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虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验[3D-UG]【汽车专业】【优秀】

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虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验[3D-UG].rar

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2011届毕业设计（论文）答辩相关材料.doc---(点击预览)

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关键词：: 虚拟环境下发动机念头拆装工具参数建模操作空间检验检修 ug

资源描述：

摘要

　　　在汽车发动机设计过程中，由于结构复杂，零件数目众多，各个零件又不是规则的形状，且它们之间的间隙也大小不一，所以很难考虑到零件之间的干涉问题，本设计就是在虚拟环境下针对此问题做出了有针对性的研究。

　　　随着计算机的普及以及在各行各业中的作用变得日益明显起来，发动机的设计也基本上脱离了手工的时代，转向了软件时代，利用软件在虚拟环境下设计发动机可以大大的节省基金的投入，减少设计人员的劳动强度，更加直观的看到发动机的雏形，这就是人们选择软件设计的原因；但是，在虚拟环境下对发动机进行拆装干涉实验现在发展的还不是很成熟，其主要原因是在众多的设计类软件中没有一个专门的模块来完成干涉的检测操作。

　　　本设计就是在已有的软件UG的环境下设计出一个新的模块，利用此模块对虚拟环境下的组合件进行拆装干涉实验，从而得出发动机在拆装过程中拆装工具是否与周围的零件产生运动干涉，从而缩短设计周期，减少设计出的发动机因拆装工具与零件之间的干涉而产生的麻烦。

关键词：汽车发动机；UG；干涉检查；参数化建模；操作工具

ABSTRACT

　　　In automobile engine design process, because many complex structure, part number, each part is not the shape of the rules, and the gap between them and sizes, so it is difficult to consider the interference between parts, this design is in a virtual environment according to this problem made targeted research.

　　　With the popularity of computer in all walks of life and the role becomes increasingly apparent, engine design also arise from the era of basically manual, turned to the software era, using software in a virtual environment design engine can greatly save fund investment, reduce labor intensity and design staff more intuitive to see the prototype of the engine, and this is why people choose the software design; But, in a virtual environment to engine for disassembling interference experiment now development is not very mature, the main reason is that in many of the design of software without a special module to complete interference detection operations.

　　　This design is on the existing software UG environment design a new module, namely: the man-machine engineering, using this module to the assembly under virtual environment for disassembling interference experiment, thus draws engines in disassembling process disassembling tools are and the surrounding parts generate movement, so as to shorten the design cycle interference, reduce the engine designed for disassembling tools and parts produced the interference between the trouble.

Keywords: Automobile Engine; UG; Interference Check; Parameterized modeling; Operate Tools

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1选题的意义及目的1

1.2国内外研究现状1

1.2.1在参数化建模方面的研究1

1.2.2在空间干涉方面的研究2

1.3设计原则3

1.3.1适用性原则3

1.3.2可靠性原则3

1.3.3规范性原则3

1.4完成的内容3

第2章系统的总体设计5

2.1参数化建模工具简介5

2.2参数化建模5

2.2.1参数化建模的流程5

2.2.2参数化建模实现方法6

2.2.3参数化建模实例7

2.3参数化建模的二次开发10

2.3.1二次开发程序的研究10

2.3.2 User Tool工具条的定义15

2.3.3工作环境参数设置15

2.4本章总结16

第3章干涉检查17

3.1干涉检测理论17

3.2干涉检测流程17

3.3静态干涉检测算法18

3.4动态干涉检测算法18

3.5本章总结19

第4章操作界面的实现20

4.1装配工具生成及操作空间检验20

4.1.1螺丝刀工具模型检验模块20

4.1.2扳手工具模型检验模块21

4.1.3套筒扳手工具模型检测模块22

4.1.4用户自选工具模型检测模块23

4.2装配工具操作空间检验模块23

4.2.1螺丝刀模型24

4.2.2扳手操作模型25

4.2.3套筒工具模型28

4.3本章小结32

结论33

参考文献34

致谢36

附录37

附录A37

附录B39

第1章绪论

1.1选题的意义及目的

　　　各种装配工具，如扳手、螺丝刀、铆钉枪、气动套筒等，是在实际发动机装配生产过程中必不可少的，它们在装配过程中的可操作性不容忽视。每种工具都有其操作空间需求，如扳手需连续旋转60º以上，而电动套筒只需一个无干涉的工作位置。它们的可操作性是对装配设计、装配序列规划的一个重要检查依据。有必要设计一种快速有效地装配工具操作空间检验（简称工具检验）方法。不合理的序列可导致工具没有足够的空间完成安装操作。目前在装配序列规划中考虑工具操作运动空间的研究较少。目前数字化制造应用越来越广泛，但大多都只研究产品本身的数字化制造及建模，对产品装配所需工具的参数化建模考虑甚少。因此本课题要研究虚拟环境下拆卸工具参数化建模及操作空间检验。

　　　为了进行有效的发动机虚拟拆卸中的操作工具的操作空间检验，虚拟环境中的操作工具是必不可少的，在动态仿真之前，要进行操作工具的实体参数化建模，用这些虚拟工具模型，去模拟实际中的操作工具，并进行操作空间干涉性检验。

　　　在发动机设计过程中在虚拟环境下进行拆装工具参数化建模及操作空间检验有如下重要性及意义：

　（1）提高工作效率减少资金投入：将真实环境里的发动机拆卸实验改在虚拟环境下，因不需要生产出真实的零件，故减少了资金的投入提高了工作效率。

　（2）优化设计方案：在虚拟环境下设计出的发动机可以在虚拟环境下进行拆卸空间的检验，对拆卸工具进行参数化分析，以便对不合理处进行优化处理。

　（3）缩短设计周期：采用虚拟环境的空间检验，对不合理出的修改更加容易，便利，并且可在任意时间进行检验，这样大大的缩短了设计的周期。

1.2国内外研究现状

1.2.1在参数化建模方面的研究

　　　随着计算机辅助技术应用的日益广泛, 如何在零件生产中充分利用计算机辅助技术, 提高零件的生产效率, 缩短生产周期, 全面提升零件生产技术水平, 已成为近几年来研究的重要课题之一；因此在通用CAD 平台上进行二次开发,建立符合国家标准, 适合企业应用的专业化、集成化的标准件库, 可以提高生产效率, 同时对推广标准件的应用, 缩短产品的开发周期具有重要意义[3]。标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作, 因此国内外许多企业、高校纷纷在不同的CAD 平台上研究建立参数化的标准件库, 但研究的重点基本都放在标准件的参数驱动和标准件库的管理方面, 而能够方便地嵌入不同的CAD 平台, 并且集标准件查询、CAD建模、零件装配定位、BOM 表自动生成等功能于一体的零件库系统尚不多见[6]。

　　　Unigraphics(简称UG) 软件起源于美国麦道飞机公司，当时为了设计和制造F15 战斗机,而形成了UG产品。UG 软件在CAD/CAM 上表现出了强大的功能，但UG 为通用支撑软件系统仅具有CAD/CAM 的基本功能，没有提供专用产品所需要的完整C A D / C A M 功能。由于机械产品的千变万化，需要针对具体对象在选用的CAD 软件平台上进行二次开发，来设计出界面友好、功能强大和使用方便的专用产品的CAD/CAM 系统。

　　　随着计算机的应用和发展以及三维数控设备的引进，近年来国内UG 软件二次开发取得了很大的进步，特别是在UG/CAD 也就是UG 设计方面软件二次开发已有相当多的成果，如上海交通大学国家模具CAD 工程研究中心的覆盖件冲模智能设计系统、同济大学的Gearwizard、华中科技大学的U G 软件二次开发等，但是在UGCAM 即UG 数控加工方面软件二次开发的研究相对来说就少了，国内主流的数控加工编程软件有Mastercam、UG 等，主流的三维设计软件有Pro/E、UG等，很多公司一般用Pro/E、UG软件来设计，用Mastercam、UG 来进行数控加工编程[21]。很显然，Pro/E、Mastercam、UG 这三大软件中，UG 普遍被同时用来设计和加工，可以实现设计与加工之间的无缝接口，使用起来不会有不同文档之间的兼容问题，比较方便。既然这样，那么UG 数控加工方面软件二次开发的研究应是值得的。

1.2.2在空间干涉方面的研究

　　　在发动机的设计之初就要考虑到发动机的拆装，除了要考虑到各个零部件的装配空间外，还要考虑到装配工具的移动空间，以防止工具与各个零部件之间的干涉现象。这些在虚拟状态下就比较容易实现[5]。采用虚拟装配技术对产品的装配干涉进行分析,给出相应的结构修改建议, 这样就可以在设计阶段进行验证,确保设计的正确性, 避免损失。干涉检验的研究在数控加工过程仿真中具有重要的意义, 而干涉检验的有效实现尤为重要。它可以为干涉回避提供较好的参考依据, 以便真正实现加工仿真的目的。

虚拟装配的干涉检验技术主要包括零部件组选择、干涉和间隙体积计算、干涉零件创成干涉检验报告生成等[23]。对于机床产品的虚拟装配及装配干涉检验主要包括: 对零件及组件进行合理装配;利用相对位置及尺寸定义零件间的关系;通过动画, 利用干涉检验或可视检查装配部件和组件的物理性能分析。装配干涉检验主要可按对象属性分为几何可行性分析和机械可行性分析[8]; 按对象观测状态可分为静态干涉检验和动态干涉检验,在此做静态干涉检验和动态装配路径上的几何可行性分析零部件静态干涉检验是对产品零部件设计的评估, 可以在主任设计师确定装配结构和总体设计后,

