差(轴为基准件)或减小轴的上偏差(孔为基准件)。(3)实际封闭环上偏差大于设计封闭环上偏差，并且实际封闭环下偏差小于设计封闭环下偏差。反馈意见：减小孔的上偏差同时增大孔的下偏差(轴为基准件)，或增大轴的下偏差同时减小轴的上偏差(孔为基准件)。若实际封闭环的公差满足了要求，则要判断实际封闭环的上下偏差是否也满足要求。比较实际封闭环的上下偏差与设计封闭环的上下偏差又存在两种情况：(1)实际封闭环上偏差大于设计封闭环上偏差。反馈意见：向下移动孔的公差带(轴为基准件)，或向上移动轴的公差带(孔为基准件)。(2)实际封闭环下偏差小于设计封闭环下偏差。反馈意见：向上移动孔的公差带(轴为基准件)，或向下移动轴的公差带(孔为基准件)。根据反馈意见修改尺寸链中相应的组成环公差，然后再进行尺寸链的重新解算以检验分析装配公差是否合格，直到满足装配性能要求为止。2.2 拉矫辊轴的公差设计由于调心滚子轴承22224CC是对称安装在拉矫辊轴（拉矫辊轴包括上、下拉矫辊上的轴一和分离辊上的轴二），且轴承与拉矫辊轴一般采用基孔制过盈配合。作为冶金机械，对拉矫辊轴的精度要求不是很高，选择公差精度为IT6，基本偏差为m，过盈配合。查表可知拉矫辊轴下偏差为0.013，上偏差为0.035，得到拉矫辊轴与轴承22224CC公差配合表，如表2-1所示。表2-1 拉矫辊轴与轴承22224CC的公差配合表 装配零件 尺寸配合类型基本尺寸上下偏差上偏差下偏差 轴一、轴二 1200.0350.013m6过盈配合 轴承22224CC内径120标准件基轴制（H7)增环尺寸：减环尺寸：封闭环基本尺寸：由公式（2-1）和(2-2) 可得：封闭环上偏差尺寸：封闭环下偏差尺寸：封闭环尺寸：由封闭环尺寸：可以得出拉矫辊轴与轴承22224CC配合时为过盈配合，满足安装使用要求。2.3 轴承座一内孔的公差设计轴承座一内孔设计依据: 选择基准制的时候，一般考虑到其结构、工艺、经济几个方面来综合考虑，权衡利弊。根据机械设计中轴承公差配合知识可知：轴承座一内孔与调心滚子轴承22224CC外径配合安装，由于轴承是标准件，基准制的选取时就通常依标准件而定，因此轴承座一的孔与轴承外圈的配合选用基轴制。由于轴承是对称安装在拉矫辊上，而且轴承与拉矫辊轴采用基孔制过盈配合。这就要求安装时拉矫辊能在轴承座孔内有很小的轴向滑动，因此轴承座一的孔与轴承外圈应选用间隙配合。基本尺寸为215，又是基轴制间隙配合，轴承座一孔的精度要求不是很高，选择公差精度为IT7，基本偏差为G。查表可知轴承座一孔的下偏差为0.015，上偏差为0.061，得到轴承座一与轴承22224CC外圈公差配合表，如表2-2所示。表2-2 轴承座一与轴承22224CC的公差配合表装配零件 尺寸配合类型 基本尺寸 上下偏差 上偏差 下偏差 轴承座一 2150.0610.015G7间隙配合 轴承22224CC 外径D215 标准件基轴制（h6） 增环尺寸：减环尺寸: 封闭环基本尺寸：由公式(2-1)、 (2-2)可得： 封闭环上偏差尺寸：封闭环下偏差尺寸：封闭环尺寸：由封闭环尺寸：可以得出轴承座一与轴承22224CC配合时为间隙配合，满足安装和使用要求。3 拉矫机装配工艺分析与设计根据装配工艺理论，为有效保证装配工作，通常将机器划分为组件、部件等能进行独立装配的装配单元。在装配工艺规程中，常用装配工艺系统图表示零、部件的装配流程和零、部件间的装配关系。装配过程按照生产实际的要求有一定的规则。零部件的一般装配次序往往是先下后上，先内后外，先难后易。通常，还要先重大后轻小，但当有些重大件会影响其他零件的装入时，为了减少不必要的运输量，应该较后装上。还要先精密后一般，但灵敏性零件或作业应尽可能放在粗重作业的后面进行，以免损坏。