機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)19畢業(yè)論文全鋁散熱器水箱新芯體裝配機(jī)

畢業(yè)論文全鋁散熱器水箱新芯體裝配機(jī) 前言 換熱器作為工藝過(guò)程必不可少的單元設(shè)備廣泛地應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、冶金、船舶、制冷、空調(diào)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多領(lǐng)域以及國(guó)防工程中，換熱器是合理利用與節(jié)約現(xiàn)有能源、開發(fā)新能源的關(guān)鍵設(shè)備，所以 自主設(shè)計(jì)一個(gè)高效自動(dòng)化 的散熱器 加工設(shè)備有著非常重要的意義 。 CAD/CAE技術(shù)已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不可缺少的重要工具，在換熱器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，它也逐漸取代手工算法而成為一種十分重要的手段和工具。 最優(yōu)化技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種數(shù)學(xué)算法并且廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，最優(yōu)化實(shí)際上是多方案計(jì) 算的發(fā)展和系統(tǒng)化、規(guī)律化，最優(yōu)化設(shè)計(jì)可達(dá)到經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)或安全、可靠等項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。 虛擬制造技術(shù) 以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、使用整個(gè)生命周期的模擬和仿真。這樣，可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過(guò)程，以此來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過(guò)程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，以達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的最小化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率最高化，從而形成企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 本文在討論了虛擬制造技術(shù)的背景、發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用和意義的基礎(chǔ)上，以Pro/e 軟件為平臺(tái)，對(duì)散熱器水箱芯體裝配機(jī)進(jìn)行虛擬建模、裝配與仿真，并 對(duì)設(shè)計(jì) 進(jìn)行了優(yōu)化 ，使裝置設(shè)計(jì)的更合理。 1 虛擬制造技術(shù) 1.1 虛擬制造產(chǎn)生的背景 隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和社會(huì)的信息化 ， 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，顧客需求日趨多樣化 ， 制造企業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)求得生存與發(fā)展，必須解決 TQCS難題，即以最快的上市度 、 最好的質(zhì)量 、 最低的成本 、 和最優(yōu)的服務(wù)來(lái)滿足不同顧客的需求 ， 面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求的變化做出快速敏捷的反應(yīng)，并及時(shí)地對(duì)自身的生 產(chǎn)做出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃 。 基于這些因素 ， 20世紀(jì) 90年代中有許多新概念 、 新觀點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬制造就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式 。 虛擬制造的出現(xiàn)盡管只有短短的幾年時(shí)間 ， 但它對(duì)制造業(yè)的革命性的影響卻很快地顯示出來(lái) 。 而且 它 已成為科技界和企業(yè)界的研究熱點(diǎn)之 一， 虛擬制造是實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn) ， 即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ， 在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作 ， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃 、 加工制造、性能分析 、 質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程，以增強(qiáng) 制造過(guò)程各級(jí)的決策與控制能力 ， 從而使企業(yè)的運(yùn)作達(dá)到全局最優(yōu)，資源得到合理的配置和利用，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬制造使企業(yè)的全面集成成為可能，從而 做 為一種 21世紀(jì)的新型制造策略和方法正越來(lái)越受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視 1。