文章

三维装配工艺设计系统在减速机行业的应用

2019-07-16廖翠平

698阅
三维装配工艺设计系统能够将传统的装配工艺规划中所体现的内容,以虚拟仿真的形式表达出来,可视化地指导操作人员装配。本文以减速机为例,详细说明了三维装配工艺设计过程,工艺信息发布方式。

1 引言

    传统的装配工艺文件以文字描述方式为主,操作人员在装配时需要按照工艺文件的要求,同时参照图纸,理解空间装配关系。对于复杂产品的装配,需要大量的识图、理解工艺要求的时间;另外,图纸、工艺附图采用的三视图对某些特殊产品的安装形式很难描述清楚,保证产品装配一致非常困难。

    三维装配工艺设计系统提供了一个集文字、图片、动画于一体的可视化装配工艺设计环境,装配工艺规划人员利用产品的三维CAD模型,对产品的装配工艺过程进行交互式的定义和分析。该系统以动画加文字说明的形式规定出产品的装配顺序、方法及其工艺装备、装配注意事项等信息,可视化地指导操作人员装配或者进行岗前培训。按产品实际装配顺序将每个工步的装配信息(包括装配过程动画文件、装入件清单、工艺装备、注意事项等信息)展示给操作人员,操作人员按该系统的要求一步步操作即能完成产品装配。

    在各式机械的传动系统中,减速机的应用范围相当广泛,从交通工具的船舶、汽车、机车,建筑用的重型机具,机械工业所用的加工机具及自动化生产设备,到日常生活中常见的家电、钟表等,其应用从大动力的传输工作,到小负荷、精确的角度传输,都可以见到减速机的踪迹。其中蜗轮蜗杆减速机十分常见,其基本结构主要由传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体及其附件构成,主要作用传递两交错轴之间的运动和动力,轴承与轴主要作用是动力传递、运转并提高效率。

    笔者通过开目公司的3DCAPP-A系统进行减速机装配工艺设计,以三维工艺来指导装配,使装配人员能更加直观、准确、高效地完成装配工作,为企业提高装配质量和效率,降低装配时间和成本,带来革命性进步。

2 三维装配工艺设计

    2.1 装配模型导入

    三维产品模型是实现装配工艺规划的基础与前提。三维CAD模型中包含了产品的各种信息,如管理属性信息、层次结构信息、零部件几何信息、装配关系信息、空间位置和姿态描述信息等,在定义产品装配结构时,首先将三维产品模型读入系统,提取相应的信息,并以装配结构树的形式存储在数据库中;其次,对产品模型进行一定的简化处理,如根据产品结构的层次关系,通过人机交互的方式选取子装配体;此外,对于像螺栓、螺母、垫圈等紧固件连接,其装配顺序是固定的,因此对装配顺序固定的某些小装配体可以在产品BOM中合并为一个零件,以此达到简化模型的目的;最后,根据获得的装配体装配关系,生成装配结构,并以装配关联矩阵的形式进行存储。

    通过装配结构定义,将设计模型调整为装配模型。定义好的装配结构中,装配体分解为不同层次的子装配体,子装配体又可以分解成若干子装配体和零件,表现为一定的层次性。通常用装配树来直观的表达装配体之间的这种层次关系,如下图所示。

减速机设计BOM到装配BOM的调整

图1 减速机设计BOM到装配BOM的调整

    2.2 装配过程规划

    根据装配的工艺性原则,将设计产品结构调整为满足装配工艺要求的工艺产品结构后,开始规划整个装配的具体过程和细节。通过装配过程定义及管理功能,规划装配的每一道装配工序或检测工序(也称“装配步骤”),指定每一道工序装配的零部件清单(也称“装配对象”),定义工序的各个工步(也称“装配活动”),按照拆卸的方式,为装配对象定义直线、旋转、螺旋、平动、牵引、径向六种运动,并支持典型运动。

    在拆卸产品的过程中,使用如扳手、螺丝刀等工艺装备,并定义使用工艺装备拆卸产品零部件的详细细节,指定工序的工序名称、内容,通过自定义属性定义装配的各种信息,包括装配方法、注意事项、检验方法等等,产生完善的装配数据信息。

    2.2.1 装配工序定义

    在产品装配结构上进行装配过程规划时,先定义当前的装配工序。开始一个工序的定义,首先选定本工序要装哪些件,除了产品的直属件外,还有前面工序装配后的结果(工序合件)。合件是在上个步骤中已经装好的零部件对象,一般作为整体参与下个步骤的装配活动,若需要合件中的零件参与下个步骤装配时,也可以添加合件中的零部件作为后续某工序的装配对象。已经装过了的不会被重复选中。

    选定本工序的装配件后,定义零部件的装配过程。一个零部件的装配过程分为多个活动。零部件的装配活动可以有多种,可以沿着一个坐标轴线移动,可以在一个坐标面内平动,可以绕着一个轴转动,可以定义绕一个坐标轴做螺旋运动(螺钉、螺帽的运动),可以是拉着零部件的一个点在指定的座标平面内作拖曳运动,可以指定零部件上的一根轴线做径向运动,或垂直这根轴线做周向运动(放射状)。活动由一个或多个轨迹组成,轨迹按照运动方式的不同分为:直线运动、平动运动、旋转运动、螺旋运动、牵引运动、径向运动、周向运动、典型运动。组合起来表示出零部件的安装轨迹。例如某螺帽,安装时可能是先平动到螺栓上,然后螺旋运动到压紧状态。系统实现界面如下所示。