处于同一方位的工件应集中安装以免过程中翻身移位，使用同一工艺设备或特殊环境条件的作业，也应集中起来以免运输迂回或设备重复。分析拉矫机结构可知，拉矫机主要由上拉矫辊装配、分离辊装配、下拉矫辊装配一、下拉矫辊装配二及自由辊装配五个部件和底座、机架、液压缸一、液压缸二等零件组成，而上、下拉矫辊等五个部件结构类似。因此在装配时，先进行上拉矫辊等部件装配，再进行整体装配。3.1 上拉矫辊装配工艺分析分析上拉矫辊可知上拉矫辊是由轴一焊接上钢板和棍子，因此要将上拉矫辊作为一个组件独立出来，同时螺栓、垫圈和螺母也可以作为组件独立出来。上拉矫辊装配部件主要由上拉矫辊、轴承、轴承座一和转臂一组成，根据装配规则，转臂一应作为装配基准零件。在转臂一基础上依次装上轴承座一、上拉矫辊等零件，由此构成一个装配部件。由以上装配工艺规程的分析可得出以下装配系统工艺图：轴承22224CC 轴承端盖二钢板棍子轴一上拉矫辊 图3-1 上拉矫辊装配工艺系统图（组装）轴承座一轴承端盖一键一键一轴承座一连杆一销A20 转臂一上拉矫辊装配螺栓组一螺栓组二上拉矫辊螺栓组三螺栓组一图3-2 上拉矫辊装配工艺系统图（部装）注：螺栓组一是由装配图上螺栓13，螺母14，垫圈15、18四个标准件组成的组件； 螺栓组二是由装配图上螺栓11和垫圈10两个标准件组成的组件；螺栓组二是由装配图上螺钉12和垫圈10两个标准件组成的组件。根据以上装配系统工艺图，基于Pro/Engineer上拉矫辊部装过程如下：步骤1：建立一个组件文件启动Pro/Engineer Wildfire 4.0，单击【文件】【新建】菜单项或工具栏中相应按钮，在弹出的“新建”对话框中选择，确定文件名为“shlajiaogun”，并取消缺省模板，单击【确定】按钮，在随后弹出的“新文件选项”对话框中选择公制模板：mmns_asm_design，并单击【确定】按钮，进入组件设计工作界面。步骤2：在组件中装入转臂一。根据装配工艺，转臂一为上拉矫辊部装的基础零件，且采用“缺省”约束，如图3-3所示。 图3-3 转臂一步骤3：在组件中装入轴承座一，同时用螺栓、螺母来连接，轴承座一与转臂一螺孔“对齐”约束，且轴承座底面与转臂一底面约束方式为“匹配”，如图3-4所示。步骤4：在部件中装入上拉矫辊（组装）和轴承端盖一并用螺栓连接，如图3-5所示。 图3-4 组件截图 图3-5 组件截图步骤5：再次装入轴承座一并用螺栓连接，如图3-6所示。 图3-6 组件截图步骤6：装入连杆一,先用销定位，再用螺栓连接，如图3-7所示，至此该部件装配完成。 图3-7 组件截图3.2 上拉矫辊装配仿真研究3.2.1 零件建模利用Pro/ENGINEER强大的三维建模功能创建实体，通过众多的工程特征，利用各种构造方法，并添加约束，以生成各种形状的曲面和实体。通常对实体的构造从建立该实体的草图开始，然后，利用各种特征工具进行三维造型。下面介绍拉矫机典型零件的三维建模过程。(一) 轴承座一建模步骤1：建立新文件启动Pro/Engineer Wildfire 4.0，单击【文件】【新建】菜单项或工具栏按钮，确定文件名为“zhchz1”，并取消缺省模板，单击【确定】按钮。在“新文件选项”对话框中，选择公制模板：mmns_part_solid,并单击【确定】按钮，进入零件设计工作界面。步骤2：使用拉伸方法生成轴承座的外部模型(1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在上滑面板中单击【定义】，在“放置”对话框中选择TOP面作为草绘平面，绘制如图3-8所示的草绘截面 。(3) 指定拉伸方向和深度。选择“对称”模式拉伸实体，深度为95。(4) 完成特征。 