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展 情況 虛擬制造技術(shù)雖然于 80 年代才剛剛提出來(lái)的 ， 但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在 90 年代得到人們的極大重視而獲得迅速發(fā)展 。 1983 年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局 NEL 發(fā)展并提出了 “ 虛擬制造單元 ” 的報(bào)告，以更大的柔性完成分析、行程和時(shí)序安排、報(bào)告和監(jiān)控等功能 ， 1989 年麻省理工學(xué)院的 “ 虛 擬制造 ” 的報(bào)告提出了虛擬制造在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)和性能早期評(píng)價(jià)方面的優(yōu)勢(shì) ， 1993 年愛(ài)荷華大學(xué)的報(bào)告 “ 制造技術(shù)的虛擬環(huán)境 ” 提出了建立支持虛擬制造的環(huán)境包括虛擬制造的評(píng)估系統(tǒng)、裝配順序計(jì)劃和材料去除過(guò)程模擬以及離線編程等技術(shù) ， 里海大學(xué)的報(bào)告則提出了與 CAD CAM、 CIM、 CAPP、快速原型、敏捷制造、柔性制造有關(guān)的可制造性等問(wèn)題 ， 1995 年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的報(bào)告 “ 國(guó)家先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)臺(tái)的概念設(shè)計(jì)計(jì)劃 ” ，強(qiáng)調(diào)分散的、多節(jié)點(diǎn)的分散虛擬制造，即虛擬企業(yè)的概念，強(qiáng)調(diào)企業(yè)、政府和大學(xué)的聯(lián)合 ， 美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)的報(bào)告 “ 制造中 的信息技術(shù) ” 探討了產(chǎn)品集成、過(guò)程設(shè)計(jì)、車間控制、虛擬工廠等的信息技術(shù)問(wèn)題 ， 1997 年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的報(bào)告 “ 使用 VRML的制造系統(tǒng)建模 ” 則探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用 ， 可 見(jiàn)美 國(guó)已經(jīng)從虛擬制造的環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息系統(tǒng)、仿真和控制、虛擬企業(yè)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和開發(fā) ，多數(shù)單元技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和完善的階段 ， 例如美國(guó)華盛頓大學(xué)的虛擬制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的用于設(shè)計(jì)和制造的虛擬環(huán)境 VEDAM、 用于設(shè)計(jì)和裝配的虛擬環(huán)境等 ， 已經(jīng)初具規(guī)模但虛擬制造 做 為一個(gè)完整的體系，尚沒(méi)有進(jìn)行全面的集成 。 特別應(yīng)說(shuō)明的是 ， 虛 擬企業(yè)的研究在美國(guó)得到政府和企業(yè)界的極大關(guān)注，研究異?；钴S，成為其敏捷制造技術(shù)的主要支柱之一 。 歐洲以大學(xué)為中心也紛紛開展了虛擬制造技術(shù)研 究，如 虛擬車間、建模與仿真工程等的研究 。 日本在 60 70 年代的經(jīng)濟(jì)崛起受益于先進(jìn)制造與管理技術(shù)的采用 ， 日本對(duì)虛擬制造技術(shù)的研究也秉承其傳統(tǒng)的特點(diǎn)重視應(yīng) 用 ， 主 要進(jìn)行虛擬制造系統(tǒng)的建模和仿真技術(shù)以及虛擬工廠的構(gòu)造環(huán)境研究 。 我國(guó)在虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實(shí)施技術(shù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)的研究尚處于國(guó)外虛擬制造技術(shù)的消化和與國(guó)內(nèi) 環(huán)境的結(jié)合上 ， 這幾年我國(guó)虛擬制造技術(shù)受到普遍的重視，發(fā)展很快，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，例如：清華大學(xué)進(jìn)行了虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)床、虛擬汽車訓(xùn)練系統(tǒng)等方面的研究； 北京航空航天大學(xué)、北京機(jī)械科學(xué)研究院等高校和科研機(jī)構(gòu)研制出的仿真軟件在汽車零件制造、數(shù)控加工等方面也有實(shí)際的應(yīng)用 ； 哈工大、北京機(jī)電所、上海交大、南京理工大學(xué)等單位也進(jìn)行了這方面的研究 。 據(jù)不完全的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)進(jìn)行虛擬制造技術(shù)研究的單位達(dá)到了 100家，已經(jīng)取得了一些可喜的進(jìn)展 ， 在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的研究都 很活躍 ， 但研究的進(jìn)展和研究的深度還屬于初期階段 ， 還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化 。 