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内容简介：: 毕业论文指导教师评分表学生姓名刘伟院系汽车交通与工程学院专业、班级车辆工程07-11指导教师姓名李荣职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力154研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性157科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名刘伟院系汽车交通与工程学院专业、班级车辆工程07-11指导教师姓名李荣职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业论文评阅人评分表学生姓名刘伟专业班级车辆工程07-11指导教师姓名李荣职称讲师题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验评阅组或预答辩组成员姓名安永东石美玉王悦新王强王瑛璞张金柱出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名刘伟专业班级车辆工程07-11指导教师姓名李荣职称讲师题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验评阅组或预答辩组成员姓名安永东石美玉王悦新王强王瑛璞张金柱出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业论文答辩评分表学生姓名刘伟专业班级车辆工程07-11指导教师李荣职称讲师题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验答辩时间月日时答辩组成员姓名安永东石美玉王悦新王强王瑛璞张金柱出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少规范性：好较好一般较差很差成果质量（研究方案、研究方法、正确性）：好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名刘伟专业班级车辆工程07-11指导教师李荣职称讲师题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验答辩时间月日时答辩组成员姓名安永东石美玉王悦新王强王瑛璞张金柱出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名刘伟性别男院系汽车交通与工程学院专业车辆工程班级07-11设计（论文）题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验类别毕业设计学生姓名刘伟院（系）、专业、班级汽车交通与工程学院、车辆工程07-11指导教师李荣职称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名刘伟系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-11指导教师姓名李荣职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验一、设计（论文）目的、意义意义：各种装配工具，如扳手、螺丝刀、铆钉枪、气动套筒等，是在实际发动机装配生产过程中必不可少的，它们在装配过程中的可操作性不容忽视。每种工具都有其操作空间需求，如扳手需连续旋转60以上，而电动套筒只需一个无干涉的工作位置。它们的可操作性是对装配设计、装配序列规划的一个重要检查依据。有必要设计一种快速有效地装配工具操作空间检验（简称工具检验）方法。不合理的序列可导致工具没有足够的空间完成安装操作。目前在装配序列规划中考虑工具操作运动空间的研究较少。目前数字化制造应用越来越广泛，但大多都只研究产品本身的数字化制造及建模，对产品装配所需工具的参数化建模考虑甚少。因此本课题要研究虚拟环境下拆卸工具参数化建模及操作空间检验。目的：为了进行有效的发动机虚拟拆卸中的操作工具的操作空间检验，虚拟环境中的操作工具是必不可少的，在动态仿真之前，要进行操作工具的实体参数化建模，用这些虚拟工具模型，去模拟实际中的操作工具，并进行操作空间干涉性检验。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）1、发动机装配所需工具1. 普通扳手参数化建模包括l 开口扳手 l 套筒扳手l 活动扳手 l 内六角扳手 2. 起子（参数化建模）：l 一字起子l 十字形起子 3. 其他特殊工具2、拟解决的主要问题（1）查阅相关资料，根据所给参数，建立操作工具参数化模型（2）研究操作工具参数化模型的驱动方式（3）研究操作工具在发动机装配体中的定位（4）操作工具的静态检验（5）操作工具的动态检验制动系统相关性能急速三、设计（论文）完成后应提交的成果1、建立一套发动机拆装所需工具参数化模型库一套，利用VC+开发操作工具干涉检验系统，并集成在UG系统上，在UG中可以直接调用。2、完成设计说明书一份，字说不少于2万字。四、设计（论文）进度安排1、调研、资料收集，编写文稿提纲，完成开题报告。第1-2周（2月283月13）2、根据需求，编写设计说明。第3-4周（3月164月10）3、零部件参数化建模及驱动方式研究。第5-8周（4月134月17）4、软件编写及完善。第9-12周（4月205月22）5、编写及修改论文。第13-14周（5月256月5）6、论文评阅及调整。第15周（6月86月12）7、校核、打印、装订，准备答辩。第16周（6月156月19）五、主要参考资料（1）汽车教材：汽车构造、汽车发动机原理等；（2） UG二次开发相关教程；（3） ProE平台下装配工具库的建立与使用（4）基于UG平台的汽车总体设计专家系统的开发（5）基于主参数信息模型的多实例库设计（6）期刊文献资料：中国期刊网中标准件库开发相关资料；（关键词：制动器、轿车）（7）新闻及网络资料等。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程07-11班学生姓名: 刘伟导师姓名: 李荣开题时间: 2011.3.14 指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名刘伟系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-11指导教师姓名李荣职称讲师从事专业交通运输是否外聘是否题目名称虚拟环境下发动机拆装工具参数化建模及操作空间检验一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状随着计算机辅助技术应用的日益广泛, 如何在零件生产中充分利用计算机辅助技术, 提高零件的生产效率, 缩短生产周期, 全面提升零件生产技术水平, 已成为近几年来研究的重要课题之一。因此在通用CAD 平台上进行二次开发,建立符合国家标准, 适合企业应用的专业化、集成化的标准件库, 可以提高生产效率, 同时对推广标准件的应用, 缩短产品的开发周期具有重要意义。标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作, 因此国内外许多企业、高校纷纷在不同的CAD 平台上研究建立参数化的标准件库, 但研究的重点基本都放在标准件的参数驱动和标准件库的管理方面, 而能够方便地嵌入不同的CAD 平台, 并且集标准件查询、CAD建模、零件装配定位、BOM 表自动生成等功能于一体的零件库系统尚不多见。Unigraphics(简称UG) 软件起源于美国麦道飞机公司，当时为了设计和制造F15 战斗机,而形成了UG产品。UG 软件在CAD/CAM 上表现出了强大的功能，但UG 为通用支撑软件系统仅具有CAD/CAM 的基本功能，没有提供专用产品所需要的完整C A D / C A M 功能。由于机械产品的千变万化，需要针对具体对象在选用的CAD 软件平台上进行二次开发，来设计出界面友好、功能强大和使用方便的专用产品的CAD/CAM 系统。随着计算机的应用和发展以及三维数控设备的引进，近年来国内UG 软件二次开发取得了很大的进步，特别是在UGCAD 也就是UG 设计方面软件二次开发已有相当多的成果，如上海交通大学国家模具CAD 工程研究中心的覆盖件冲模智能设计系统、同济大学的Gearwizard、华中科技大学的U G 软件二次开发等，但是在UGCAM 即UG 数控加工方面软件二次开发的研究相对来说就少了，国内主流的数控加工编程软件有Mastercam、UG 等，主流的三维设计软件有Pro/E、UG等，很多公司一般用Pro/E、UG软件来设计，用Mastercam、UG 来进行数控加工编程。很显然，Pro/E、Mastercam、UG 这三大软件中，UG 普遍被同时用来设计和加工，可以实现设计与加工之间的无缝接口，使用起来不会有不同文档之间的兼容问题，比较方便。既然这样，那么UG 数控加工方面软件二次开发的研究应是值得的。在发动机的设计之初就要考虑到发动机的拆装，除了要考虑到各个零部件的装配空间外，还要考虑到装配工具的移动空间，以防止工具与各个零部件之间的干涉现象。这些在虚拟状态下就比较容易实现。采用虚拟装配技术对产品的装配干涉进行分析,给出相应的结构修改建议, 这样就可以在设计阶段进行验证,确保设计的正确性, 避免损失。干涉检验的研究在数控加工过程仿真中具有重要的意义, 而干涉检验的有效实现尤为重要。它可以为干涉回避提供较好的参考依据, 以便真正实现加工仿真的目的。由于干涉问题的复杂性( 物体几何复杂性、物体运动复杂性) , 至使用求交算法进行干涉检验变得很复杂, 并且效率低下。在虚拟状态中, 许多物体可以抽象、简化为规则的几何体或组合体, 无须采用精确的几何描述; 物体的运动轨迹也可以离散分解, 进行干涉检验。这样就可以用简化求交算法来提高检测效率, 同时也满足了实际应用安全余量的要求。2意义各种装配工具，如扳手、螺丝刀、铆钉枪、气动套筒等，是在实际发动机装配生产过程中必不可少的，它们在装配过程中的可操作性不容忽视。每种工具都有其操作空间需求，如扳手需连续旋转60以上，而电动套筒只需一个无干涉的工作位置。它们的可操作性是对装配设计、装配序列规划的一个重要检查依据。有必要设计一种快速有效地装配工具操作空间检验（简称工具检验）方法。不合理的序列可导致工具没有足够的空间完成安装操作。目前在装配序列规划中考虑工具操作运动空间的研究较少。目前数字化制造应用越来越广泛，但大多都只研究产品本身的数字化制造及建模，对产品装配所需工具的参数化建模考虑甚少。因此本课题要研究虚拟环境下拆卸工具参数化建模及操作空间检验。3目的为了进行有效的发动机虚拟拆卸中的操作工具的操作空间检验，虚拟环境中的操作工具是必不可少的，在动态仿真之前，要进行操作工具的实体参数化建模，用这些虚拟工具模型，去模拟实际中的操作工具，并进行操作空间干涉性检验。