单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。 图3-8 草绘截面 图3-9 草绘截面步骤3：拉伸去除形成轴承座表面特征(1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板，单击选择去除材料模式。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择轴承座任一表面作为草绘平面，绘制如图3-9所示的草绘截面。(3) 指定拉伸方向和深度。特征向下生成实体，深度选择“盲孔”模式，拉伸深度为5。(4) 完成特征。单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。步骤4：镜像拉伸去除的表面特征(1) 激活镜像命令。在左侧模型树中单击选中上一步生成的特征，然后单击编辑特征工具栏中的按钮，或【编辑】【镜像】下拉菜单选项，在窗口底部出现“镜像”操控面板 。(2) 选择镜像平面。单击选择TOP面作为镜像平面。选定后，镜像平面收集器显示为 ，表示已经选定了镜像平面。 (3) 完成。单击操控面板中的按钮，完成镜像特征。步骤5：拉伸轴承座底部耳座 (1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择轴承座底面作为草绘平面，绘制如图3-10所示的草绘截面。 图3-10 草绘截面(3) 指定生成实体的方向和深度。特征向内生成实体，深度选择“盲孔”模式，拉伸深度为45。(4) 完成特征。单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。（二） 连杆一的建模步骤1：建立新文件启动Pro/Engineer Wildfire 4.0，单击【文件】【新建】菜单项或工具栏按钮，确定文件名为“liangan1”，并取消缺省模板，单击【确定】按钮。在“新文件选项”对话框中，选择公制模板：mmns_part_solid,并单击【确定】按钮，进入零件设计工作界面。步骤2：拉伸生成连杆一主板(1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在上滑面板中单击【定义】，在“放置”对话框中选择TOP面作为草绘平面，绘制如图3-11所示的草绘截面。(3) 指定拉伸方向和深度。特征向上生成实体，深度选择“盲孔”模式，拉伸深度为25。(4) 完成特征。单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。图3-11 草绘截面步骤3：使用拉伸方法生成连杆左侧凸台(1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择TOP面作为草绘平面，绘制如图3-12所示的草绘截面。(3) 指定生成实体的方向和深度。特征向上生成实体，深度选择“盲孔”模式，拉伸深度为24。(4) 完成特征。单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。步骤4：旋转生成连杆左侧外伸结构(1) 激活旋转命令。单击【插入】【旋转】菜单项或特征工具栏中的旋转命令按钮，屏幕下方出现旋转特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【位置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择FRONT面为草绘平面，如图3-13示。 图3-12 草绘截面 图3-13 草绘截面(3) 指定旋转角度。