基于裝配約束識(shí)別與提取技術(shù)的裝配件變型設(shè)計(jì)方法

2013-08-01 by:廣州SolidworksUGCatia培訓(xùn)中心來(lái)源:仿真在線

1 引言

變型設(shè)計(jì)是指通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案的修改,得到與原設(shè)計(jì)相似的新設(shè)計(jì)方案。在系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì),尤其是面向大批量定制的機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中,變型設(shè)計(jì)占有很大的比例。變型設(shè)計(jì)可以大大提高設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量,又可重用企業(yè)的已有資源,對(duì)市場(chǎng)變化做出快速響應(yīng),高效、高質(zhì)量、低成本地開發(fā)新產(chǎn)品,滿足客戶的需求。因此,變型設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有重要的地位,對(duì)多品種、少批量生產(chǎn)和定制生產(chǎn)企業(yè)具有更加重要的意義,引起了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。

對(duì)零件變型設(shè)計(jì)方法已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。在實(shí)際生產(chǎn)工作中,企業(yè)不僅需要對(duì)零件進(jìn)行變型設(shè)計(jì),而且經(jīng)常需要對(duì)裝配件進(jìn)行變型設(shè)計(jì)。目前采用的方法往往是先對(duì)裝配件的各個(gè)零件進(jìn)行變型設(shè)計(jì),然后將變型后的零件重新組裝成裝配件,實(shí)現(xiàn)裝配件變型設(shè)計(jì)。這種裝配件變型設(shè)計(jì)方法不僅工作量大、自動(dòng)化程度低,且由于沒(méi)有從整體上考慮裝配件中各個(gè)組成零件之間的裝配約束關(guān)系,導(dǎo)致在進(jìn)行單個(gè)零件變型設(shè)計(jì)時(shí),彼此之間需要人工協(xié)調(diào),往往容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生。近年來(lái),對(duì)裝配件變型設(shè)計(jì)進(jìn)行的研究,取得了一些研究進(jìn)展。盡管學(xué)者們?cè)谘b配件變型設(shè)計(jì)方法方面進(jìn)行了較深入研究并取得了一些研究進(jìn)展,但到目前為止,尚未見成熟、高效、實(shí)用的裝配件變型設(shè)計(jì)方法。

本文研究利用參數(shù)化技術(shù)建立裝配件參數(shù)化模型,利用裝配約束識(shí)別與提取方法提取裝配件的裝配約束,建立裝配件尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò),開發(fā)了與SolidWorks集成的基于裝配約束識(shí)別與提取以及尺寸參數(shù)傳遞與修改方法的裝配件變型設(shè)計(jì)模塊,實(shí)現(xiàn)了裝配件變型設(shè)計(jì)。

2 裝配約束識(shí)別與提取

要實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)的裝配件變型設(shè)計(jì),要解決的關(guān)鍵問(wèn)題就是當(dāng)裝配件中某個(gè)組件(零件或子裝配件)的某個(gè)或某些尺寸發(fā)生變化時(shí),如何迅速、準(zhǔn)確地確定裝配件中其他組件的哪些尺寸需要改變以及如何改變。要解決上述問(wèn)題,首先需要解決的問(wèn)題就是需要知道裝配件中各個(gè)組件之間的裝配約束關(guān)系。因此,如何識(shí)別裝配件中的裝配約束并自動(dòng)提取裝配件中的裝配約束關(guān)系是實(shí)現(xiàn)裝配件變型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件中,在構(gòu)建三維裝配件時(shí),系統(tǒng)會(huì)根據(jù)裝配約束情況自動(dòng)建立裝配約束信息,并將這些裝配約束信息保存在裝配件參數(shù)化模型的指定位置。

目前,在一些三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件中,提供了功能豐富的二次開發(fā)接口和二次開發(fā)函數(shù),利用這些二次接口和二次開發(fā)函數(shù),編制程序?qū)θS參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行二次開發(fā),可以實(shí)現(xiàn)裝配件裝配約束自動(dòng)識(shí)別與自動(dòng)提取。在這里,提出一種基于三維參數(shù)化軟件二次開發(fā)的裝配約束識(shí)別與自動(dòng)提取方法。具體實(shí)現(xiàn)方法與步驟如下:

(1)獲取當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象

在三維參數(shù)化軟件中,提供了獲取當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象的函數(shù),利用這個(gè)函數(shù),可以獲取當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象。在三維參數(shù)化軟件中,當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象是指當(dāng)前被激活的文檔對(duì)象。如果當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象為裝配件,則獲取當(dāng)前活動(dòng)的裝配件文檔對(duì)象。例如,在SolidWorks中,利用SolidWorks二次開發(fā)函數(shù)ISldWorks→get_IActiveDoc2()可以獲取當(dāng)前活動(dòng)文檔對(duì)象。

(2)提取裝配約束信息

在三維參數(shù)化軟件中,利用軟件提供的特征獲取以及特征類型識(shí)別等二次開發(fā)函數(shù),編制程序?qū)θS參數(shù)化軟件進(jìn)行二次開發(fā),可以對(duì)當(dāng)前活動(dòng)對(duì)象包含的特征進(jìn)行遍歷,并獲取每個(gè)被遍歷的特征的類型。如果當(dāng)前被遍歷的特征為裝配特征,則可以按照裝配特征所屬的類型(如同心配合、貼面配合等),提取裝配約束信息。例如,在SolidWorks中,利用二次開發(fā)函數(shù)IModelDoc2→IFirstFeature(),IModeIDoc2→IGetNextFeature()編制程序可以對(duì)裝配件中的特征進(jìn)行遍歷,獲取當(dāng)前被遍歷的特征的類型;利用函數(shù)IFeature→CetTypeName()可以獲得特征所屬的類型。

(3)識(shí)別與提取裝配約束信息

編制程序,實(shí)現(xiàn)上述方法,自動(dòng)識(shí)別并提取裝配件的裝配約束信息,并將提取的裝配約束信息保存在指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 裝配件尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

建立裝配件中各個(gè)零件的參數(shù)化模型,零件參數(shù)化模型如圖1所示。對(duì)零件參數(shù)化模型進(jìn)行尺寸參數(shù)分析。通常,可以將尺寸參數(shù)分為不變參數(shù)、可變參數(shù)和導(dǎo)出參數(shù)三種類型。不變參數(shù)是指在零件的各種變型中始終保持不變的參數(shù);可變參數(shù)是指在零件的各種變型中可以改變的參數(shù);導(dǎo)出參數(shù)是指由其他參數(shù)計(jì)算出來(lái)的參數(shù)。在如圖1所示的聯(lián)軸器零件中,經(jīng)過(guò)分析,可將尺寸參數(shù)A、B、C歸為可變參數(shù)。將尺寸參數(shù)DAA、DAB、DAC、DAD、DAE、DAF、DAG歸為導(dǎo)出參數(shù);例如,可設(shè)DAA=C/3.0,DAB=A/3.0,DAC=C+10.0,DAD=B30.0,DAE=C+5.0,DAF=C+22.0,DAC=B/24且在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選用。將尺寸參數(shù)L3、R1歸為不變參數(shù)。

根據(jù)裝配件中各個(gè)零件的參數(shù)化模型及其尺寸參數(shù)分析結(jié)果以及提取的裝配約束信息,可以構(gòu)建裝配件尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。所示的聯(lián)軸器裝配件的尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

在圖3中,各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)代號(hào)中小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字對(duì)應(yīng)圖2中的零件序號(hào),小數(shù)點(diǎn)后的部分代表相應(yīng)零件的尺寸參教。圖中的邊如果連接的是同一零件中的不同尺寸,則該邊的物理意義是表示同一零件中不同尺寸之間的尺寸約束關(guān)系,如圖中連接1.DAA與1.C兩個(gè)尺寸參數(shù)的邊表示的是在零件1中,1.DAA與1.C之間的關(guān)系,如前所述,1.DAA=1.C/3.0。如果圖中的邊連接的是分屬兩個(gè)不同零件的尺寸參數(shù),則該邊的物理意義表示的是與該邊相連的兩個(gè)不同零件間的尺寸裝配關(guān)系。如圖中連接1.DAC和2.DAG的邊,表示的是零件1中的尺寸1.DAG尺寸與零件2中的尺寸2.DAC間的裝配約束關(guān)系。該裝配約束關(guān)系不僅包括1.DAG和2.DAG尺寸大小之間的關(guān)系,還包括二者之間的裝配約束關(guān)系,如兩者必須位于同心的兩個(gè)圓周上,且兩者在各自的圓周上的陣列方式相同。