我國(guó)的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企業(yè)和公司介入的較少 2。 1.3 虛擬制造的概念和作用 1.3.1 虛擬制造的概念 當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展給了我們一個(gè)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)會(huì) ， 20 世紀(jì) 80 年代提出的虛擬制造技術(shù)應(yīng)處于先進(jìn)制造技術(shù)之首 ， 虛擬制造是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中的具體應(yīng)用 ， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人們?cè)诟纳迫伺c計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)可操作性中所 作 出的努力中產(chǎn)生的由圖形系統(tǒng)及各種接口設(shè)備組成，用來(lái)產(chǎn)生虛擬環(huán)境并提供沉浸感覺(jué)以及交互性 操作的計(jì)算機(jī)技術(shù) 。 虛擬制造以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能體會(huì)或感受到未來(lái)產(chǎn)品的性能或制造系統(tǒng)的狀 態(tài) ， 從而可以 做 出前瞻性的決策和優(yōu)化實(shí)施方案 。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，產(chǎn)生了虛擬加工、虛擬裝配、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬產(chǎn)品以及虛擬研究開發(fā)中心、虛擬企業(yè)，構(gòu)成了廣義上的虛擬制造含義 。 由于虛擬制造研究的出發(fā)點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合等方面的不同，因此存在對(duì)虛擬制造各種不同的定義 ， 虛擬制造又稱擬實(shí)制造，是指利用制造過(guò)程的計(jì)算機(jī)模型和仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的技術(shù)，是在 計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的而不直接消耗物理資源的模擬制造過(guò)程。虛擬制造是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，它與精良生產(chǎn)、并行工程、敏捷制造、綠色制造等先進(jìn)技術(shù)有著非常緊密的聯(lián)系 3。 基于對(duì)當(dāng)前虛擬制造研究的歸納總結(jié)和對(duì)虛擬制造的研究，我們認(rèn)為對(duì)虛擬制造的定義應(yīng)該分為 三 個(gè)層次： 1） 虛擬制造 做 為一種哲理、一種制造策略，為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向，在制造企業(yè)組織管理、產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程、資源、工作機(jī)制等諸方面集成基礎(chǔ)之上，使其成為一個(gè)有機(jī)整體，以達(dá)到提高整體的運(yùn)作及全局最優(yōu)決策的效能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的 。 2） 同時(shí)，虛擬制造 做 為 一種現(xiàn)代制造環(huán)境下的制造理論和方法論，為整個(gè)制造企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程提供一種實(shí)施虛擬制造的方法，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全面集成提供指導(dǎo)原則、實(shí)施方法和途徑 。 3） 最后，虛擬制造是一種在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下的集成的、虛擬的制造環(huán)境 ，虛擬制造是對(duì)真實(shí)產(chǎn)品制造的動(dòng)態(tài)模擬，是一種在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行而不消耗物理資源的模擬制造軟件技術(shù) ， 它具有建模和仿真環(huán)境，使產(chǎn)品從生產(chǎn)過(guò)程、工藝計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃、后勤供應(yīng)以及財(cái)會(huì)、采購(gòu)和管理等一種集成的、綜合的制造環(huán)境，在真實(shí)產(chǎn)品的制造活動(dòng)之前，就能預(yù)測(cè)產(chǎn)品的功能以及制造系統(tǒng)狀態(tài)，從而可以作出前瞻性的決策和 優(yōu)化實(shí)施方案 。 1.3.2 虛擬制造的條件 虛擬制造條件 包括以下 三 個(gè)核心 ： 1） 數(shù)字化的產(chǎn)品和過(guò)程建模是以數(shù)字化定義產(chǎn)品和過(guò)程的能力 ， 其核心是數(shù)字化模型，即在物理模型制造出來(lái)之前就已經(jīng)存在的虛擬數(shù)字模型 。 2） 客戶機(jī) 或 服務(wù)器方式的計(jì)算和通訊使得在不受地域限制的 虛擬產(chǎn)品 開發(fā)組內(nèi)，對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分配成為可 能 。 3） 組織和過(guò)程的改革 是 為了實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式完全不同的純數(shù)字化的 虛擬產(chǎn)品開發(fā) 模式， 它 不可避免地需要對(duì)傳統(tǒng)企業(yè)組織和開發(fā)過(guò)程進(jìn)行必要的改革，以取得 虛擬產(chǎn)品開發(fā) 的成功 4。 