旋转角度为360度，单击操控面板中的完成图标，生成实体。步骤5：旋转生成连杆右侧轴承端盖结构(1) 激活旋转命令。单击【插入】【旋转】菜单项或特征工具栏中的旋转命令按钮，屏幕下方出现旋转特征操控面板。(2) 定义截面。单击操控面板上的【位置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择RIGHT平面为草绘平面，绘制如图3-14所示的草绘截面 。 图3-14 草绘截面(3) 指定旋转角度。旋转360度，单击操控面板中完成图标，生成实体。步骤6：使用去除材料模式拉伸连杆连接孔(1) 激活拉伸命令。单击【插入】【拉伸】菜单项或特征工具栏中的拉伸特征命令按钮，屏幕下方出现拉伸特征操控面板，单击选择去除材料模式。(2) 定义截面。单击操控面板上的【放置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择TOP面作为草绘平面，绘制如图3-15所示的草绘截面。 图3-15 草绘截面 图3-16 草绘截面(3) 指定拉伸方向和深度。特征向上生成实体，深度选择“穿透”模式。(4) 完成特征。单击操控面板中的完成图标，完成拉伸特征的创建。步骤7：使用去除材料模式旋转生成定位销孔(1) 激活旋转命令。单击【插入】【旋转】菜单项或特征工具栏中的旋转命令按钮，屏幕下方出现旋转特征操控面板，单击选中去除材料模式。(2) 定义截面。单击操控面板上的【位置】，在弹出的上滑面板中单击【定义】按钮，在弹出的“放置”对话框中选择RIGHT面为草绘平面，绘制如图3-16所示的草绘截面（包括中心曲线）。(3) 旋转角度。旋转角度360度，单击操控面板中的完成图标，生成实体。(三） 其他零件的建模到此拉矫机轴承座一、连杆一等零件都创建完成，下面还有一些零件，其建模过程不再详细介绍。只列出结果，如图3-17所示。包括：转臂一、调心滚子轴承22224CC和上拉矫辊。 (a）转臂一 （b）调心滚子轴承22224CC （c） 上拉矫辊 图3-17 其它部分零件3.2.2 仿真研究介绍完上拉矫辊的装配工艺与装配过程后，下面就以基于Pro/Engineer的动画来仿真其拆装过程，即爆炸图，其制作过程如下：(1) 在Pro/Engineer Wildfire 4.0中打开拉矫机装配文件，单击【应用程序】【动画】启动动画制作界面，单击【工具】【时间域】，在弹出的“动画时域”对话框中将终止时间设为60，如图3-18所示，并单击【确定】按钮。 图3-18 动画时域对话框 图3-19 主体定义对话框(2) 单击右侧工具栏 按钮进行主体定义，“主体”对话框如图3-19所示。(3) 单击右侧工具栏 按钮创建新关键帧序列，其对话框如图3-20所示，在该对话框中单击按钮创建编辑快照，其对话框如图3-21所示。 图3-20 关键帧编辑对话框 图3-21 快照编辑对话框(4) 利用快照创建好关键帧序列后，单击右侧工具栏 按钮启动动画，再次单击右侧工具栏 按钮回放动画，出现图3-22所示的对话框，单击“捕获”按钮出现图3-23所示对话框，选择avi类型并单击“确定”就会生成爆炸图视频文件。 图3-22 动画回放对话框 图3-23 动画捕获对话框 3.3 拉矫机整体装配工艺分析由于上拉矫辊、下拉矫辊、自由辊、分离辊等五个装配部件结构类似，其装配顺序和过程和上拉矫辊相似，不作详细介绍。在这五个部件装配好之后，下面开始拉矫机总装。拉矫机除包含上拉矫辊等五个部件外，还包含有底座、机架、液压缸一、活塞杆接头等主要零件。装配过程按照生产实际的要求有一定规则，零部件的一般装配次序往往是先下后上，先内后外，先难后易。