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、基本内容（1）工具的参数化建模（2）发动机零件的测绘（3）进行三维零件与工具的虚拟装配（4）工具操作过程静态检验（5）工具操作过程动态检验2、拟解决的主要问题（方法）（1）查阅相关资料，根据所给参数，建立操作工具参数化模型（2）研究操作工具参数化模型的驱动方式（3）研究操作工具在发动机装配体中的运动路线（4）工具操作过程中的静态干涉检验（5）工具操作过程中的动态干涉检验三、技术路线（研究方法）本课题的技术路线涉及到UG和C+的运用，首先要对发动机有一定的了解，然后对某一型号的发动机进行尺寸的分析与汇总，得到相应资料后在虚拟系统下进行模块开发和装配的检验，可分为四个步骤：第一，模块的建立；第二，把装配工具作为发动机的部件引入工作环境；第三，在虚拟空间进行检验；第四，对结果进行分析。如图所示：虚拟环境的模块开发与检验本设计的技术路线是从总的系统出发，将其分散开来，进行逐步研究，但每一个部分的完成都直接影响到下一个部分，他们的联系是一条直线，每一部分的设计都对下一部分有至关重要的作用。四、进度安排1、调研、资料收集，编写文稿提纲，完成开题报告。第1-2周（2月283月16）2、设计方案选定：拟定需解决的程序主要流程图。第3-6周（3月194月13）3、设计方案分析：拟解决功能问题的控件类型。第7周（4月164月20）4、建立窗体及论文。第8-12周（4月235月25）5、基本完成程序设计和论文修改。第13-14周（5月286月8）6、论文评阅及调整。第15周（6月116月157、校核、打印、装订，准备答辩。第16周（6月186月23）五、参考文献1刘继鹏. UG在工业造型设计中的应用J. 火控雷达技术, 2001, (03) .2徐国生. 基于UG的三维参数化汽车冲模标准件库研究与开发D湖南大学, 2004 .3桂林. 基于UG的模块化产品设计集成系统研究D国防科学技术大学, 2003 .4徐凯,张裕中. CAD二次开发技术()J包装与食品机械, 2004,(02) .5魏润强；庞晓宏. UG软件的二次开发工具中国航天科技集团四院401所.2003年.6何金保. 基于UG软件集成制造系统的研究与应用D昆明理工大学, 2005 .7朱德泉,周杰敏,俞建卫,焦明华. 基于UG平台模具CAD系统开发技术J机械工程师, 2005,(10) . 8陆宇旻,韦克安,范菲菲,黄书楼,崔鑫,郑路,沈燕. UG二次开发技术的研究A. 广西计算机学会2004年学术年会论文集C, 2004 .9蒋后仲. UG在产品设计中的应用A. 中国电工技术学会低压电器专业委员会第十一届学术年会论文集C, 2002 .10楚丁,彭宗锦. C+虚拟继承状态下对象复制语义的分析研究J成都信息工程学院学报, 2007,(05) . 11王文东,李竹林,尚建人. 汇编语言与C语言的混合程序设计技术J计算机技术与发展, 2006,(08) .12楼明珠. C语言程序设计的教学探讨J科技广场, 2007,(10) .13马勇. C语言程序设计课程教学研究J辽宁经济职业技术学院(辽宁经济管理干部学院学报), 2010,(02) .14 穆塔里夫阿赫迈德.张年松郑力. 加工中心虚拟装配建模及装配干涉.现代制造工程.2002.15何磊. 系统框架零件的CAD/CAM集成制造技术研究D四川大学, 200516潘春荣,罗庆生. 基于UG软件CAD/CAM功能的应用研究J机械设计与制造, 2005,(01) .17李晓冰,王延斌. UG在模具设计与制造中的应用J机械工程师, 2002,(07) .18李国萍,王少宇. 使用UG软件建模的技巧J. 工具技术, 2002, (08) .19张鹏伟. UG NX应用技巧拾零J. CAD/CAM与制造业信息化, 2005, (01) .20尹显明.UG软件在客车设计开发中的应用. 机械2000（S1）21彭岳华,盛治华. 基于UG软件开发平台的汽车产品开发J. 计算机辅助工程, 2002, (03) .22宋建军,杜诗文,闫献国. 汽车虚拟设计中UG的应用J. 太原重型机械学院学报, 2002,(02) .23王从宅虚拟装配中的路径规划及操作空间分析 D 燕山大学2010-07-0724姚永玉,李凌. 基于虚拟装配技术的连杆机械手运动干涉研究J装备制造技术, 2009, (03) 25 赵勇.徐诚.产品装配设计的干涉检查南京理工大学. 南京.1999 26 周学辉.面向虚拟装配的轴系产品干涉检验技术的研究和开发D. 201027张宝庆孙立杜克.数控加工仿真中干涉检验仿真模型的简化.长春理工大学.200428朱洪敏武殿梁甄希金范秀敏. 面向交互操作的虚拟工具建模与操作技术(D). 上海交通大学机械与动力工程学院.201029Luc Laperrire,Dr Hoda A. ElMaraghy. Assembly sequences planning for simultaneous engineering applicationsJ The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1994,9, (4) .30Jami J. Shah,Mary T. Rogers. Assembly modeling as an extension of feature-based designJ Research in Engineering Design, 1993,5, (3-4) .31Research on Product Digital Assembly Simulation Technology Proceedings of the Second Asia International Symposium on MechatronicsC, 2006 六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘要在汽车发动机设计过程中，由于结构复杂，零件数目众多，各个零件又不是规则的形状，且它们之间的间隙也大小不一，所以很难考虑到零件之间的干涉问题，本设计就是在虚拟环境下针对此问题做出了有针对性的研究。随着计算机的普及以及在各行各业中的作用变得日益明显起来，发动机的设计也基本上脱离了手工的时代，转向了软件时代，利用软件在虚拟环境下设计发动机可以大大的节省基金的投入，减少设计人员的劳动强度，更加直观的看到发动机的雏形，这就是人们选择软件设计的原因；但是，在虚拟环境下对发动机进行拆装干涉实验现在发展的还不是很成熟，其主要原因是在众多的设计类软件中没有一个专门的模块来完成干涉的检测操作。本设计就是在已有的软件 UG 的环境下设计出一个新的模块，利用此模块对虚拟环境下的组合件进行拆装干涉实验，从而得出发动机在拆装过程中拆装工具是否与周围的零件产生运动干涉，从而缩短设计周期，减少设计出的发动机因拆装工具与零件之间的干涉而产生的麻烦。关键词：汽车发动机；UG；干涉检查；参数化建模；操作工具黑龙江工程学院本科生毕业设计IIABSTRACTIn automobile engine design process, because many complex structure, part number, each part is not the shape of the rules, and the gap between them and sizes, so it is difficult to consider the interference between parts, this design is in a virtual environment according to this problem made targeted research. With the popularity of computer in all walks of life and the role becomes increasingly apparent, engine design also arise from the era of basically manual, turned to the software era, using software in a virtual environment design engine can greatly save fund investment, reduce labor intensity and design staff more intuitive to see the prototype of the engine, and this is why people choose the software design; But, in a virtual environment to engine for disassembling interference experiment now development is not very mature, the main reason is that in many of the design of software without a special module to complete interference detection operations.This design is on the existing software UG environment design a new module, namely: the man-machine engineering, using this module to the assembly under virtual environment for disassembling interference experiment, thus draws engines in disassembling process disassembling tools are and the surrounding parts generate movement, so as to shorten the design cycle interference, reduce the engine designed for disassembling tools and parts produced the interference between the trouble. Keywords: : Automobile Engine; UG; Interference Check; Parameterized modeling; Operate Tools黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要.IAbstract.II第 1 章绪论.11.1 选题的意义及目的.11.2 国内外研究现状 .11.2.1 在参数化建模方面的研究.11.2.2 在空间干涉方面的研究.21.3 设计原则 .31.3.1 适用性原则.31.3.2 可靠性原则.31.3.3 规范性原则.31.4 完成的内容 .3第 2 章系统的总体设计.52.1 参数化建模工具简介.52.2 参数化建模.52.2.1 参数化建模的流程.52.2.2 参数化建模实现方法.62.2.3 参数化建模实例.72.3 参数化建模的二次开发.102.3.1 二次开发程序的研究.102.3.2 User Tool 工具条的定义.152.3.3 工作环境参数设置.152.4 本章总结.16第 3 章干涉检查.173.1 干涉检测理论.173.2 干涉检测流程.173.3 静态干涉检测算法.183.4 动态干涉检测算法.18黑龙江工程学院本科生毕业设计3.5 本章总结.19第 4 章操作界面的实现.204.1 装配工具生成及操作空间检验.204.1.1 螺丝刀工具模型检验模块.204.1.2 扳手工具模型检验模块.214.1.3 套筒扳手工具模型检测模块.224.1.4 用户自选工具模型检测模块.234.2 装配工具操作空间检验模块.234.2.1 螺丝刀模型.244.2.2 扳手操作模型.254.2.3 套筒工具模型.284.3 本章小结.32结论.33参考文献.34致谢.36附录.37附录 A.37附录 B.39黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章绪论1.1 选题的意义及目的各种装配工具，如扳手、螺丝刀、铆钉枪、气动套筒等，是在实际发动机装配生产过程中必不可少的，它们在装配过程中的可操作性不容忽视。