定义装配动作

图2 定义装配动作

    2.2.2 装配节拍规划与调整

    为了更加真实的仿真装配的实际过程,辅助计算装配过程各工序的实际时间,系统提供了调整装配活动顺序及时间功能,该功能将步骤中的每一个活动视为一个任务,以甘特图的形式展示给用户,用户可以调整每个活动的开始时间,结束时间,定义各活动的先后关联顺序,达到模拟并行装配场景的目的,并辅助用户进行装配节拍计算。

    这样,对于一些关键的装配活动可以适当延长其仿真时间以供仔细查看,而对于一些重复性的装配活动,如连续装配数个相同零件时,可以适当加快仿真时间,为了达到更加智能的活动顺序调整,系统还支持调整几个活动同时开始或同时结束。系统实现界面如下图所示。

调整装配活动顺序及时间

图3 调整装配活动顺序及时间

    2.2.3 技术图解

    在以往的装配工艺中,装配说明性文字是放在工序说明栏里面的。而在三维环境中,可以在仿真播放时随着零部件的装配过程,同时显示装配说明和注意事项等内容(例如安装螺帽时要求的扳手力矩值,称为注释),以增强装配过程的描述,提高装配仿真的实用性。

    技术图解功能集可实现多种类型的注释,包括各类标签、标记、文本、图像、序号标注、BOM表格、尺寸测量、局部放大,这些注释显示的时机可以定义,既可以在整道工序中出现,也可以在安装某零件时出现。序号标注、BOM表格的实现界面如下图所示。

序号标注、BOM表格

图4 序号标注、BOM表格

    2.2.4 机构运动仿真

    机构运动仿真能够可视化展示三维模型的机构运动原理,并能验证复杂机构运动过程中的运动干涉情况。主要包括连杆运动仿真、齿轮运动仿真及凸轮运动仿真。

    以齿轮运动仿真为例,定义齿轮运动仿真时,首先定义工作件(传动轴)与齿轮的约束关系、主动轮与从动轮的约束关系,然后定义齿轮运动中工作件绕固定轴的运动轨迹。齿轮运动仿真的实现界面如下图所示。

定义齿轮运动仿真

图5 定义齿轮运动仿真

    2.2.5 装配仿真功能

    当装配过程定义完成后,可以通过仿真播放功能进行减速机装配和拆卸的仿真播放。仿真播放过程中,还可以录像,录像生成录像片段后,通过播放工具进行减速机装配工艺的播放。

    2.2.6 三维工艺装备

    减速机装配过程仿真,不仅可以模拟减速机的零部件如何被装配的完整过程,还能够模拟如何借助工艺装备进行减速机装配的过程。首先需要在工艺资源管理器中,建立一些在减速机装配过程中需要用到的三维工艺装备模型库(包括:工具、夹具、量具等),然后在可视化装配活动定义过程中,引入这些工艺装备,安装工艺装备,定义装备的活动(使用工艺装备拆卸产品零部件),最后拆除工艺装备,这样系统就能够模仿使用工艺装备装配减速机零部件的完整过程了。三维工艺资源库如下图所示。

三维工艺资源库

图6 三维工艺资源库

    3DCAPP-A提供常用的标准工具工装、以及标准件库,比如扳手、起子等。企业的专用工具或工装可以通过交互操作进行模型的入库操作,通过开目的三维工艺资源管理器提供的功能进行工具工装库的自维护。

    2.2.7 装配工艺性评价

    减速机装配仿真的过程中,通过系统提供的动态干涉检查功能,检查产品设计、装配工艺规划的合理性,帮助在产品生命周期早期,发现减速机设计缺陷及装配工艺设计缺陷,缩短设计周期。

    系统支持减速机设计时干涉检查(即进行装配过程定义时,用户可以检查某个活动是否发生干涉),仿真时动态干涉检查以及静态干涉检查。

    2.2.8 装配工艺文档填写

    减速机装配工序定义完成后,在属性区显示工序名称,可输入文字性的工序内容说明。减速机装配活动内容填写在活动节点的属性区中填写,同步骤内容填写。

    2.3 工艺信息发布

    减速机装配工艺设计完成后,KM3DCAPP-A提供了几种发布输出的方式:

    1)三维轻量化装配工艺文件

    2)AVI文件

    3)PDF文件

    4)二维CAPP卡片文件,系统根据配置可以自动产生二维工艺卡片文件,自动填写工序号、工序名称、工序内容、工步名称、工步内容、配套件清单、工艺简图以及其它自定义的属性数据,如图7所示。

减速机装配工艺文件浏览

图7 减速机装配工艺文件浏览

3 结束语

    三维装配工艺设计系统3DCAPP是三维CAD在企业的深化应用,提高了笔者进行减速机装配工艺设计的效率,减速机图形化的装配文件深受使用者的喜爱。系统加快了新型减速机产品上市速度,增强企业对市场的快速反应能力。三维装配工艺设计系统的应用对于机械制造行业而言,是一种装配工艺设计模式的创新。

责任编辑:程玥
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
读者评论 (0)
请您登录/注册后再评论