4 裝配件變型設(shè)計(jì)方法

4.1 尺寸參數(shù)傳遞與修改

作者在對(duì)尺寸參數(shù)傳遞算法進(jìn)行了較深入研究,提出了一種基于尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的尺寸參數(shù)傳遞方法。作者在對(duì)裝配件尺寸參數(shù)修改方法進(jìn)行了研究,提出了一種基于尺寸參數(shù)傳遞算法的裝配件尺寸參數(shù)修改方法。在這里,不再對(duì)尺寸參數(shù)傳遞與修改方法加以詳細(xì)敘述。

4.2 裝配件變型設(shè)計(jì)方法

在結(jié)合裝配約束自動(dòng)識(shí)別與提取技術(shù),提出一種高效、自動(dòng)的裝配件變型設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容與步驟如下。

(1)建立裝配件以及裝配件中各個(gè)零件的參數(shù)化模型。對(duì)各個(gè)零件的尺寸參數(shù)進(jìn)行分析并確定每個(gè)零件中各個(gè)尺寸參數(shù)之間的約束關(guān)系,建立其約束關(guān)系表達(dá)式。

(2)利用提出的裝配件裝配約束識(shí)別與提取方法,編制程序,提取裝配件中的裝配約束信息。

(3)根據(jù)零件尺寸參數(shù)分析結(jié)果以及提取的裝配件裝配約束信息,利用尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法,構(gòu)建裝配件尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

(4)根據(jù)用戶要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,確定要修改的零部件以及要修改的尺寸參數(shù)。

(5)利用尺寸參數(shù)傳遞方法與尺寸參數(shù)修改方法,求得裝配件中需要修改的模塊以及需要修改的尺寸參數(shù)并確定需要修改的尺寸參數(shù)的變化量,對(duì)所有需要修改的尺寸參數(shù)進(jìn)行修改。

(6)以修改后的尺寸參數(shù)值驅(qū)動(dòng)裝配件參數(shù)化模型,對(duì)裝配件參數(shù)化模型進(jìn)行再生,得到經(jīng)過(guò)尺寸參數(shù)修改和變型后的裝配件模型,實(shí)現(xiàn)裝配件變型設(shè)計(jì)。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用舉例

5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

利用SolidWorks API和VC++對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),開發(fā)出了與SolidWorks集成的基于裝配約束識(shí)別與提取技術(shù)的裝配件變型設(shè)計(jì)插件,添加了裝配件變型設(shè)計(jì)插件的SolidWorks界面如圖4所示。

5.2 應(yīng)用實(shí)例

這里仍以聯(lián)軸器裝配件為例,對(duì)提出的裝配件變型設(shè)計(jì)方法以及開發(fā)的裝配件變型設(shè)計(jì)插件進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

為聯(lián)軸器裝配件的初始參數(shù)化模型。圖6為聯(lián)軸器裝配件變型設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)界面,在本例中,假設(shè)聯(lián)軸器裝配件的設(shè)計(jì)參數(shù)為2個(gè),分別是與聯(lián)軸器相連的輸入軸、輸出軸的直徑。輸入兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)后,點(diǎn)擊“變型設(shè)計(jì)”按鈕,就可以進(jìn)行聯(lián)軸器裝配件快速、自動(dòng)的裝配件變型設(shè)計(jì)。為變型后的聯(lián)軸器參數(shù)化模型。這里提出的方法以及開發(fā)的裝配件變型設(shè)計(jì)插件既可以完成裝配件變型設(shè)計(jì),同時(shí)可以完成裝配件包含的各個(gè)子裝配件和零件的變型設(shè)計(jì),提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。

需要說(shuō)明的是,這里所舉的聯(lián)軸器裝配件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但提出的裝配件變型設(shè)計(jì)方法與步驟是通用的。針對(duì)不同的裝配件,只要在裝配件變型設(shè)計(jì)菜單下添加子菜單,針對(duì)指定的裝配件,按本文所述方法與步驟開發(fā)程序,主要修改圖6中所示的設(shè)計(jì)參數(shù)輸入對(duì)話框以及程序中的尺寸約束關(guān)系表達(dá)式,就可以得到滿足指定裝配件變型設(shè)計(jì)功能的裝配件變型設(shè)計(jì)子菜單,實(shí)現(xiàn)指定裝配件的變型設(shè)計(jì)。

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