每种工具都有其操作空间需求，如扳手需连续旋转 60 以上，而电动套筒只需一个无干涉的工作位置。它们的可操作性是对装配设计、装配序列规划的一个重要检查依据。有必要设计一种快速有效地装配工具操作空间检验（简称工具检验）方法。不合理的序列可导致工具没有足够的空间完成安装操作。目前在装配序列规划中考虑工具操作运动空间的研究较少。目前数字化制造应用越来越广泛，但大多都只研究产品本身的数字化制造及建模，对产品装配所需工具的参数化建模考虑甚少。因此本课题要研究虚拟环境下拆卸工具参数化建模及操作空间检验。为了进行有效的发动机虚拟拆卸中的操作工具的操作空间检验，虚拟环境中的操作工具是必不可少的，在动态仿真之前，要进行操作工具的实体参数化建模，用这些虚拟工具模型，去模拟实际中的操作工具，并进行操作空间干涉性检验。在发动机设计过程中在虚拟环境下进行拆装工具参数化建模及操作空间检验有如下重要性及意义：（1）提高工作效率减少资金投入：将真实环境里的发动机拆卸实验改在虚拟环境下，因不需要生产出真实的零件，故减少了资金的投入提高了工作效率。（2）优化设计方案：在虚拟环境下设计出的发动机可以在虚拟环境下进行拆卸空间的检验，对拆卸工具进行参数化分析，以便对不合理处进行优化处理。（3）缩短设计周期：采用虚拟环境的空间检验，对不合理出的修改更加容易，便利，并且可在任意时间进行检验，这样大大的缩短了设计的周期。1.2 国内外研究现状1.2.1 在参数化建模方面的研究随着计算机辅助技术应用的日益广泛, 如何在零件生产中充分利用计算机辅助技术, 提高零件的生产效率, 缩短生产周期, 全面提升零件生产技术水平, 已成为近几年来研究的重要课题之一；因此在通用 CAD 平台上进行二次开发,建立符合国家标准, 适合企业应用的专业化、集成化的标准件库, 可以提高生产效率, 同时对推广标准件的应用, 缩短产品的开发周期具有重要意义3。标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作, 因此国内外许多企业、高校纷纷在不同的 CAD 平台上研究黑龙江工程学院本科生毕业设计2建立参数化的标准件库, 但研究的重点基本都放在标准件的参数驱动和标准件库的管理方面, 而能够方便地嵌入不同的 CAD 平台, 并且集标准件查询、CAD 建模、零件装配定位、BOM 表自动生成等功能于一体的零件库系统尚不多见6。Unigraphics(简称 UG) 软件起源于美国麦道飞机公司，当时为了设计和制造 F15 战斗机,而形成了 UG 产品。UG 软件在 CAD/CAM 上表现出了强大的功能，但 UG 为通用支撑软件系统仅具有 CAD/CAM 的基本功能，没有提供专用产品所需要的完整 C A D / C A M 功能。由于机械产品的千变万化，需要针对具体对象在选用的 CAD 软件平台上进行二次开发，来设计出界面友好、功能强大和使用方便的专用产品的 CAD/CAM 系统。随着计算机的应用和发展以及三维数控设备的引进，近年来国内 UG 软件二次开发取得了很大的进步，特别是在 UG/CAD 也就是 UG 设计方面软件二次开发已有相当多的成果，如上海交通大学国家模具 CAD 工程研究中心的覆盖件冲模智能设计系统、同济大学的 Gearwizard、华中科技大学的 U G 软件二次开发等，但是在 UGCAM 即 UG 数控加工方面软件二次开发的研究相对来说就少了，国内主流的数控加工编程软件有Mastercam、UG 等，主流的三维设计软件有 Pro/E、UG 等，很多公司一般用Pro/E、UG 软件来设计，用 Mastercam、UG 来进行数控加工编程21。很显然，Pro/E、Mastercam、UG 这三大软件中，UG 普遍被同时用来设计和加工，可以实现设计与加工之间的无缝接口，使用起来不会有不同文档之间的兼容问题，比较方便。既然这样，那么 UG 数控加工方面软件二次开发的研究应是值得的。1.2.2 在空间干涉方面的研究在发动机的设计之初就要考虑到发动机的拆装，除了要考虑到各个零部件的装配空间外，还要考虑到装配工具的移动空间，以防止工具与各个零部件之间的干涉现象。这些在虚拟状态下就比较容易实现5。采用虚拟装配技术对产品的装配干涉进行分析,给出相应的结构修改建议, 这样就可以在设计阶段进行验证,确保设计的正确性, 避免损失。干涉检验的研究在数控加工过程仿真中具有重要的意义, 而干涉检验的有效实现尤为重要。它可以为干涉回避提供较好的参考依据, 以便真正实现加工仿真的目的。虚拟装配的干涉检验技术主要包括零部件组选择、干涉和间隙体积计算、干涉零件创成干涉检验报告生成等23。对于机床产品的虚拟装配及装配干涉检验主要包括: 对零件及组件进行合理装配;利用相对位置及尺寸定义零件间的关系;通过动画, 利用干涉检验或可视检查装配部件和组件的物理性能分析。装配干涉检验主要可按对象属性分为几何可行性分析和机械可行性分析8; 按对象观测状态可分为静态干涉检验和黑龙江工程学院本科生毕业设计3动态干涉检验,在此做静态干涉检验和动态装配路径上的几何可行性分析零部件静态干涉检验是对产品零部件设计的评估, 可以在主任设计师确定装配结构和总体设计后, 由多个设计人员进行零部件细化设计, 最后由主任设计师进行装配件的静态干涉检查得到装配件的干涉和间隙体积计算, 生成干涉检验报告几何可行性分析是指对于组成产品、各个级别的装配体的零部件进行集合上的干涉检查,这里的检查包含有零部件在装配体中的静态空间位置的相交性也包含零部件在构成产品的装配过程中在空间上的几何干涉检查。静态的几何可行性分析, 可以在三维 CAD 环境状态中通过观测产品构成进行具体来说可以对产品的观测视角进行调整进行局部区域的缩放,对于零部件的颜色进行不同的标示4。动态装配路径上的几何可行性分析,利用虚拟装配的功能模块来实现。该模块具有进行零部件装配过程装配姿态调整零部件的消隐等功能通过以上的功能可以实现按用户设置的路径、姿态顺序动画演示零部件的装配过程, 演示过程中可进行装配过程中的动态几何可行性分析机械可行性分析是指能否建立起零部件之间的装配关系,如工具、操作手或机械手可否进人作业点装配操作的空间是否足够大等等。系统中对于这样一种可行性的研究可以通过“ 虚零件” 的方法解决即可以将手和装配工具等作为组成产品的虚拟零件, 这些虚拟零件与实际零部件之间也存在与装配关系等同的“ 虚装配关系” ,这样机械可行性分析与几何可行性分析一样可以由三维 CAD 系统来完成这样就可以用简化求交算法来提高检测效率, 同时也满足了实际应用安全余量的要求17。这样就可以用简化求交算法来提高检测效率, 同时也满足了实际应用安全余量的要求。1.3 设计原则1.3.1 适用性原则无论是汽油发动机还是柴油发动机都可适用，用户操作方便，没有繁琐的操作。1.3.2 可靠性原则新开发出的参数模块在应用时应该具有一定的稳定性，使客户可以放心的使用。1.3.3 规范性原则对开发出的模块应该符合行业的工具尺寸标准。1.4 完成的内容本课题主要完成的设计内容是利用在UG 环境下开发出的参数化拆装工具模块对发动机进行虚拟环境的拆装，同时对拆装空间进行检验，具体内容如黑龙江工程学院本科生毕业设计4下：（1）对发动机的拆装工具进行参数化建模，也就是在 UG 环境下利用 VC+软件对其进行二次开发，完成模块的建立；（2）对发动机进行测量，掌握发动机的各个零件的数值以及各个零件之间的间隙；（3）在虚拟环境下即 UG 环境下把拆装工具当做发动机的一部分进行安装；（4）对拆装工具在发动机部件中进行动态与静态的检查，以检查拆装空间是否允许工具的运动要求。黑龙江工程学院本科生毕业设计5第 2 章系统的总体设计2.1 参数化建模工具简介为提高对专用功能的支持，UG 提供了 UG/OPEN GRIP 和 UG/OPEN API 程序设计模块、UG/OPEN MenuScrip 和 UG/OPEN UISTYLER 两个辅助开发模块，利用它们可以开发出符合自己要求的 CAD 系统。UG/OPEN GRIP 是 UG 提供的一种二次开发模块，主要用来调用 UG 自身的功能模块。可以实现强大的图形绘制、装配和工程图等功能，利用 UG/OPEN GRIP 将可以提高系列化产品的设计效率。GRIP 程序一般在 UG 环境下编制，具有独立的开发工具、编译连接过程、程序语法和文件格式。UG/OPEN API 是 UG 提供的另外一种功能强大的二次开发模块，具有与高级语言C/C+的开发接口，出了可以实现 UG 的造型、装配、分析和设计等各项功能外，还可以利用 C 程序所支持的全部功能，具有很大的灵活性。UG/OPEN API 的各项程序都以 C 程序头文件的形式保存，由于 C/C+程序设计具有极好的兼容性，UG/OPEN API程序得到了最为广泛的应用。UG/OPEN MenuScrip 是 UG 提供的用来定制菜单的专用模块，可以生成自己的菜单，将 UG 的原有菜单替换也可以实现对 UG 某个菜单的编辑并生成自己的菜单。编辑菜单的方法灵活，语法简单，可以满足大多数用户的要求。UG/OPEN UIStyler 是 UG 提供的用来创建对话框的专用模块，利用它可以生成包括按钮、文本框、列表框和单选按钮在内的对话框要素的创建，可以实现它们的任意组合，从而创建具有 UG 风格的各种对话框，在存储对话框时，系统同时保存相应的C/C+文件，通过对 C/C+程序的编制最后生成动态链接库文件，UG 调用动态链接库文件时将自动弹出用户自己定制的对话框。2.2 参数化建模 2.2.1 参数化建模的流程本设计的参数化建模主要应用的软件为 UG 和 VC+，VC+在 UG 的二次开发中的兼容性非常好，可以很好的执行需要完成的任务。参数化建模大体可以分为四个过程，而且每个过程又是环环相扣的，它们之间的联系是非常紧密的，即：（1）三维实体参数化建模、（2）设置环境变量、菜单定制文件和 VC+的动态链接库工程、（3）程序编写、（4）生成文件。具体流程如图 2.1黑龙江工程学院本科生毕业设计6所示：图 2.1 参数化建模流程图（1）三维实体参数化建模：在 UG 环境下利用获得的数据画出一个实体模型，通过电子表格把所有的相关数据输入，生成数据库形式的数据流。（2）设置环境变量、菜单定制文件和 VC+动态链接库工程：对软件中的变量进行设置，使 VC+软件可以在 UG 软件中运行。