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        數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)У拈_發(fā)與應(yīng)用研究

        2016-12-28 10:01:43高云霞上海航天控制技術(shù)研究所上海市閔行區(qū)201109
        低碳世界 2016年5期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用產(chǎn)品

        程 浩,高云霞,韓 笑,花 劍(上海航天控制技術(shù)研究所,上海市閔行區(qū)201109)

        數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)У拈_發(fā)與應(yīng)用研究

        程 浩,高云霞,韓 笑,花 劍(上海航天控制技術(shù)研究所,上海市閔行區(qū)201109)

        裝配作為制造過程中形成產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)之一,其質(zhì)量直接影響了產(chǎn)品性能,大量資料表明,工業(yè)化國家產(chǎn)品生產(chǎn)過程中有超過30%的人力在從事與裝配有關(guān)的活動,可見裝配問題是產(chǎn)品成本居高不下的重要原因。數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)技術(shù)是虛擬設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),當(dāng)前已成為研究的熱點(diǎn)。鑒于此,本文從不同角度針對數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)У拈_發(fā)與應(yīng)用展開分析。

        數(shù)字化;裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?;開發(fā)

        數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)技術(shù)是虛擬設(shè)計(jì)、敏感設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,近年來受到了學(xué)術(shù)與工業(yè)界人士的極大關(guān)注。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)過程中非常關(guān)鍵的一環(huán),目前已經(jīng)成為人們研究及關(guān)注的焦點(diǎn)。但是在數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,通用平臺中的數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,其應(yīng)用過于分散,無法將經(jīng)驗(yàn)與知識合理應(yīng)用到設(shè)計(jì)工作中,因此產(chǎn)品開發(fā)與改進(jìn)速度非常慢。

        1 數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)流程

        數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的活動,涉及到功能、性能分析及概念設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié),數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一,是一個從抽象裝配方案發(fā)展到具體化的過程。常用的數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)方法有兩種,分別為自底向上和自頂向下設(shè)計(jì)方法。

        1.1 自底向上設(shè)計(jì)方法

        這種設(shè)計(jì)方法是傳統(tǒng)CAD軟件中常用的一種方法,其主要思路在于先對不同零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),然后通過對約束條件的利用將需要配合的零部件進(jìn)行裝配,所以在模型裝配的過程中應(yīng)該對零件進(jìn)行干涉檢查,并及時消除最初設(shè)計(jì)中存在的不匹配問題。例如:零件與零件之間產(chǎn)生干涉、零件不能裝配等問題(如圖1所示)。從圖中可以看出,這種設(shè)計(jì)方法缺乏對全局的考慮,設(shè)計(jì)過程中有很多重復(fù)工作,從零件設(shè)計(jì)一直到總體裝配設(shè)計(jì),并不支持由概念到全局的詳細(xì)設(shè)計(jì),過程中信息傳遞不通暢,尤其是部件之間裝配關(guān)系很難實(shí)現(xiàn)完整的描述。但是其優(yōu)點(diǎn)主要在于操作方便,目前CAD系統(tǒng)普遍支持。

        圖1 自底向上設(shè)計(jì)流程圖

        1.2 自頂向下設(shè)計(jì)方法

        這種設(shè)計(jì)方法的出發(fā)點(diǎn)在產(chǎn)品的功能要求上,結(jié)合產(chǎn)品的性能要求確定產(chǎn)品整體布局及裝配方案,然后展開零部件的裝配設(shè)計(jì),最后進(jìn)行干涉檢查分析,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì)(流程圖如圖2)。①應(yīng)明確設(shè)計(jì)要求,對產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能、結(jié)構(gòu)等加以分析,理解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路;②產(chǎn)品配置與結(jié)構(gòu)定義,查找可以借鑒的平臺,定義新產(chǎn)品設(shè)計(jì),明確零部件庫中哪些零部件可以直接使用,哪些需要進(jìn)行全新設(shè)計(jì);③產(chǎn)品概念設(shè)計(jì);④產(chǎn)品裝配序列及路徑規(guī)劃;⑤產(chǎn)品裝配坐標(biāo)系定義;⑥裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);⑦產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)檢查;⑧產(chǎn)品性能仿真分析;⑨產(chǎn)品設(shè)計(jì)輸出。