1.3.3 虛擬制造技 術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用 目前 VMT 應(yīng)用在以下幾個(gè)方面 ： 1） 在計(jì)算機(jī)上利用模型和仿真技術(shù)完成設(shè)計(jì)和制作原理樣機(jī) ， 從設(shè)計(jì)方面考慮產(chǎn)品的可加工 性、可維護(hù)性、成本計(jì)算和經(jīng)營(yíng)實(shí)踐等，使設(shè)計(jì)結(jié)果在多方面達(dá)到優(yōu)化，即 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì) 。 2） 應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)零件的加工方法、工藝規(guī)劃、工裝選用、工藝參數(shù)確定，加工工藝性 、 裝配工藝性及可制造性的評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品制造全過(guò)程模擬和仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造方案的評(píng)價(jià)和對(duì)加工生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，進(jìn)而對(duì)制造過(guò)程模式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) ，即 虛擬產(chǎn)品制造 。 3） 產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的合理制定、人力資源、制造資源、 物料庫(kù)存、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)等，均可通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的資金進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)等，從而對(duì)人力資源、制造資源的合理配置，對(duì)縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低成本意義重大 ，即 虛擬生產(chǎn)過(guò)程 。 4） 當(dāng)市場(chǎng)上新的機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，將幾個(gè)有關(guān)的公司或企業(yè)或車間協(xié)調(diào)成一個(gè)臨時(shí)的公司（企業(yè)），通過(guò)貢獻(xiàn)各自的特長(zhǎng)，以最快的速度、最優(yōu)的組合贏得這一機(jī)遇，完成之后又獨(dú)立經(jīng)營(yíng) 5，即 虛擬企業(yè) 。 綜上所述，虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用可以帶來(lái)很多效益 ， 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以提高設(shè) 計(jì)質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品性能，縮短設(shè)計(jì)周期 。 虛擬產(chǎn)品制造可以提高制造質(zhì)量，優(yōu)化工藝過(guò)程，縮短制造周期 。 虛擬生產(chǎn)過(guò)程可以優(yōu)化資源配置、物流管理、縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本 。 虛擬企業(yè)可以增強(qiáng)企業(yè)柔性，滿足客戶的特殊要求，形成企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) 。 1.3.4 虛擬制造技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用和意義 當(dāng)前我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國(guó)國(guó)情，進(jìn)行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過(guò)程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終性能和可制造性 。 在緊跟國(guó)際新技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)許多高校與研究機(jī)構(gòu)已積極投入到這 一領(lǐng)域的研究工作 。 我國(guó)制造業(yè)企業(yè)在管理上多“金字塔”式的垂直管理，生產(chǎn)轉(zhuǎn)換不夠敏捷，缺乏柔性；生產(chǎn)上缺乏有效的合作，產(chǎn)品零部件多自制，生產(chǎn)成本過(guò)高、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)大并且難以突破規(guī)模瓶頸 。 因此在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中始終處于被動(dòng)局面，競(jìng)爭(zhēng)力有限 。“虛擬制造”作為企業(yè)全新的生產(chǎn)管理手段，對(duì)加快我國(guó)制造業(yè)企業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有 極 大 的 作用 6。 