（3）程序编写：用 VC+进行程序编写，上面的联系起来。（4）生成文件：生成可以在 UG 环境中调用的模块。2.2.2 参数化建模实现方法1、系统参数与尺寸约束UGNX 具有完善的系统参数自动提取功能，它能在草图设计时，将输入的尺寸约束作为特征参数保存起来，并且在此后的设计中进行可视化修改，从而到达最直接的参数驱动建模的目的。用系统参数驱动图形的关键在于如何将从实物中提取的参数转化到 UG 中，用来控制三维模型的特征参数。尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。UG 的尺寸约束的特点是将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。设计时必须以完整的尺寸参考为出发点（全约束），不能漏注尺寸或多注尺寸。尺寸驱动是在二维草图 Sketcher 里面实现的。当草图中黑龙江工程学院本科生毕业设计7的图形相对于坐标轴位置关系都确定，图形完全约束后，其尺寸和位置关系能协同变化，系统将直接把尺寸约束转化为系统参数。2、特征和表达式驱动图形UGNX 建模技术是一种基于特征的建模技术，其模块中提供各种标准设计特征，各标准特征突出关键特征尺寸与定位尺寸，能很好的传达设计意图，并且易于调用和编辑，也能创建特征集，对特征进行管理。特征参数与表达式之间能相互依赖，互相传递数据，提高了表达式设计的层次，使实际信息可以用工程特征来定义。不同部件中的表达式也可通过链接来协同工作，即一个部件中的某一表达式可通过链接其它部件中的另一表达式建立某种联系，当被引用部件中的表达式被更新时，与它链接的部件中的相应表达式也被更新。3、利用电子表格驱动图形UG 的电子表格(Spreadsheet)提供了在 Microsoft Excel 或 Xess 与 UG 间一个智能接口。在建模应用里，UG 电子表格可以被认为是高级的表达式编辑器。信息可以从部件被抽取到电子表格中，在被用来更新部件前进行手工处理。事实上，表格驱动的界面及机内函数为相关的、参数化设计提供了方便而有力的工具。2.2.3 参数化建模实例下面通过对开口扳手的三维模型的创建实例来说明参数化建模方法。 1、分析零件模型提取特征参数在起初选择工具图的时候选择一实物作为模板，这样我们在得到尺寸及形状约束的时候可以保证准确，不会出现大的偏差。黑龙江工程学院本科生毕业设计8图 2.2 工具实物图如图所示开口扳手工具实物图，可将此扳手的主要尺寸作为主要驱动扳手尺寸。扳手的模型可通过拉伸得到，在建模时应特别注意拉伸体和倒角这两个主要特征以及他们的关系。2、扳手底面在草图中的尺寸约束首先进入草图模式，通过默认为主要参考坐标系，如图所示，绘制两条平行线，与 X 轴成 15 度夹角，接着绘制出外轮廓，使各个点约束，标注尺寸。同理，绘制出另一头的扳手，由平行线进行连接。确定出尺寸。完成草图的绘制。如图 2.3、图2.4 所示：图 2.3 零件草图图 2.4 零件草图3、拉伸实体黑龙江工程学院本科生毕业设计9单击【插入】中的【成型特征】中的【拉伸】命令，系统将弹出拉身体的参数输入值，进行参数输入，单击【确定】完成草图对草图进行拉伸，如图 2.5 所示：图 2.5 零件拉伸体至此，我们在虚拟空间建立了扳手的实体模型。4、表达式更名单击【工具】中的【表达式】，系统弹出对话框，将表达式进行更名，将p10=4 更名为 di,p12=5 更名为 d2,p15=100 更名为 l，结果如图 2.6 所示图 2.6 表达式更名5、生成部件族黑龙江工程学院本科生毕业设计10单击【工具】中的【部件族】命令，系统将弹出如图 2.7 所示的【组建组】对话框。在【可用的列】列表框中双击待提取参数 d1、d2、和 l，这是这些表达式将出现在【选定的列】列表框中，对保存的路径进行更改，单击创建按钮，进行零件库的创建。图 2.7【组建族】对话框这时系统将弹出 Excel 工作表，在该表中，系统产生了 3 个数据列，分别对应于刚刚提取的参数。将扳手的系列参数数据录入到 Excel 工作表中，如图 2.8 所示，单击【部件族】的【生成部件】，进行验证如图 2.9(1)7*8 扳手图、(2)8*10 扳手图所示：2.3 参数化建模的二次开发2.3.1 二次开发程序的研究2.3.1.1 在 UG 中调用二次开发程序用户二次开发的结果，在 UG 中统称为 User Tool。Grade 程序(.grx 文件)可通过主菜单项 File 的菜单项 ExecuteGrip 来直接执行，User Function 程序可通过主菜单项 File 的菜单项 ExecuteUser Function 来直接执行。这种方法功能比较简黑龙江工程学院本科生毕业设计11单，一次只能执行一个 GRIP 或 User Function 程序，不能将由多个 GRIP 或 User Function 程序完成的一组功能集中到一块，而且用户必须确切知道要执行的 GRIP 或User Function 程序所在的目录路径。实际上，UG 提供了一个专门调用 User Tool 的交互接口，即在 UG 的主菜单中有一菜单项 User Tools，用来调用二次开发的 User Tool 对话框。缺省的 User Tools 菜单有如下三个菜单项：Show CurrentHide CurrentReload DefaultShow Current 菜单项用于调用由环境变量 UG_USER_TOOLS_FILE 或菜单定义文件中的 DEFAULT 选项指定的 User Tool(对话框或工具条，.utd 文件)。Hide Current 菜单项用于隐藏当前已经显示的 User Tool。Reload Default 菜单项用于重新调用由环境变量 UGII_USER_TOOLS_FILE 或菜单定义文件中的 DEFAULT 选项指定的 User Tool。有了这一工具，用户可将由多个 Grip 或 User Function 程序构成的内容集成到一个 User Tool 对话框或工具条中，每一个程序由对话框或工具条中的一个图标(或一个按钮或一个任选项)来调用，使用起来就非常方便。若用户开发的 User Tool 只是一个方面的内容(如标准件)，用一个 User Tool对话框或工具条即可实现，这时利用 User Tools 菜单的 Show Current 或 Reload Default 菜单项来调用就非常方便。黑龙江工程学院本科生毕业设计12图 2.8 录入扳手参数数据若用户开发的 User Tool 内容比较多，需要多个 User Tool 对话框或工具条来实现(如开发了标准件、通用传动件、专用结构设计工具三部分内容，用三个User Tool 对话框或工具条来实现)，这时可以重新定义 User Tools 菜单的内容。(1)7*8 图(2)8*10 图图 2.9 验证扳手图2.3.1.2 User Tools 下拉菜单的定义User Tools 菜单定义文件为.utd 的文本文件，该文件的定义格式为：! usrmenu.utd1997.7DEFAULT/usr/people/zxy/usrtools/sta_part.utdLABEL Standard PartsUSRT sta_part.utdLABEL Drive PartsUSRT drv_part.utd以符号!开头的是注解行，在菜单定义文件中不起作用。DEFAULT 关键词后面指定的参数是缺省的菜单定义文件名，也可通过环境参数UG_USER_TOOLS_FILE 来指定。进入 UG 后，用户可通过 User Tools 菜单中的 Show Current 或 Reload Default 菜单项来调用缺省的菜单定义文件。后面以每两行定义一项菜单。LABEL 关键词后面指定的参数是菜单项标题，该标题内容就显示在 User 黑龙江工程学院本科生毕业设计13Tools 菜单中。USRT 关键词后面指定的参数是对应菜单项定义的文件标识符，该文件即是所谓的 User Tool 定义文件，用来对该项菜单要执行的动作进行定义。可以使用完整的文件名标识符，没指定路径时将使用环境变量 UG_DEFAULT_USRT_DIR 指定的目录路径。2.3.1.3 User Tool 对话框的定义User Tool 对话框定义文件是一个.utd 的文本文件，由对话框标题(Title)、按钮(Button)、图标(Icon)、列表框(List Box)等内容组成。标题部分由关键词 TITLE开头，按钮部分由关键词 BUTTONS 开头，图标部分由关键词 ICONS 开头，列表框部分由关键词 LIST 开头。标题部分是唯一的;按钮、图标、列表框部分可以有多段定义，每一段定义若干个按钮(或图标、或列表框)，各段的排列顺序可任意，取决于设计者对各按钮、图标和对话框的排列外观。对话框的最后部分将自动出现OK、Apply、Cancel 三个按钮和 AutoDismiss 开关钮，以便对选定的内容(按钮、图标或列表框条目)进行确认或取消当前的操作。2.3.1.4 标题部分的定义（1）标题部分定义的格式如下：TITLE name 定义将显示在 User Tool 对话框标题行的文字，name 可有可无VERSION （2）定义版本号OPTION DISMISS ON|OFF 定义 Auto Dismiss 状态，缺省为 OFF。若为 ON，则选择一项(按钮、图标或列表框条目)后，就取消 User Tool 其中大写部分为关键词，不能改变;其余部分可自行定义。以下类同。（3）按钮部分的定义按钮部分定义的格式如下：BUTTONS 按钮部分定义开始 LABEL name 按钮部分标题行。name 为字符串，最多 127 个字符。可省略 COLUMNS number 指定每一行排列按钮的个数以下每三行定义一个按钮NAME name 按钮上显示的内容，name 为字符串 TYPE fileType 指定激活按钮时所完成动作的类型 ACTION pathname 指定激活按钮时所调用的程序的路径和文件名激活按钮时所完成动作的类型有如下几种，分别 fileType 定义：MACRO 调用一宏定义文件(.micro 文件)UFUN 调用一 User Function 程序GRIP 调用一 GRIP 程序(.grx 文件)USRT 调用一 User Tool 定义文件(.utd 文件)黑龙江工程学院本科生毕业设计14按钮的大小将由各按钮定义中 name 字符串的最大长度、每行排列按钮的个数以及对话框的总体宽度来决定。（4）图标部分的定义图标部分定义的格式如下：ICONS 图标部分定义开始 LABEL name 图标部分标题行。name 为字符串，最多127 个字符。可省略 COLUMNS number 指定每一行排列图标的个数以下每四行定义一个图标 NAME name 当光标位于图标上时显示的文字，用于对图标的功能进行注解BITMAP pathname 指定图标所使用的图象文件的路径和文件名 TYPE fileType 指定激活图标时所完成动作的类型，与按钮部分所用的类型一致 ACTION pathname 指定激活图标时所执行的程序的路径和文件名图标显示时所用的图象文件，可使用标准的 X 位图格式图象编辑程序来定义，如 IRIX 操作系统中即使用 bitmap 程序。定义图标位图时，应使用白色背景和黑色前景，不支持彩色。