        圖2 自頂向下設(shè)計(jì)流程圖

        2 數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)гO(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2.1 數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)Э傮w設(shè)計(jì)

        本次開發(fā)的數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?,從總體上可以分成交互式用戶界面層、應(yīng)用模塊層及支撐環(huán)境層三個層次。在這個框架中,交互式用戶界面位于最頂端,用戶通過交互式用戶界面實(shí)現(xiàn)與向?qū)У慕换?,并完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用模塊位于中間,是為了完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)出來的功能模塊;支撐環(huán)境層位于最底層,是為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滿足設(shè)計(jì)需要的支撐模塊,其中還包括靜態(tài)干涉檢查、UG軟件裝配等模塊。

        2.2 數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)У膶?shí)現(xiàn)

        數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)钱a(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的子模塊,主要利用VC++6.0系統(tǒng)工具來實(shí)現(xiàn)對話框的調(diào)用,同時利用專用數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)開發(fā)出一條完全集成于UG的子模塊。向?qū)г趯?shí)現(xiàn)過程中,利用VC++6.0系統(tǒng)空間設(shè)計(jì)對話框,并利用UG/Open API和C++函數(shù)來說實(shí)現(xiàn)對話框中不同空間的功能,經(jīng)過鏈接編譯以后生成動態(tài)鏈接dll文件,利用Menu Script功能模塊來實(shí)現(xiàn)UC軟件系統(tǒng)菜單的編輯和修改,最后通過菜單中的actions語句,使UG菜單和dll文件的無縫集成得到實(shí)現(xiàn)。同時,在菜單與對話框集成實(shí)現(xiàn)過程中,利用菜單激發(fā)應(yīng)用方式,實(shí)現(xiàn)cpp文件中生命激活應(yīng)用的列表結(jié)構(gòu),程序編譯鏈接以后,只要點(diǎn)擊“裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)А辈藛伟粹o,就可以激發(fā)出對話框界面。

        3 數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)?yīng)用實(shí)例

        飛機(jī)制造工作是一項(xiàng)周期性的工作,尤其是對于裝配工作來說,不僅工作量非常大,運(yùn)轉(zhuǎn)周期也比較長,操作非常復(fù)雜。為了提高裝配效率,需要對相關(guān)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行優(yōu)化。從當(dāng)前飛機(jī)制造現(xiàn)狀來看,數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)С蔀轱w機(jī)裝配工作的主要發(fā)展趨勢,數(shù)字化技術(shù)為飛機(jī)裝配工作提供了良好的技術(shù)支持,數(shù)字化裝配不再受到設(shè)計(jì)制造技術(shù)的束縛。

        3.1 相關(guān)設(shè)計(jì)要素分析

        基于數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的飛機(jī)設(shè)計(jì),首先應(yīng)有效選擇裝配位點(diǎn),針對裝配位點(diǎn)展開有針對性的設(shè)計(jì),使裝配制造環(huán)節(jié)的工作量得到控制,有效提升零部件的性能,使零部件外形和設(shè)計(jì)目標(biāo)相一致。因?yàn)閿?shù)字化裝配方式和手工方式差異較大,利用數(shù)字化裝配方式進(jìn)行操作時,需要利用自動化方法進(jìn)行,合理校正基準(zhǔn)孔,促進(jìn)飛機(jī)裝配率及精度的提升。因?yàn)轱w機(jī)分離面可以分成設(shè)計(jì)和工藝分離兩部分,所以在裝配過程中應(yīng)充分結(jié)合實(shí)際需求,對分離面展開細(xì)致規(guī)劃,這樣分離面操作才能更加規(guī)范、便捷。裝配過程中應(yīng)注意力學(xué)變化的考慮,如果利用不同方式進(jìn)行連接,應(yīng)利用不同的方法測定基準(zhǔn),還要合理把握不同制造工具的設(shè)計(jì)要求,保證設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相匹配。

