第三节 计算机辅助装配工艺设计(CAAP).doc

第三节 计算机辅助装配工艺设计（CAAP） 一、概 述 在一个产品的寿命循环中，装配是个很重要的环节。装配的工作效率和工作质量对产品的制造周期和产品的最终质量都有着极大的影响。据有关资料介绍，装配工作成本占总制造成本的（4050）左右。随着新技术、新工艺、新材料的发展，高速加工和强力切削技术广泛应用于加工过程中，使得加工时间（包括辅助时间）不断缩短，装配时间就成了影响制造周期的主要因素。随着数控机床的广泛应用，零件的加工精度已不再依赖于工人的技术水平，但装配工作却仍是以人为主，主要依赖于工作人员的技艺水平。因此，装配质量又成了提高产品精度的瓶颈环节。直到目前，研究人员都把精力放在加工工艺规程编制方面，有关CAPP的文献资料很多，反映了研究人员对加工工艺规程编制的重视。但是，人们对装配工艺的研究却很不够，利用计算机进行装配工艺设计成了现代制造系统计算机应用的难点。提高装配的工作效率和工作质量，降低装配成本，提高装配的自动化程度，利用计算机进行装配工艺设计（CAAP，Computer Aided Assembly Planing），利用计算机进行装配过程仿真来研究产品的可装配性都是今后应大力研究的内容。图3-3-1为一装配工序，装配工序中的方框可以是个零件，也可以是个部件，如果是个部件，则有与该部件相应的更下一层的装配工序，而每个装配工步中又包括针对每个零件的装配动作，或更下层的子部件的装配工步。经过这样层层分解，最后得到的是各个零件的装配动作（装配的最小单元）。图3-3-1 装配工序、工步和动作二、计算机辅助装配工艺设计的内容计算机辅助装配工艺设计一般应包括下列内容：1、确定零件的装配顺序； 2、研究零部件的可装配性； 3、装配过程模拟； 4、确定装配设备和器具； 5、确定装配线的节拍； 6、装配机械手编程； 7、计算装配时间； 8、确定各装配工位零件储存量； 此处，我们只介绍利用“拆卸”原理确定零部件装配顺序的方法。三、零部件装配顺序的确定 利用计算机确定装配顺序常采用“拆卸”原理。为此，应该做如下两个假定：1、装配和拆卸是一对相反的过程，遵循先装后拆的原则；2、装配时零件的“进入”方向与拆卸时零件的“退出”方向相反，只要可以拆卸，就可以装配。 在上面两个假定下，我们可以通过研究零部件的拆卸过程来确定产品的装配顺序。首先，将装配图用一个功能联接图来表示。通过对功能联接图的搜索，确定所有可以独立成为一个装配单元的部件及组件，再进一步确定各部件或组件内零件的装配顺序。功能联接图是个网络图，网络图由两种元素组成，节点表示一个零件或一个部件，节点之间的连线表示零件之间的连接关系。在一个装配中，零件按其作用可以分成两大类，一类称为功能零件，另一类称为紧固件。功能零件是功能原理和结构所要求的零件，而紧固件的作用则是保证系统的正常工作（不至于在力的作用下发生零部件的分离），这两种零件在网络图中用不同的符号来表示。图3-3-2表示了一个简单的装配和它的功能联接图（圆圈表示功能件，三角形表示繁固件）。图3-3-2 一个简单的装配和它的功能联接图 为了利用计算机自动寻找零部件拆卸方向，功能联接图的每个连线都伴随着一个矩阵（称为半自由度矩阵），用来表达零件的自由度和自由度的方向。为了达到这个目的，采用了“半自由度”的概念。也就是说，一个物体在空间有12个“半自由度”，其中沿3个坐标轴正负方向的6个移动“半自由度”和绕3个坐标轴的6个回转“半自由度”。利用“半自由度”的概念，就可以方便地描述零件的可“拆卸”方向（如果某一个移动“半自由度”的方向与定位表面的法向矢量同向，则认为这个零件的拆卸在方向上是可能的）。图3-3-3表示“半自由度”的定义，并给出一对简单零件的装配和相应的“半自由度”矩阵（0表示自由度未被限制，1表示自由度被限制）。 图3-3-3 “半自由度”的定义 由图3-3-3的“半自由度”的定义可以看出，沿着y铀和Z轴和8个“半自由度”均被限制，就不可能有沿着这8个“半自由度”方向拆卸的可能性。 在整个产品的功能联接图画完后，可以根据一定的规则计算感兴趣的功能关系连线的总和矩阵，再根据总和矩阵中元素的形态，按照一定的搜索规则来确定各个子装配（或可以独立存在的部件）。最后的步骤是确定拆卸顺序并研究零件的“可进入”性。确定拆卸顺序可以分三步进行：第一步识别所有紧固件，第二步确定紧固件的拆卸顺序，第三步拆卸所有零件和部件。确定拆卸顺序（采用的是专家规则，这样可以避免爆炸性的拆卸顺序组合。零件或部件的“可进入性”有两层意思：第一层意思是“进入”的方向应合