2 基于 Pro/E 的虛擬 制造技術(shù) 2.1 虛擬裝配的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自從 20 世紀(jì) 80 年代虛擬現(xiàn)實(shí)概念的提出以來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門新興學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，近年來(lái)在工程、航空航天 、軍事、建筑等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 。 虛擬現(xiàn)實(shí)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的，具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的人工虛擬環(huán)境，使置身于該環(huán)境中的人可以通過(guò)各種多媒體傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互作用，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，具有自主性、沉浸感和交互性的特征 。 世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)虛擬裝配技術(shù)給予了高度的重視，投人了大量的人力物力進(jìn)行研究 。 德國(guó) Fraunhofer 工業(yè)工程研究所較早進(jìn)行了虛擬裝配規(guī)劃系統(tǒng)的研究和開發(fā)，他們開發(fā)的第一個(gè)虛擬裝配規(guī)劃 原型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中執(zhí)行裝配操作，交互地裝配和拆卸零件 ， 并在用戶交互的基礎(chǔ)上生成裝配圖，進(jìn)行裝配工時(shí)和裝配成本的分析 。 我國(guó)從 90 年代中后期開始進(jìn)行虛擬裝配方面的探索和研究工作 7，我國(guó)虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究尚處于起步階段，只有為數(shù)不多的機(jī)構(gòu)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等院校作了有益的研究，由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備非常昂貴，近年來(lái)國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究被限制在介紹國(guó)外的進(jìn)展理論探討范圍內(nèi) ， 或者在非虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行研究 8。 2.2 虛擬裝配基本設(shè)計(jì)思想及內(nèi)涵 虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，在工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程中，有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能、操作性能、生產(chǎn) 工藝、裝配性能甚至維護(hù)性能等許多問(wèn)題都需要在開發(fā)過(guò)程的前期得到解決 。 通常，人們是借助理論分析、 CAD 系統(tǒng)和各種比例的實(shí)物模型，以及參考先前產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決有關(guān)新產(chǎn)品開發(fā)的各種問(wèn)題 。 但是，由于有關(guān)裝配操作和維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品開發(fā)的后期或在最終產(chǎn)品試車過(guò)程中，甚至在投入使用一段時(shí)間后才能暴露出來(lái)，尤其是有關(guān)維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品已經(jīng)售出很長(zhǎng)時(shí)間以后才能被發(fā)現(xiàn) 。 為了解決這些問(wèn)題，有時(shí)產(chǎn)品就不得不返回到設(shè)計(jì)構(gòu)造階段以便進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更，這樣的產(chǎn)品開發(fā)程序既效率低 ， 耗時(shí)長(zhǎng) ， 費(fèi)用又高 。 虛擬裝配設(shè)計(jì)技術(shù)的出 現(xiàn)給以上問(wèn)題提供了最有效和最有利的解決方法 ， 即便是在設(shè)計(jì)的初期階段，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的最初模型也可以放入虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，甚至可以直接在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建產(chǎn)品模型 。 這樣不僅可以使產(chǎn)品的外表、形狀和功能得到模擬，而且有關(guān)產(chǎn)品的人機(jī)交互性能也能得到測(cè)試和檢驗(yàn)， 使產(chǎn)品的缺陷和問(wèn)題在當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)階段就能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以解 決9-10。 另外，通過(guò)裝配約束，使零件之間具有確定的相互位置 ， 利用 Pro/E 軟件中的干涉檢查命令 ， 可以檢查出各零部件 有無(wú)干涉現(xiàn)象 ， 通過(guò)虛擬裝配技術(shù)，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，有利 于降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力 11。 