基于Pro／ENGINEER的虚拟装配过程仿真

第17卷第4期 2005年12月 甘肃科学学报 0I17 005 基于执元，郭俊锋，冯瑞成，剡昌锋 (兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州 730050) 摘 要： 在能表现装配之前和 之后的状态，通过何种路径进行装配无法体现，所以对装配过程中零部件间的干涉和碰撞无法进行 检查为此，以出了在而实现了虚 拟装配过程仿真 关键词： 拟装配；仿真；干涉碰撞 中图分类号：献标识码： A 文章编号：10040366(2005)04005304 hiunui30050，be O be ow is in of in of 床是机械加工制造业的主要加工设备，要提 高机床的加工质量、加工精度和生产效率，缩短机床 产品的开发时间，降低开发成本以及提高性能和质 量，必须要保证机床的设计和装配质量众所周知， 装配是产品生命周期的一个重要环节，是产品功能 实现的主要过程良好的装配设计和装配性能，对保 证产品质量和可靠性，降低产品成本和提高竞争力 具有十分重要的意义所以在产品开发过程中， 对装配问题考虑得越早，所获取的质量、成本和时间 就越明显随着信息技术和制造业信息化的飞速发 展，虚拟装配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我们旨在基于 (件平台对系统实现虚拟装配过程仿真 的、高效的、高精度的棒料加工车床主要用于钢 收稿日期；2004一对热轧或经热处理的棒料表面进行连续切削，经 济的除去表面脱碳层、裂纹，以生产表面无缺陷的、 具有较高尺寸精度、同心度和较低表面粗糙度的光 亮钢材其主轴系统工作原理如图1所示，空心轴前 1 4 锥面2 3 4 5 6 7 8 9 1 12 13 14 15 1 砣舶3 204 205 图1 主轴系统原理 维普资讯 科学学报 2005年第4期 后分别由2个和一个角接触向心球轴承4、6和13 支撑；动力的传人是由直齿圆柱齿轮和空心轴的键 联结实现的；当加工不同直径的工件时，实现刀具的 调整机构为：四刀体的后尾有40。的外锥面，该4个 锥面均与调刀套的40。内锥面接触，调刀套在调刀 蜗轮蜗杆及丝杠螺母机构驱动下沿轴向移动，即通 过40。锥面使4把刀体沿径向同步走刀零部件明细 表如表1所示 表1零部件明细表 序号 1 2 3 4 5 6 7 零件名称 序号 8 9 10 11 12 13 14 零件名称 序号 15 201 202 203 204 205 零件名称 刀盘 调刀机构 平键 轴承 挡圈 轴承 密封圈 端盖 平键 齿轮 端盖 空心轴 轴承 端盖 螺栓 调刀套 轴承 挡圈 轴承 端盖 1虚拟装配路径规划 产品的装配路径规划主要采取了“可拆即可 装”2的原则一旦确定了进行虚拟装配的对象，用 这种方法是很直观方便的 在确定装配路径时是有一定规律可循的也就 是，必须装配完成一个零部件后，再根据已装配好的 装配体和下一步需要装配的零部件的特点确定其装 配路径，以避免发生干涉和碰撞 在中的为路径 的规划和干涉与碰撞的问题是不可分的产品的结 构图(以基准特征(含基准平面、基 准点、基准坐标系统、轴线、曲线)及曲面来创建零组 件之间的结构此结构可以用来定出产品中各零部 件的配合位置，用来分析产品的设计、规划基本的空 间设计需求、决定重要的长度一旦创建好结构图， 它也可成为产品装配的构架，各零部件可借助结构 图来进行装配，而不是零件间相互装配，因此可以减 少装配中零件间的“父子”关系，且该方式易于在组 件中进行零件的替换(隐藏( 产品的结构图也可以用来控制零件的移动，因 为零件是被结构图所约束，故修改结构图也可驱动 零件，并且用来检测零件之间的间隙以及是否有干 涉优点包括： (1)避免零件装配间的“父子”关系； (2)可使设计及修改组合件变得较容易，且适 合在大型组合件中整合各部门所设计的次组合件； (3)可利用(4)能够分析整个装配件关键性尺寸 组合件的结构图以简单的几何线条来象征一个 复杂的几何结构，可视为一个3计 由以上所述得出轴、调刀机构和刀盘装配路径规划如图2所示 路径3 路径2 路径1 图2 主轴、调刀机构和刀盘装配路径规划 2虚拟装配过程仿真的实现 21虚拟装配过程仿真的实现方法 利用中的结构图模块r (以 实现机构的仿真和尽量减少装配中的父子关系的出 现，把这一功能应用于装配过程中并结合 在组合件的动态仿真例如，主轴和调刀机构的装配过程仿真 实现如下： 在主轴的某 一点使主轴的面如图36所示) 而1 3 主轴 图4调刀机构 维普资讯 ：基于5 调刀机构路径5过程仿真 而后在40， 一30 if 2 dl is 20”(假如20) 图6装配结果 样，当发生干涉(dl，仿真停止(因为 = 而出现“dl is 20”的提示，修改 1后(20)仿 真才能继续下去 为防止条件设定的不充分，可以在任何时间利 用的样，我们可以 尽可能地在碰撞和干涉条件，如果干涉条件的设定比较复杂 而不宜全面考虑时，就可放松干涉条件的设定而在 装配仿真的过程中，如果我们怀疑在某个环节可能 会出现碰撞或干涉时，我们就可以时时利用 3主轴、调刀机构和刀盘的虚拟装配 31虚拟装配过程的程序流程圈 根据上述仿真和干涉碰撞原理可得虚拟装配过 程的程序流程图如图7所示 回 1计数器(用以计算仿真的步数)；l 为装配完成后路径的长度量(表示干涉或碰撞) 维普资讯 2主轴、调刀机构和刀盘的虚拟装配过程 主轴、调刀机构和刀盘的虚拟装配过程如图8 11所示 螺钉刀 图8装配开始时的状态 图1于的次开发可以形象地体现出虚拟装配过程，并能够 实现虚拟装配过程的干涉和碰撞检查，有利于保证 设计的合理性 4 结论 (1)在仿真，体现出了虚拟装配路径，改进了系 统中只有装配前和装配后两种状态的缺点 (2)通过二次开发实现了装配过程中碰撞和干 涉的报警以及人机交互解决干涉碰撞的问题 (3)为对虚拟装配进行深入研究打下基础6 在此基础上可以展开如下研究：对主要装配体进 行装配应力分析，选取零部件最合理的公差配合，提 高装配质量和性能通过虚拟装配，对装配后零件 的变形、性能进行预测，便于反馈修改其设计提高装 配性能对主要部件或整机进行可装配性评价和 上述实例对调刀机构和刀盘的虚拟装配过程实现了仿真，并实 现了虚拟装配过程中的碰撞和干涉检查由此可得， 图9调刀机构装配完成时的状态 图配仿真完成时的状态 性能分析，以简化产品结构，减少零部件个数，大幅 降低产品的制造费用和装配费用，缩短产品的制造 周期和装配周期，提高其装配和整机的性能 参考文献： 1杨建国可装配性设计M上海：中国纺织大学出版社，2001 2姚瑶虚拟装配理论与方法研究D北京理工大学博士学位 论文，2002 3 林清安北 京：清华大学出版社，2003 4 黄圣杰，张益三，洪立群M北京：电子工业出版社，2003 5 林清安础篇，高级篇) M北京：清华大学出版社，2003 6张林钟，童秉枢并行工程中的装配仿真系统及其关键技术研 究口计算机辅助设计与图形学学报，1999，)：163164 7高霄汉，张予川基于二次开发技术的通