楊龍?jiān)?+孔偉進(jìn)++梅林強(qiáng)++袁鳳如++曹高華

摘 要：以PTC公司的三維設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合自定向下設(shè)計(jì)技術(shù)，提出了一種基于平面的產(chǎn)品虛擬自動(dòng)裝配技術(shù)，并通過(guò)對(duì)裝配特征的分析，解決了基于平面裝配技術(shù)中裝配關(guān)系和零件偏距的問(wèn)題。結(jié)合Creo2.0給出的API函數(shù)，以VS2010為開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸承座的虛擬自動(dòng)裝配，驗(yàn)證了該技術(shù)實(shí)的可行性。

關(guān)鍵詞：平面；虛擬；自動(dòng)裝配；Creo2.0

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.105

0 引言

裝配技術(shù)不但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中占有重要地位，也是眾多高校和科研單位重要的研究方向。能否準(zhǔn)確、高效的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配成為制約產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要影響因素。但目前的三維設(shè)計(jì)軟件在進(jìn)行產(chǎn)品虛擬裝配時(shí)，繁瑣復(fù)雜的手工裝配嚴(yán)重降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率[1]。所以如何簡(jiǎn)化裝配過(guò)程、提高裝配速度，進(jìn)而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率成為了當(dāng)今急需要解決的問(wèn)題。

1 虛擬裝配技術(shù)

1.1 裝配的定義

裝配的過(guò)程就是將若干個(gè)零件組合成部件或?qū)⑷舾蓚€(gè)零件和部件組合成產(chǎn)品的過(guò)程；虛擬裝配是指通過(guò)軟件完成對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和修改；自動(dòng)裝配是指對(duì)產(chǎn)品各零部件之間的約束和定位關(guān)系的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)提取和自動(dòng)控制的過(guò)程[2]。虛擬自動(dòng)裝配是虛擬裝配和自動(dòng)化的結(jié)合[3]。

1.2 虛擬裝配的分類

按照裝配體和零件的設(shè)計(jì)次序，可以將裝配設(shè)計(jì)技術(shù)分為兩種，分別為：自底向上設(shè)計(jì)和自定向下設(shè)計(jì)。自底向上設(shè)計(jì)是指即先設(shè)計(jì)出零件，然后將設(shè)計(jì)好的零件導(dǎo)入到裝配體中，檢測(cè)裝配體是否滿足設(shè)計(jì)要求。這種裝配設(shè)計(jì)時(shí)需要頻繁的給出零件和裝配體之間的配合約束，操作困難，且容易出現(xiàn)欠約束或過(guò)約束的情況。自定向下是指：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段，按照該產(chǎn)品的最基本功能和要求，在設(shè)計(jì)頂層構(gòu)筑一個(gè)基本骨架，稱之為“頂層基本骨架”，隨后的設(shè)計(jì)過(guò)程基本上都是在該“頂層基本骨架”的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制、修改、細(xì)化、完善并最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程[4]。

1.3 裝配特征的分類

雖然現(xiàn)如今還沒(méi)有給裝配特征一個(gè)準(zhǔn)確的定義，但是可以根據(jù)功能將裝配特征分為：主體特征和輔助特征[1]。主體特征可以認(rèn)為是在設(shè)計(jì)零件時(shí)產(chǎn)生的面、邊、點(diǎn)等；輔助特征可以認(rèn)為是在設(shè)計(jì)零件（組件）時(shí)人為添加的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)坐標(biāo)系等。

1.4 零件定位原理

在裝配過(guò)程中，需要指定裝配體和零件（組件）的裝配特征及其裝配關(guān)系。根據(jù)裝配特征及其裝配關(guān)系將零件（組件）經(jīng)過(guò)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)到裝配位置，完成裝配過(guò)程[5]。其在裝配體中的位置可以用公式[p]=[T][p]來(lái)表示，其中[p]、[T]和[p]都是一個(gè)4×4階的矩陣。[p]表示零件在裝配體中的位置；[p]表示零件在裝配體中的初始位置，一般定義成一個(gè)單位矩陣；[T]是指變換矩陣，控制零件的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。通過(guò)改變每個(gè)零件的變換矩陣，就可以確定零件在裝配體中的位置，完成裝配。