世界機(jī)械制造業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈 ， 為了適應(yīng)變化迅速的市場(chǎng)需求 ， 產(chǎn)品研制周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)成為每一個(gè)現(xiàn)代企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題 。 近 20 年來(lái)的實(shí)踐證明，將信息技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品研制以及實(shí)施途徑的改造 ， 是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的必由之路 。 同時(shí)，先進(jìn)的產(chǎn)品研制方法、手段以及實(shí) 施途徑，實(shí)際上是產(chǎn)品研制質(zhì)量、成本、設(shè)計(jì)周期等方面最有利的保證 。 虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié) ， 在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用研究 ， 通常有 兩 種定義： 1） 虛擬裝配是一種零件模型按約束 關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段 。 該定義強(qiáng)調(diào)虛擬裝配技術(shù)是一種模型重新進(jìn)行定位、分析過(guò)程 。 2） 虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性 。 2.3 虛擬裝配的分類 2.3.1 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配 （ Design-Centered Virtual Assembly） 是指在產(chǎn)品三維數(shù)字化定義應(yīng)用于產(chǎn)品研制過(guò)程中，結(jié)合產(chǎn)品研制的具體情況，突出以設(shè)計(jì)為核心的應(yīng)用 思想，這表現(xiàn)在 自頂向下的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì) 、 面向裝配的設(shè)計(jì) 、 與 Master Model 相關(guān)的可制造性設(shè)計(jì)和可裝配性設(shè)計(jì) 三個(gè)層次 。 2.3.2 以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配 以過(guò)程控制為中心的虛擬裝配 （ Process-Centered Virtual Assembly） 主要包含以下 幾 方面內(nèi)容 ： 1） 實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制 在產(chǎn)品數(shù)字化定義過(guò)程中，結(jié)合產(chǎn)品研制特點(diǎn) ， 人為地將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，該過(guò)程可以劃分為 總體設(shè)計(jì) 、裝配設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì) 三個(gè) 階段 。通過(guò)對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)階段的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程 的控制，以及虛擬裝配設(shè)計(jì)流程 。 2） 過(guò)程控制管理 過(guò)程模型包含了產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程描述、過(guò)程內(nèi)部相互關(guān)系和過(guò)程間的協(xié)作等方面內(nèi)容 。 通過(guò)對(duì)過(guò)程模型的有效管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程研制過(guò)程中各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果和加工工藝等產(chǎn)品相關(guān)信息的管理，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程的目的 。 2.3.3 以 仿真為中心的虛擬裝配 以仿真為中心的虛擬裝配 （ Simulate-Centered Virtual Assembly） 是在產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)模型中，融入仿真技術(shù)，并以此來(lái)評(píng)估和優(yōu)化裝配過(guò)程 ， 其主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可裝配性 。 優(yōu)化裝配過(guò)程 的 目的是 使產(chǎn)品能適應(yīng)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元能并行地進(jìn)行裝配 。 可裝配性評(píng)價(jià) 主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)品裝配的相對(duì)難易程度 ， 計(jì)算裝配費(fèi)用，并以此決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否需要修改 12。 2.4 Pro/E 軟件介紹 Pro/E 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 (PTC)推出的一種三維建模軟件 ， 功能強(qiáng)大，內(nèi)容豐富 ,提供了設(shè)計(jì)零件，裝配產(chǎn)品，開發(fā)模具 ， 設(shè)計(jì)鑄造件，分析應(yīng)力等功能 ，已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械，汽車，航天，家電，玩具，模具，工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè) 。