一般情况下，推荐使用 36(36 象素的位图块来定义图标，更小或更大尺寸的图标将影响整个 UG 操作界面的一致性。（5）列表框部分的定义列表框部分定义的格式如下：LIST 列表框部分定义开始 LABEL name 列表框部分标题行。name 为字符串，最多127 个字符。可省略 SIZE number 指定列表框窗口的高度(行数或条目项数)，数字非法时缺省为 7 以下每三行定义一个列表框条目 NAME name 指定显示在列表框中的条目文字 TYPE fileType 指定选中该条目时所完成动作的类型，与按钮部分所用的类型一致 ACTION pathname 指定选中该条目时所执行的程序的路径和文件名（6）User Tool 对话框定义实例以下是一个 User Tool 对话框定义实例，用于定义一组标准件图库。TITLE Hexagonal Head Bolts 标题部分定义开始VERSION 1OPTION TOOLBAR 这是一个 User Tool 工具条OPTION DISMISS OFFICONS 图标部分的第一段定义COLUMNS 4 每行排列四个图标NAME Hex Head Locking (GB838-88)第一段第一个图标的功能定义，图标名BITMAP gb838.ubm 该图标对应的位图文件名，其缺省路径由环境变量来设置 TYPE GRIP 激活该图标时，将调用一 GRIP 程序 ACTION sta_part/screw/gb838.grx 激活该图标时要调用的 GRIP 程序的路径和文件名 NAME Knurled Locking (GB839-88)第一黑龙江工程学院本科生毕业设计15段第二个图标的功能定义 BITMAP gb839.ubmTYPE GRIPACTION sta_part/screw/gb839.grxICONS 图标部分的第二段定义COLUMNS 4NAME Round-head Cross Tapping (GB845-85)第二段第一个图标的功能定义BITMAP gb845.ubmTYPE GRIPACTION sta_part/screw/gb845.grxNAME Countersunk-head Cross Tapping (GB846-85)BITMAP gb846.ubmTYPE GRIPACTION sta_part/screw/gb846.grxBUTTONS 按钮部分定义开始LABEL Basic Options 按钮部分标题COLUMNS 4 每行排列四个按钮NAME Back 第一个按钮功能定义,按钮显示文字内容TYPE USRT 激活按钮，将调用一 User Tool 定义文件ACTION sta_part.utd 激活按钮时要调用的 User Tool 文件的路径和文件名该实例文件实现的 User Tool 工具条。2.3.2 User Tool 工具条的定义User Tool 工具条是一种特殊的 User Tool，其格式与 User Tool 对话框基本一致。User Tool 工具条中可出现按钮和图标，但一般不包含对话框，因此其尺寸通常比较小，占有较小的屏幕空间。User Tool 工具条的标题部分与对话框的标题部分有所区别，其格式如下：TITLE nameVERSION 1OPTION TOOLBAR 该行表示这是一个 User Tool 工具条，以便与 User Tool 对话框相区别 OPTION DISSMIS ON|OFF 其它部分定义的格式与 User Tool 对话框的定义一黑龙江工程学院本科生毕业设计16致。2.3.3 工作环境参数设置二次开发的内容主要是做一些共用性的工作，开发的结果将以相应的可执行文件、数据文件等存放于硬盘的某个目录或多个目录下。这些结果必须为具有指定访问权限的各个用户所共用，即在调用相应的程序模块时，系统应能查找到相应的文件。利用UserTool 开发 UG 应用模块时，必须设置几个有关的环境变量，用来指定程序执行时的有关路径。这些环境变量是：UG_USER_TOOLS_FILE 指定缺省的 User Tool 定义文件(.utd 文件)UG_USER_TOOLS_MENU 指定 User Tools 下拉菜单的菜单定义文件(.utd 文件)UG_USER_TOOLS_BITMAP_PATH 指定图标位图文件的路径(.ubm 文件)UG_DEFAULT_USRT_DIR 指定 User Tool 文件(.utd 文件)的缺省目录UG_INITIAL_GRIP_DIR 指定 User Tool 所用 GRIP 可执行程序(.grx 文件)的缺省目录UG_INITIAL_UFUN_DIR 指定 User Tool 所用 User Function 可执行程序的缺省目录 UG_INITIAL_MACRO_DIR 指定 User Tool 所用宏文件(.micro 文件)的缺省目录工作环境参数的设置，可用两种方法来实现。一种方法是利用操作系统的 setenv 命令，对各个环境参数进行设置。另一种方法是将以上环境参数增加在操作系统的用户注册文件.login 的后面，其格式为：setenv UG_USER_TOOLS_MENU /usr/people/zxy/usrtools/usermenu.utdsetenv UG_USER_TOOLS_FILE /usr/people/zxy/usrtools/stadpart.utdsetenv UG_USER_TOOLS_BITMAP_PATH /usr/people/zxy/usrtools/bitmap/setenv UG_DEFAULT_USRT_DIR /usr/people/zxy/usrtools/setenv UG_INITIAL_GRIP_DIR /usr/people/zxy/usrtools/工作环境参数的设置，应由系统管理员完成。一旦设置好后，具有指定访问权限的用户就可以调用这些二次开发的 User Tool 模块了。2.4 本章总结本章对如何生成参数模型以及环境变量的设定做了详细的讲解，使读者可以清楚地了解参数化建模的过程，感受更加真实。黑龙江工程学院本科生毕业设计17黑龙江工程学院本科生毕业设计18第 3 章干涉检查3.1 干涉检测理论我们研究的虚拟装配环境是一个三维装配环境，目前关于三维空间检测的碰撞问题的研究主要是干涉问题。物体的干涉是两个或者是多个物体的体积占有相同的空间。通常物体的干涉有两大类，静态干涉和动态碰撞检测干涉。动态碰撞检测就是沿特定轨迹移动的物体的干涉检测。所谓可碰撞问题就是物体 A 和 B 在空间沿给定轨迹移动时是否发生碰撞。其中 A 和 B 之间是有相对移动的。可移动区域就是物体 A 沿给定的规律运动，而不与物体 B 发生碰撞的所有可能运动的区域。最初碰撞点的检测就是当物体 A 以给定的运动规律运动，并将与物体 B 发生碰撞时，检测它们在最初发生碰撞时的接触部位。碰撞检测时可能发生的干涉有硬干涉、接触干涉和软干涉三种。3.2 干涉检测流程如图 3.1 所示为干涉检测流程图，可以分成三步来完成干涉的检测，即：引入装配体、引入工具和检测。首先打开 UG 环境，最 UG 环境下显示发动机的装配体，这时点击工具栏中的【人机工程】选择检测空间，选择一种要使用的工具，将工具导入到需要检测的部件上，进行干涉检测，查看是否发生干涉，最后查看结果。图 3.1 检测流程图黑龙江工程学院本科生毕业设计193.3 静态干涉检测算法根据所用实体表示模型的不同，现有实体干涉检查算法大致可分成两类：一类算法主要基于 Brep 模型。提高算法效率的关键是如何减少被测元素的数量。另一类算法是以层次模型为基础的。静态碰撞检测算法的优越性在于它们不需要预先知道物体的位置和速度，并且多个运动的物体也能够用一种自然的方式来处理。静态检测算法的主要弱点是由于它们的不连续性，碰撞可能被遗漏。这种情况可使当一个或两个碰撞的物体从一个时间步到下一个时间步中，从一种不相交状态完全彼此穿透到另一种不相交状态时移动的距离足够大。3.4 动态干涉检测算法历史上主要有两种技术被用于动态碰撞检测。第一类技术是基于在给定轨迹上反复利用静态干涉检测被称为“单步检测”的方法，即当物体移动过程中将轨迹划分为很多时间步，在每一个时间步都进行静态干涉检查，来判定运动的物体之间是否发生碰撞。第二类技术是基于产生称之为“扫描实体”的物体。这些物体代表了物体在给定轨迹上移动过程中所占有的体积空间。如果环境中的物体在它们各自的轨迹上行进时会发生碰撞，那么它们各自的扫描体将会静态干涉。因而，扫描体可用简单的静态干涉检查来对动态碰撞进行测试。这些扫描体的产生是运动学和实体模型的结合。由于实体模型具有多种表示方式，因此，多种形式的扫描体被提出。虽然扫描体可用于许多有趣的工程问题，但单步检测方法更适合于实时计算机图形显示。并且扫描体方法也没有单步检测方法所具有的决定碰撞时间的灵活性。最后，用扫描体来进行碰撞检测需要利用一个独立的步骤来产生扫描实体。Hahn 采用层次包围盒技术来加速多面体场景的碰撞检测。Moore 则提出了两个有效的碰撞检测算法，其一是用来处理三角剖分过的物体表面。由于任一问题表面均可表示成一系列三角面片，因而该碰撞检测算法具有普遍性。该算法的缺点是，当景物为一复杂的雕塑曲面时，三角剖分可能产生大量的三角片，这会大大影响算法的效率。而另一算法则用来处理多面体环境的碰撞检测。Moore 和 Wilhelems 根据 Cyrus-Beek裁减算法提出了一种凸多面体碰撞检测算法，即通过检测多面体顶点是否相互包含来判定它们是否发生碰撞。对于具有 n 个凸多面体、每个多面体具有 m 个顶点的问题，此算法的时间复杂度为；对于凹多面体则分解为多个凸多面体来处理。)(22mnBaraff，Herzen 等人提出了基于参数曲面的几何膨胀检测算法。Baraff 将两刚体的碰撞检测转化为一隐式约束方程，由此可方便地决定两刚体是否相碰。而 Herzen 等人用数值求解两参数曲面在接触点处或最近点处的参数值来判定它们是否相交，并应黑龙江工程学院本科生毕业设计20用层次细分技术。Dai 将物体简化为凸壳、球壳和柱壳，然后计算中心点的距离与它们半径之和的关系来判定两物体是否可能碰撞，如果可能碰撞，再求取它们的交。Ganter 和 Isarankura 提出了一种空间分割的方法，即将给定物体所占有的空间划分成一系列子空间，将碰撞测试限定在两物体的重叠子空间中进行，并且在重叠子空间里的元素都按最大、最小来排序，从而进一步减小了测试时间。最坏情况下的处理时间是，是重叠区域单元面的总个数。)2/(*2NN*在 UG 装配环境中进行碰撞检测时可能发生的干涉情况有硬干涉、接触干涉和软干涉。所谓硬干涉是指两个实体之间存在重叠区域，一个实体进入了另一个实体的内部。所谓接触干涉是指两个实体之间处于发生硬干涉的临界状态，即表面相切的状态。所谓软干涉是在在程序中给所有实体的周围都建立一个包围盒，这个包围盒实际上是不存在的，是在算法中实现的，当两个实体的包围盒发生了硬干涉，而实体没有发生硬干涉和接触干涉的情况下，这种干涉情况称为软干涉。在 UG 装配环境下的碰撞检测，我们可以借助于 UG/OPEN API 来完成。通过UG/OPEN API，可以避开烦琐的干涉检查内部算法，只关注如何实现避开装配环境中的碰撞问题；虽然我们研究的是拆装工具的运动干涉实验，其工具不是机器本身的部件，但我们在做实验时可以简单的把工具作为机器的一部分来看待使其进行一定空间的运动。