2 基于基準(zhǔn)平面裝配實(shí)現(xiàn)原理

2.1 裝配基準(zhǔn)面

裝配基準(zhǔn)面是指在裝配過(guò)程中作為基準(zhǔn)的平面。零件或組件都有一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系O_XYZ?？紤]到裝配體中零件需要約束的自由度不同，所以需要參加配合的平面也不同，但零件（組件）中最多三個(gè)兩兩相互垂直的平面就可以使零件（組件）達(dá)到完全定位。基于基準(zhǔn)平面的自動(dòng)裝配將零件上的基準(zhǔn)平面與裝配體上的基準(zhǔn)平面進(jìn)行匹配，自動(dòng)生成變換矩陣，根據(jù)生成的變換矩陣，軟件自動(dòng)將零件變換到需要裝配的地方，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配功能。

2.2 裝配元件路徑對(duì)象的獲取

裝配體路徑對(duì)象的獲取是實(shí)現(xiàn)裝配的重要步驟，現(xiàn)階段Croe2.0采用的是多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是采用遞歸調(diào)用，從最底層開(kāi)始向上查詢，每向上查詢一步就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，通過(guò)一系列標(biāo)識(shí)號(hào)就可以表示出零件（子組件）的路徑。

2.3 裝配元件之間偏距問(wèn)題的處理

在進(jìn)行零件設(shè)計(jì)時(shí)，由于零件在裝配體中的位置不同，不能保證零件默認(rèn)產(chǎn)生的平面和裝配體中默認(rèn)的平面能夠完全符合要求，一般利用兩種方法解決這種問(wèn)題。一種利用骨架模型，在裝配體中添加N組平面，N為零件（組件）的個(gè)數(shù)，將零件中默認(rèn)的平面分別與這N組平面進(jìn)行約束；另一種是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初就確定零件的位置，通過(guò)在零件中設(shè)計(jì)三個(gè)兩兩相互垂直的平面，將這三個(gè)平面與組件中默認(rèn)的平面進(jìn)行約束。

3 虛擬自動(dòng)裝配在Creo2.0中的實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)前，應(yīng)該建立外部應(yīng)用程序與Creo2.0的連接。建立的步驟一般為：新建工程，環(huán)境設(shè)置，代碼編寫(xiě)，信息文件編寫(xiě)，注冊(cè)、運(yùn)行[6]。

現(xiàn)在以分離式軸承座為例，驗(yàn)證該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性。軸承座采用自底向上和自定向下相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。軸承座主要有軸承座上蓋、軸承座下蓋和連接件組成。在分析軸承座的具體功能后，根據(jù)軸和軸承的尺寸，確定其裝配零件的尺寸、形狀和位置。在零件設(shè)計(jì)環(huán)境中設(shè)計(jì)出需要的零件，并根據(jù)裝配體中零件的位置，確定約束基準(zhǔn)平面的位置。然后進(jìn)入裝配環(huán)境，啟動(dòng)開(kāi)發(fā)好的自動(dòng)裝配模塊，完成裝配。

4 結(jié)論

本文介紹了一種基于基準(zhǔn)平面的虛擬裝配思想。并結(jié)合虛擬裝配技術(shù)和二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，以Creo2.0為載體，實(shí)現(xiàn)了軸承座的虛擬自動(dòng)裝配。大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李雪梅，閆凡章，張斌，許坤.定制產(chǎn)品中自動(dòng)裝配關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（08）：164-166.

[2]楊玲玲，胡樹(shù)根，王耘，林小哲，來(lái)明.基準(zhǔn)定位的自動(dòng)裝配技術(shù)[J].輕工機(jī)械，2008，26（01）：59-62.

[3]邊欣，楊光，陳書(shū)軍.自頂向下的虛擬裝配設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2007，98（05）：72-73.

[4]張萍，廖文和，劉長(zhǎng)毅.基于裝配特征的零件自動(dòng)裝配[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2004，33（05）：93-95，99.

[5]劉佶.基于Pro_E的DSG建模與自動(dòng)裝配技術(shù)研究[D].西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[6]李文亮.自頂向下虛擬裝配系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].大連交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

作者簡(jiǎn)介：楊龍?jiān)剩?991-），男，山東鄆城人，碩士，學(xué)生。endprint