        3.2 飛機(jī)轉(zhuǎn)向器的類型

        轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中最為重要的部件,其作用在于增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的力及轉(zhuǎn)變力的傳遞方向。駕駛員利用轉(zhuǎn)向器可以對較大的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行控制,性能上來看是非常可靠、安全的。轉(zhuǎn)動方向盤時,轉(zhuǎn)向器可以結(jié)合方向盤的轉(zhuǎn)動比例來輸送油量,轉(zhuǎn)向器在應(yīng)用過程中具有操作靈活、結(jié)構(gòu)輕便、安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn),可以利用很小的力矩進(jìn)行連續(xù)無極控制轉(zhuǎn)動,對回路及主機(jī)進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)向器的類型非常多,按照助力形式可以分成液壓動力式、氣壓動力式、電動助力式等種類。

        3.3 向?qū)г谵D(zhuǎn)向器數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        從助力式轉(zhuǎn)向器的工作原理中可以看出,轉(zhuǎn)向器在工作中將轉(zhuǎn)閥受油壓轉(zhuǎn)化為活塞的運(yùn)動,該轉(zhuǎn)化過程主要利用齒輪齒條傳動來完成。裝配轉(zhuǎn)向器時,閥芯和齒輪主要利用軸套和銷連接在一起,活塞和齒條利用活塞矩形油封、活塞擋圈連接在一起,在受到油壓所用轉(zhuǎn)動力矩以后,閥芯將力矩傳到齒輪上,然后通過齒輪齒條的嚙合,活塞做直線運(yùn)動,產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助力,通過這種方式達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。可見,在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)時,齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了非常關(guān)鍵的作用,其傳動性能好壞直接影響了轉(zhuǎn)向器性能的優(yōu)劣。

        4 結(jié)語

        綜上所述,在裝配設(shè)計(jì)中數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié),本文主要對裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡單分析,然后結(jié)合具體實(shí)例分析了數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)ч_發(fā)與實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目中結(jié)合飛機(jī)轉(zhuǎn)向器的應(yīng)用,具體闡述了轉(zhuǎn)向器的類型,結(jié)合液壓助力式轉(zhuǎn)向器中齒輪齒條的裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),針對數(shù)字化裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向?qū)У膽?yīng)用進(jìn)行了簡單的說明,充分驗(yàn)證了向?qū)г谠O(shè)計(jì)工作中的價值。

        [1]周高明,郭連水.導(dǎo)彈總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主模型技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程師,2011(2):35~38.

        [2]王彥超,褚學(xué)寧,儲德新,孫習(xí)武,王聞杰,郭立杰.基于Vis-Mockup的空間對接機(jī)構(gòu)數(shù)字化裝配系統(tǒng)開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(10):184~186.

        [3]董 亮,余劍峰,李 原,王延平,張 杰.3D環(huán)境下飛機(jī)裝配工藝規(guī)劃與仿真一體化模型[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012(6):1158~1167.

        [4]周錦佳,陳 旭,張 斌,楊 誠.面向數(shù)字樣機(jī)的知識獲取技術(shù)及知識工程系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代制造工程,2009(7):103~106+134.

        [5]南風(fēng)強(qiáng),劉婷婷,張友良,汪惠芬,張林林.網(wǎng)絡(luò)協(xié)同數(shù)字化預(yù)裝配系統(tǒng)中的協(xié)同技術(shù)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008(23):6418~6423.

        TH163

        A

        2095-2066(2016)05-0222-02

        2016-2-1

        程 浩(1988-),男,助理工程師,碩士,主要從事工藝工作。

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