这样做可以提高程序的可扩展性和运行时的稳定性。在程序中根据我们的需要做出一些函数的接口，在需要的时候调用这些函数接口，使程序更加简洁明了。3.5 本章总结本章对干涉问题做了理论的研究，对静态干涉和动态干涉分别做了详细的理论研究，从而使读者对干涉问题有了更加清楚的认识。黑龙江工程学院本科生毕业设计21第 4 章操作界面的实现4.1 装配工具生成及操作空间检验考虑到现实的装配中，常用的操作工具有螺丝刀、呆扳手（死口扳手）和套筒扳手，为此专门设计了相应的界面，能方便的选择提供的各个系列常用尺寸的工具模型，实现螺丝刀工具模型、呆扳手工具模型和套筒扳手工具模型的检验模块。实际中的操作工具还含有其它的类型（比如梅花扳手、两用扳手等），为完善用户对工具模型的需要，另又专门设计一个模块：用户自选工具模型，使用户能选择本系统已提供的工具模型之外的自建工具模型，去实现相应的操作空间检验。软件系统总功能框架如图4.1 所示。图 4.1 软件系统总功能框进行操作空间检验的过程是：首先选择所需操作工具模型，而后把其定位到待测装配件的待测位置紧固件上，再进行相应的操作空间检验，最终得到操作空间信息。如图 4-2 所示。下面就四个模块分别作以介绍。4.1.1 螺丝刀工具模型检验模块常用的螺丝刀有两种类型：十字形和一字形。螺丝刀工具模型的主要参数包括：刀杆直径和长度；刀柄直径和长度。用户首先选择螺丝刀模型，而后把螺丝刀定位到黑龙江工程学院本科生毕业设计22所需的检测位置处的紧固件上，再去进行干涉检验。由于螺丝刀转动是绕其自身轴线转动，且是轴对称的，所以不必进行动态干涉检验，只需进行一次静态干涉检验即可。若螺丝刀模型与周围部件（此处的紧固件除外）占有共同的空间，则表示发生干涉，即没有操作空间；若检查结果不干涉，则表明有操作空间进行装配。单击静态干涉检验按钮，系统会给出检验结果。图 4.2 工具操作空间检验流程4.1.2 扳手工具模型检验模块呆扳手有单头和双头两种类型，同样按图 2 所示，选好扳手模型，正确定位后再去进行干涉检验。软件系统会有相应的向导，一步步提示用户进行简单的操作。扳手不同于螺丝刀，螺丝刀只要不和周围物体发生静态干涉，就可以绕着轴线进行旋转，而扳手模型旋转轴垂直于其旋转平面，旋转过程中随时可能和周围物体发生动态干涉，动态干涉检验是要检查扳手模型从一个刚好与周围某物体不发生干涉的位置到另一个刚好不发生干涉之间的不发生干涉的最大范围空间。工具初始位置满意后，则可进行动态干涉检验。进行动态干涉检验时，软件提供了三种灵活的检测方式：自动检测、手动检测、指定位置检测。1) 自动检测黑龙江工程学院本科生毕业设计23自动检测是工具模型绕转动轴自动旋转一周，边转动边检测，并能即时提示每个位置的干涉检验信息，最后给出一周内最大的操作空间。关于步长的选取，直接影响计算量。步长越小计算量就越大，但检验精度也越高；步长太大，计算量小但漏检的可能性就越大，也就是说可能在某些位置发生了碰撞而没有检测到。其自动执行过程如图 4.32) 手动检测自动检测是为了快速得到操作空间检验结果；手动检测是为了用户能灵活的单步执行后查看每一步的检验情况。可进行步长设置和相应的单步检测，并能提示执行次数、转过角度和每步检验结果，而且还能把和工具发生干涉的部件加亮显示，让用户知道每个干涉位置和哪些部件发生干涉。其执行流程如图 4.4 所示。图 4.3 自动检测流程图 4.4 手动检测流程3) 指定位置检测自动检测是一周内的检测，有时需要在一指定的空间内进行检测，得出此位置处工具的操作空间。先设置步长、调整工具位置，而后进行检测。其执行流程如图 4.5所示。4.1.3 套筒扳手工具模型检测模块套筒扳手工具模型的干涉检验和普通扳手的干涉检验类似，相关流程可以参考扳手工具模型检验模块的内容。黑龙江工程学院本科生毕业设计24图 4.5 指定位置检测流程图4.1.4 用户自选工具模型检测模块用户根据自己的实际需要，可建立一些工具模型（如梅花扳手、两用扳手等），用其进行操作空间检验。首先用户查找选择自己的工具模型，而后进行导入与定位操作。前面的螺丝刀工具模型和呆扳手工具模型，采用了统一建模，方便了用户的定位过程。为在此处也方便用户的定位操作，用户需在工具模型上设置一基准轴（作为转动轴线和定位需要）和一基准面（选工具底面，作为定位需要），程序会自动按 UG 特征查询用户所设置的基准轴和基准面，用户只需按定位向导进行简单操作，便可把工具模型定位到紧固件上。但由于一个基准轴和一个基准面并不能完全限制工具模型的自由度，其绕轴线转动的自由度没有被限制，所以定位后工具模型的卡口可能与螺栓头等的侧面出现配合不好，用户可点击旋转调整初始位置按钮，对其连续调整，直到满意为止。而且还可点击轴向调整位置，系统会按滑动条所设置的距离自动调整工具位置，而后则可进行干涉检验。其操作流程与扳手模块的一致，可参考扳手模型检测模块中所述，此处不再详述。4.2 装配工具操作空间检验模块由装配分析总界面点击相应按钮，进入操作工具空间检验模块主对话框界面。可黑龙江工程学院本科生毕业设计25看到 4 个按钮：螺丝刀工具模型、扳手工具模型套筒工具模型和用户自选模型。鼠标点击分别进入螺丝刀模型检验模块、扳手模型检验模块和用户自选工具模型检验。4.2.1 螺丝刀模型图 4.7 螺丝刀操作对话框进入此模块对话框后，可看到有两个系列的螺丝刀模型供选择：刀口十字形和刀口一字形。分别使用于不同头部类型的螺钉。选择某个尺寸类型的螺丝刀模型后，接着进行以下操作：导入与定位导入与定位按钮：点击此按钮后，所选工具被自动加载到当前待测装配体，程序会给出几步的提示信息引导用户进行工具装配操作，并且删除按钮和静态干涉检验按钮变得可用，自己被禁用。删除删除按钮：取消刚才的工具定位操作，导入与定位按钮变得重新可用，以便与重新对工具定位，静态干涉检验按钮暂时不可用，自己被禁用。图 4.6 工具操作空间检验总界面黑龙江工程学院本科生毕业设计26反向反向按钮：反向调整螺丝刀模型的位置。静态干涉检验静态干涉检验按钮：开始进行螺丝刀模型的操作空间检验，并弹出对话框，上面是检验结果的提示信息。因进行的是静态干涉检验，较简单。若检测到螺丝刀模型和周围装配体占有共同空间发生静态干涉，则弹出对话框提示没有足够的操作空间；否则对话框提示有足够的工具操作空间用来进行装配。本按钮初始状态不可用，工具定位操作执行后才变得可用。4.2.2 扳手操作模型进入此模块对话框后（如图 4.8 所示），可看到有 2 个常用类型的扳手系列可供选择：单头呆扳手；双头呆扳手。选择某个尺寸类型的扳手模型后，导入工具选项会变亮，其选项变得可用，接着按照每步后的提示进行以下操作：图 4.8 扳手操作对话框导入与定位导入与定位按钮：点击此按钮后，所选工具被自动加载到当前带侧装配体，程序会给出几步的提示信息引导用户进行工具装配操作，并且删除按钮和进行动态干涉检验按钮变得可用，自己被禁用。删除删除按钮：取消刚才的工具定位操作，导入与定位按钮变得重新可用，以便与重新对工具定位，进行动态干涉检验按钮暂时不可用，自己被禁用。黑龙江工程学院本科生毕业设计27进行动态干涉检进行动态干涉检验按钮：弹出新的对话框，上面要求输入步进角度值，还有三个检验方式按钮：（1）自动检测：自动检测：程序自动使扳手转动一周，对每一步进行检测，检测完后，弹出对话框，输出最大操作空间信息。图 4.9 扳手动态干涉检验对话框（2）手动检测手动检测：弹出新的对话框，上面要求输入转动角度新步长，以方便手动检测的操作。而后可以连续点击以下两个按钮进行检测判断：正传至下一位置正传至下一位置按钮：每点击一次，会提示当前是第几次按下次按钮和转过的角度值，以及每步的检测信息。反传至下一位置反传至下一位置按钮：每点击一次，会提示当前是第几次按下此按钮和转过的角度值，以及每步的检测信息。（3）指定位置检测指定位置检测：在一指定的空间内进行检测，得出此位置处工具的操作空间。黑龙江工程学院本科生毕业设计28图 4.10 扳手人工干涉检验对话框实例说明单头扳手对发动机缸盖罩拆装空间的检测：首先点击【人机工程】按钮，选择扳手工具模型，系统弹出扳手操作对话框，如图 4-8 所示，选择单头扳手系数，点击【选择紧固件】按钮，弹出如图 4.11 所示的选择待检测位置的紧固件，此时选择螺栓、螺栓侧面和螺栓接触面。图 4.11 检测位置提示对话框此时扳手将被加载到如图 4.12 所示的位置，图 4.12 工具加载位置对话框点击【进行动态干涉检测】，系统弹出如图 4.13 所示的对话框，对步长进行设置，黑龙江工程学院本科生毕业设计29图 4.13 扳手干涉对话框点击【自动检测】按钮，系统将自动进行检测，结果输出如图 4.14 所示，图 4.14 检测结果图至此完成扳手的自动检测，系统显示扳手的最大操作角度为 180 度。其他扳手的检测方式按提示操作，便可以得到相应的要求结果。对于步长的选取应根据要求进行选择，步长的数值大则可以加快检测的时间，步长数值越小，检测的精度越高。4.2.3 套筒工具模型进入此模块对话框后，可以直接点击“选择紧固件”按钮来选择紧固件并自动根据紧固件尺寸选择航标对应尺寸的工具，也可以先在工具尺寸选择下拉列表中选择工具的尺寸，在点击“导入工具”按钮进行人工选择。选择紧固件选择紧固件按钮：点击此按钮后，会提示用户选择要进行干涉检验的紧固件、紧固件的侧面、紧固件的顶面或紧固件的安装面。当选择完毕后，会自动选择相应尺寸黑龙江工程学院本科生毕业设计30的工具并且自动配合到位。具体选择方法参考扳手的紧固件选择方法。图 4.15 套筒工具模型检验对话框导入与定位导入与定位按钮：点击此按钮后，所选工具被自动加载到当前待测装配体，程序会给出几步的提示信息引导用户进行工具装配操作，并且删除按钮和进行动态干涉检验按钮变得可用，自己被禁用。删除删除按钮：取消刚才的工具定位操作，导入与定位按钮变得重新可用，以便与重新对工具定位，进行动态干涉检验按钮暂时禁用，自己被禁用。进行动态干涉检验进行动态干涉检验按钮：弹出新的对话框，上面要求输入步进角度值，还有三个检验方式按钮和两个数据存储按钮：（1）自动检测自动检测：程序自动使工具转动一周，对每一步进行检测，检测完后，弹出对话框，输出最大操作空间信息。（2）手动检测手动检测：弹出新的对话框，上面要求输入转动角度新步长，以方便手动检测的操作。而后可以连续点击以下两个按钮进行检测判断：正转至下一位置正转至下一位置按钮：每点击一次，会提示当前是第几次按下次按钮和转过的角度值，以及每步的检测信息。反转至下一位置反转至下一位置按钮：每点击一次，会提示当前是第几次按下次按钮和转过的角度值，以及每步的检测信息。（3）指定位置检测指定位置检测：弹出新的对话框，可以输入调整步进长度对已经导入的工具进行位置调整，使工具正好和零件不存在干涉，然后点击“正向检测”或“反向检测”按钮进行干涉检验。黑龙江工程学院本科生毕业设计31正向调整位置正向调整位置按钮：每点击一次，会按照当前调整步长正向（右手）旋转工具并且给出旋转后的干涉检验结果。正向调整位置正向调整位置按钮：每点击一次，会按照当前调整步长反向(左手)旋转工具并且给出旋转后的干涉检验结果。正向检测正向检测按钮：点击之后，会按照正向检测步长进行正向干涉检验。反向检测反向检测按钮：点击之后，会按照反向检测步长进行正向干涉检验。