通常，还要先重大后轻小，但当有些重大件会影响其他零件的装入时，为了减少不必要的运输量，应该较后装上。还要先精密后一般，但灵敏性零件或作业应尽可能放在粗重作业的后面进行，以免损坏。处于同一方位的工件应集中安装以免过程中翻身移位，使用同一工艺设备或特殊环境条件的作业，也应集中起来以免运输迂回或设备重复。根据装配工艺理论，由于底座的基准作用，应选择底座作为总装的基准零件。根据装配工艺流程，组件中装入底座后，再在其上装入机架并用螺栓连接，然后依次装入上拉矫辊等五个部件和液压缸一等零件，总装装配系统工艺图如下：24武汉纺织大学2012届毕业论文轴套一隔环销轴一、二液压缸二销16活塞杆接头轴套三液压缸一活塞杆接头轴套二轴承座三机架销16销轴一、二轴套二轴承上盖轴承下座轴套一隔环轴套三 底座拉矫机总成分离辊辊装配螺栓组七下拉矫辊一装配螺栓组四下拉矫辊二装配螺栓组四自由辊装配螺栓组五螺栓组六上拉矫辊装配注： 螺栓组四：螺栓3 螺母4 垫圈5； 螺栓组五：螺母10 螺母11 垫圈12 螺栓14； 螺栓组六：螺母4 垫圈5 螺栓37； 螺栓组七：螺母4 垫圈5 螺栓24 垫圈25。 上述四个螺栓组均为由标准件组成的组件。 图3-24 拉矫机总体装配工艺系统图XXX大学XX届毕业论文根据以上装配系统工艺图，基于Pro/Engineer的拉矫机总装过程如下：步骤1：建立一个组件文件 启动Pro/Engineer Wildfire 4.0，单击【文件】【新建】菜单项或工具栏中相应按钮，在弹出的“新建”对话框中选择，确定文件名为“lajiaoji”，并取消缺省模板，单击【确定】按钮，在随后弹出的“新文件选项”对话框中选择公制模板：mmns_asm_design，并单击【确定】按钮，进入组件设计工作界面。步骤2：在组件中装入底座。根据装配工艺，底座为拉矫机总装的基准零件，且采用“缺省”约束。步骤3：在组件中装入下拉矫辊装配二和下拉矫辊装配一两个部件，并分别用螺栓连接，如图3-25所示。 图3-25 组件截图步骤4：在组件中装入机架和自由辊（部件），并用螺栓将它们与底座连接，如图3-26所示。 图3-26 组件截图步骤5：在组件装入四个轴承座三，并用螺栓连接，如图3-27所示。 图3-27 组件截图 图3-28 组件截图步骤6：在左边两个轴承座三中插入轴套二，并用销钉连接装入液压缸一，如图3-28所示。步骤7：在液压缸一上装入活塞杆接头并用销连接，再在活塞杆接头中装入轴套三，如图3-29所示。 图3-29 组件截图 图3-30 组件截图步骤8：在组件中装入轴承下座和轴承上盖，并用螺栓将它们与机架连接，如图3-30所示。步骤9：用销钉连接装入上拉矫辊（部件），并装入隔环和轴套一，再用销轴一和销轴二将上拉矫辊分别于机架和活塞杆接头连接，如图3-31所示。 图3-31 组件截图步骤10：在右边两个轴承座三中插入轴套二并用销钉连接装入液压缸二，在液压缸二上装入活塞杆接头并用销连接，再在活塞杆接头中装入轴套三，如图3-32所示。 图3-32 组件截图步骤11：用销钉连接装入分离辊（部件），并装入隔环和轴套一，再用销轴一和销轴二将分离辊分别于机架和活塞杆接头连接，如图3-33所示，完成总装。 图3-33 总装图3.4 拉矫机整体装配仿真研究拉矫机基于Pro/Engineer的零件建模过程不再作详细介绍，只给出一些零部件的建模结果，如图3-34所示。而拉矫机总装的爆炸图制作和上拉矫辊部件类似，下面主要通过动画来对拉矫机进行运动仿真，从而看清拉矫机工作状态。 (a) 底座 (b) 机架 (c) 转臂一 (d) 下拉矫辊 图3-34 其它部分零件动画制作过程如下： (1) 在Pro/Engineer Wildfire 4.0中打开拉矫机总装文件，单击【应用程序】【动