基于裝配約束識別與提取技術(shù)的裝配件變型設(shè)計方法

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

1 引言

變型設(shè)計是指通過對現(xiàn)有設(shè)計方案的修改,得到與原設(shè)計相似的新設(shè)計方案。在系列產(chǎn)品的設(shè)計,尤其是面向大批量定制的機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計過程中,變型設(shè)計占有很大的比例。變型設(shè)計可以大大提高設(shè)計的速度和質(zhì)量,又可重用企業(yè)的已有資源,對市場變化做出快速響應(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)計在產(chǎn)品設(shè)計中具有重要的地位,對多品種、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。

對零件變型設(shè)計方法已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。在實際生產(chǎn)工作中,企業(yè)不僅需要對零件進(jìn)行變型設(shè)計,而且經(jīng)常需要對裝配件進(jìn)行變型設(shè)計。目前采用的方法往往是先對裝配件的各個零件進(jìn)行變型設(shè)計,然后將變型后的零件重新組裝成裝配件,實現(xiàn)裝配件變型設(shè)計。這種裝配件變型設(shè)計方法不僅工作量大、自動化程度低,且由于沒有從整體上考慮裝配件中各個組成零件之間的裝配約束關(guān)系,導(dǎo)致在進(jìn)行單個零件變型設(shè)計時,彼此之間需要人工協(xié)調(diào),往往容易導(dǎo)致錯誤的發(fā)生。近年來,對裝配件變型設(shè)計進(jìn)行的研究,取得了一些研究進(jìn)展。盡管學(xué)者們在裝配件變型設(shè)計方法方面進(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、實用的裝配件變型設(shè)計方法。

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)計模塊,實現(xiàn)了裝配件變型設(shè)計。

2 裝配約束識別與提取

要實現(xiàn)高效、自動的裝配件變型設(shè)計,要解決的關(guān)鍵問題就是當(dāng)裝配件中某個組件(零件或子裝配件)的某個或某些尺寸發(fā)生變化時,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。要解決上述問題,首先需要解決的問題就是需要知道裝配件中各個組件之間的裝配約束關(guān)系。因此,如何識別裝配件中的裝配約束并自動提取裝配件中的裝配約束關(guān)系是實現(xiàn)裝配件變型設(shè)計的關(guān)鍵。

在三維參數(shù)化設(shè)計軟件中,在構(gòu)建三維裝配件時,系統(tǒng)會根據(jù)裝配約束情況自動建立裝配約束信息,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)計軟件進(jìn)行二次開發(fā),可以實現(xiàn)裝配件裝配約束自動識別與自動提取。在這里,提出一種基于三維參數(shù)化軟件二次開發(fā)的裝配約束識別與自動提取方法。具體實現(xiàn)方法與步驟如下:

(1)獲取當(dāng)前活動文檔對象

在三維參數(shù)化軟件中,提供了獲取當(dāng)前活動文檔對象的函數(shù),利用這個函數(shù),可以獲取當(dāng)前活動文檔對象。在三維參數(shù)化軟件中,當(dāng)前活動文檔對象是指當(dāng)前被激活的文檔對象。如果當(dāng)前活動文檔對象為裝配件,則獲取當(dāng)前活動的裝配件文檔對象。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)前活動文檔對象。

(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),可以對當(dāng)前活動對象包含的特征進(jìn)行遍歷,并獲取每個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)識別與提取裝配約束信息

編制程序,實現(xiàn)上述方法,自動識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)庫中。

3 裝配件尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

建立裝配件中各個零件的參數(shù)化模型,零件參數(shù)化模型如圖1所示。對零件參數(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)計算出來的參數(shù)。在如圖1所示的聯(lián)軸器零件中,經(jīng)過分析,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)點代號中小數(shù)點前的數(shù)字對應(yīng)圖2中的零件序號,小數(shù)點后的部分代表相應(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)計方法

4.1 尺寸參數(shù)傳遞與修改

作者在對尺寸參數(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)計方法

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

(1)建立裝配件以及裝配件中各個零件的參數(shù)化模型。對各個零件的尺寸參數(shù)進(jìn)行分析并確定每個零件中各個尺寸參數(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)動裝配件參數(shù)化模型,對裝配件參數(shù)化模型進(jìn)行再生,得到經(jīng)過尺寸參數(shù)修改和變型后的裝配件模型,實現(xiàn)裝配件變型設(shè)計。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用舉例

5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

利用SolidWorks API和VC++對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別與提取技術(shù)的裝配件變型設(shè)計插件,添加了裝配件變型設(shè)計插件的SolidWorks界面如圖4所示。

5.2 應(yīng)用實例

這里仍以聯(lián)軸器裝配件為例,對提出的裝配件變型設(shè)計方法以及開發(fā)的裝配件變型設(shè)計插件進(jìn)行應(yīng)用驗證。

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)計輸入?yún)?shù)界面,在本例中,假設(shè)聯(lián)軸器裝配件的設(shè)計參數(shù)為2個,分別是與聯(lián)軸器相連的輸入軸、輸出軸的直徑。輸入兩個設(shè)計參數(shù)后,點擊“變型設(shè)計”按鈕,就可以進(jìn)行聯(lián)軸器裝配件快速、自動的裝配件變型設(shè)計。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)計插件既可以完成裝配件變型設(shè)計,同時可以完成裝配件包含的各個子裝配件和零件的變型設(shè)計,提高了產(chǎn)品設(shè)計的速度和質(zhì)量。

需要說明的是,這里所舉的聯(lián)軸器裝配件結(jié)構(gòu)比較簡單,但提出的裝配件變型設(shè)計方法與步驟是通用的。針對不同的裝配件,只要在裝配件變型設(shè)計菜單下添加子菜單,針對指定的裝配件,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)計參數(shù)輸入對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)計功能的裝配件變型設(shè)計子菜單,實現(xiàn)指定裝配件的變型設(shè)計。

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