图 4.16 套筒干涉检验对话框图 4.17 套筒指定位置检验操作对话框实例说明套筒扳手对发动机缸盖罩拆装空间检测：首先点击【人机工程】按钮，选择套筒工具模型，系统弹出套筒操作对话框，选择如图 4-15 中套筒扳手系数，点击【选择紧固件】，系统弹出如图 4.18 所示的定位提示黑龙江工程学院本科生毕业设计32框，选择紧固件、紧固件侧面和紧固件接触面，图 4.18 检测位置对话框此时套筒扳手将被加载到如图 4.19 所示的位置，图 4.19 工具加载位置对话框点击【进行动态干涉检测】按钮，系统弹出如图 4.20 所示的对话框，对步长进行设置，黑龙江工程学院本科生毕业设计33图 4.20 套筒检测对话框点击【手动检测】按钮，进行手动检测，系统弹出如图 4.21 所示的手动检测对话框重新对步长进行设置点击【正转至下一位置】按钮，在每步提示信息中将出现检测结果，点击【反向转至下一位置】方法与上相同。至此完成手动检测。图 4.21 手动检测操作对话框4.3 本章小结本章一次给出了各个不同扳手的模块的使用方法，是用户使用的时候一目了然，大大的提高了用户使用的方便性。黑龙江工程学院本科生毕业设计34结论本设计基本上完成了预期的目标，读者通过对各章节的学习就可以对参数化建模和干涉的检查产生一个比较全面的了解，加深认识。通过以上全文的说明，可以实现以下功能：（1）对在自动检测的情况下拆装工具可以实现多少角度范围内的操作给出了清楚的数据；（2）对在手动检测的情况下在给定的范围内是否发生干涉给出了明确的显示；（3）在指定位置检测时，是否与周围的零件发生干涉和与那些零件发生干涉一目了然（与工具发生干涉的零件将会变亮）；（4）通过干涉的设计理念可以达到使读者明白干涉的原因，对干涉检测的使用功能更加理解；（5）可以使读者掌握参数化建模的方法。本课题做了简单的测试，基本上可以完成发动机的拆装工具与零件的干涉检测，基本上达到了设计目标。黑龙江工程学院本科生毕业设计35参考文献1刘继鹏.UG 在工业造型设计中的应用J.火控雷达技术,2001,(03).2徐国生.基于 UG 的三维参数化汽车冲模标准件库研究与开发D.湖南大学, 2004 .3桂林.基于 UG 的模块化产品设计集成系统研究D.国防科学技术大学,2003.4徐凯,张裕中. CAD 二次开发技术()J.包装与食品机械,2004,(02).5魏润强；庞晓宏. UG 软件的二次开发工具D.中国航天科技集团四院 401 所.2003 年.6何金保.基于 UG 软件集成制造系统的研究与应用D.昆明理工大学,2005 .7朱德泉,周杰敏,俞建卫,焦明华.基于 UG 平台模具 CAD 系统开发技术J.机械工程师, 2005,(10). 8陆宇旻,韦克安,范菲菲,黄书楼,崔鑫,郑路,沈燕.UG 二次开发技术的研究A.广西计算机学会 2004 年学术年会论文集C.2004 .9蒋后仲.UG 在产品设计中的应用A.中国电工技术学会低压电器专业委员会第十一届学术年会论文集C.2002 .10楚丁,彭宗锦.C+虚拟继承状态下对象复制语义的分析研究J.成都信息工程学院学报, 2007,(05). 11王文东,李竹林,尚建人.汇编语言与 C 语言的混合程序设计技术J.计算机技术与发展, 2006,(08).12楼明珠.C 语言程序设计的教学探讨J.科技广场, 2007,(10).13马勇.C 语言程序设计课程教学研究J.辽宁经济职业技术学院(辽宁经济管理干部学院学报),2010,(02).14 穆塔里夫阿赫迈德.张年松郑力.加工中心虚拟装配建模及装配干涉D.现代制造工程.2002.15何磊.系统框架零件的 CAD/CAM 集成制造技术研究D.四川大学,2005.16潘春荣,罗庆生.基于 UG 软件 CAD/CAM 功能的应用研究J.机械设计与制造, 2005,(01).17李晓冰,王延斌.UG 在模具设计与制造中的应用J.机械工程师,2002,(07).18李国萍,王少宇.使用 UG 软件建模的技巧J.工具技术, 2002,(08).19张鹏伟.UG NX 应用技巧拾零J.CAD/CAM 与制造业信息化,2005,(01).20尹显明.UG 软件在客车设计开发中的应用D.机械 2000（S1）.黑龙江工程学院本科生毕业设计3621彭岳华,盛治华.基于 UG 软件开发平台的汽车产品开发J.计算机辅助工程, 2002, (03).22宋建军,杜诗文,闫献国.汽车虚拟设计中 UG 的应用J.太原重型机械学院学报, 2002,(02) .23王从宅 .虚拟装配中的路径规划及操作空间分析D.燕山大学.2010.24姚永玉,李凌.基于虚拟装配技术的连杆机械手运动干涉研究J.装备制造技术, 2009, (03).25 赵勇,徐诚,产品装配设计的干涉检查D.南京理工大学.南京.1999.26 周学辉.面向虚拟装配的轴系产品干涉检验技术的研究和开发D. 2010.27张宝庆,孙立,杜克.数控加工仿真中干涉检验仿真模型的简化D.长春理工大学.2004.28朱洪敏,武殿梁,甄希金,范秀敏.面向交互操作的虚拟工具建模与操作技术D. 上海交通大学机械与动力工程学院.2010.29Luc Laperrire,Dr Hoda A. ElMaraghy. Assembly sequences planning for simultaneous engineering applicationsJ.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 1994,9, (4).30Jami J. Shah,Mary T. Rogers. Assembly modeling as an extension of feature-based designJ.Research in Engineering Design, 1993,5,(3-4).31Research on Product Digital Assembly Simulation Technology Proceedings of the Second Asia International Symposium on MechatronicsC.2006.黑龙江工程学院本科生毕业设计37致谢本课题是在指导老师李荣的悉心指导下完成的。老师渊博的学识、严谨求真的治学风范以及兢兢业业的工作作风，给我留下了深刻的印象。从最初的开题报告和文献综述到最终指导我完成毕业设计，都对我进行了辛勤指导。尤其是在系统设计结构、功能实现的那块。在李老师的帮助下，我从一点不知到了解系统开发的初步知识直至能开发出简易系统。在设计即将完成之际，我谨向我的指导老师李荣致以最真诚的感谢！另外还要感谢实验室老师给我开设的方便，让我可以随时去测量发动机，感谢所有老师对我大学的教育。黑龙江工程学院本科生毕业设计38附录附录 AUG NX Summarized AccountIntroduction to UG NX UG NX is American Unigraphics Solutions (UGS) companys PLM offering for the core components. UGS company is an American a global supplier of MCAD. PLM Solutions provide a powerful vitality of product lifecycle management (PLM) solutions, including product development, manufacturing, planning, product data management, e-commerce product solutions, but also offers a complete suite of services for product improvement. UG to the automotive and transportation, aerospace, consumer goods, General Engineering and electronic industries through its virtual product development (VPD) provide Multipole, integrated,enterprise-class products and services, including software, and a complete solution.CAD/CAM/CAE three systems tightly integrated. Users use the UG powerful solid modeling, surface modeling, virtual Assembly and create functions such as engineering drawings, you can use the CAE module for finite element analysis, kinematic analysis and simulation, to improve the design of reliability; according to the established 3D model, but also by CAM module directly generate CNC code, for product processing. Flexibility in the way of modeling. Composite modeling technology, is solid modeling, surface modeling, wireframe modeling, display the geometric modeling and parametric modeling. Parameter-driven, intuitive, easy to modify the image. Surface design for non-uniform rational B-spline curve-based, you can use several methods to build a complex surface, powerful. A good second development environment, users can use a variety of ways for the second development. Knowledge-driven automation (KDA), facilitate access to and reuse of knowledge. A brief, post processing both CAM software, its main purpose is to build components in the machine tool path (cutting). Generally speaking, you cannot directly transfer CAM software internally generated by the tool path to machine processing, because each type of machine in t

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