它是 基于特征的 參數(shù)化 建模方式 。 基于特征是指用戶可以通過(guò)定義特征來(lái)創(chuàng)建零件 ， 零件模型的構(gòu)造是 由各種特征生成的 ， 零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就是特征的累積過(guò)程 。參數(shù)化是指零件和裝配件的物理形狀由特征屬性值 (指特征的幾何形狀與尺寸 )來(lái)驅(qū)動(dòng) ， 用戶可隨時(shí)修改特征尺寸和其它的屬性 ， 特征及特征參數(shù)決定了零件的形狀 ， 一旦修改了特征參數(shù) ， 零件的形狀就會(huì)發(fā)生改變 。 Pro/E 模型是建立在一個(gè)真正統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上 ， 各模塊之間是全相關(guān)的 ，該系統(tǒng)在處理三維實(shí)體 、 二維工程圖 、 截面圖 、 總裝配以及在分析 、 仿真加工零件的工藝規(guī)程等各類數(shù)據(jù)時(shí)是嚴(yán)格一體化的 ， 設(shè)計(jì)人員可以在任意一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)不滿意的模型尺寸進(jìn)行修改 ， 同時(shí)修改后的尺寸都會(huì)反映到從設(shè)計(jì)到 加工的個(gè)人過(guò)程 ， 以確保所有零件和多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)一致性 。 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)越性和 Pro/E 軟件的突出特點(diǎn)，選擇 Pro/E 作為平臺(tái)完成裝置的虛擬建模、虛擬裝配與仿真，充分體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用。 3 Pro/E 環(huán)境下全鋁散熱器水箱芯體裝配機(jī)的虛擬 建模 首先分析裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況，然后在 Pro/E 環(huán)境下進(jìn)行建模，采用簡(jiǎn)單的特征建立模型，這樣便于模型的修改。 3.1 設(shè)備構(gòu)成及設(shè)備動(dòng)作循環(huán)圖 3.1.1 設(shè)備構(gòu)成 1） 壓裝擴(kuò)口裝置 本裝置主要由壓裝擴(kuò)口油缸及調(diào)節(jié)接頭 、 擴(kuò)口擺臂 、 同步連桿 、 同步曲柄 、擺臂安裝框架 、 擺臂接連塊 、 擴(kuò)口橫梁 、 緩沖裝置 、 擴(kuò)口模 、 橫梁導(dǎo)桿 、 定位塊等 組成 。該裝置的主要功能就是將主片擴(kuò)口使邊板與主片連接定位，由于是液壓驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，并可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 2） 床身 ，主要就是安裝其他部件，起支撐作用。 3）排料裝置 本裝置主要由 料庫(kù)傳動(dòng)裝置、架體、排料輪、多種氣缸、光電開關(guān)和計(jì)數(shù)輪等元部件組成，它的功能是儲(chǔ)料、排料。主要就是達(dá)到主片按照要求的數(shù)量和位置準(zhǔn)確放置。由于該裝置的精度要求的很高，所以這里使用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使該裝置的得到有效的控制，同時(shí)利用了滾珠絲杠等精密元件，也提高了進(jìn)度， 保證裝置平穩(wěn)，準(zhǔn)確運(yùn)行，同時(shí)也降低噪音。 4） 裝整裝置 本裝置由裝配臺(tái) 、 梳齒及導(dǎo)鏈裝置 、 導(dǎo)鏈拉縮氣缸 、 導(dǎo)鏈升降氣缸及導(dǎo)柱導(dǎo)套 、排齊裝置、 主夾緊油缸 、 主夾緊模板組成 ，主要是將排的料按照一定距離準(zhǔn)確放置。因?yàn)榕帕系拈g距由于各種原因總會(huì)有誤差，所以 梳齒及導(dǎo)鏈裝置 就是解決這一問(wèn)題的，導(dǎo)鏈?zhǔn)前腴_式并相互套在一起，并有一定間隙，它們之間可以壓縮和拉伸。一個(gè)導(dǎo)鏈上有一個(gè)梳齒，隨著導(dǎo)鏈的壓縮與拉伸，它們間的距離也在變化，壓縮長(zhǎng)度就是工作尺寸，拉開長(zhǎng)度就是排料尺寸。這樣就保證了主片之間的距離。夾緊主要就是保證壓裝順利進(jìn)行。 5） 液壓及氣動(dòng)系統(tǒng) 。主夾緊、壓裝擴(kuò)口裝置采用液壓傳動(dòng)方式，工作平穩(wěn)，壓力穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，操作方便。 6） 電氣控制系統(tǒng)及照明 。 3.1.2 設(shè)備動(dòng)作循環(huán)圖 根據(jù)各部分的功能確定運(yùn)動(dòng)順序如圖 3-1。（ 說(shuō)明： 為自動(dòng) 手動(dòng)作業(yè) ） 圖 3-1循環(huán)圖 Fig 3 -1 Circulation chart 3.2 裝置的建模 由于論文 篇幅有限，這里舉幾個(gè)特征較多的 大齒輪的建模 例子介紹在 PRO/E中如何建立實(shí)體模型。 首先確定齒輪的各個(gè)參數(shù)，大齒輪的 已知 參數(shù)是 ：模數(shù) m=1.5mm， 齒數(shù) z=176，齒形角 =20，齒頂高系數(shù) hd*=1.0，變位系數(shù) x=0,齒隙系數(shù) c*取 0.5。由已知參數(shù)公式我們導(dǎo)出需要的參數(shù)，齒頂高 ha=ha*m，齒根高 hf=(ha*+c*)m，分度圓直徑裝邊板 排料裝置前進(jìn) 齒梳機(jī)構(gòu)上升 管排齊機(jī)構(gòu)上升 落料氣缸后退 (排管計(jì)數(shù)到位 )落料氣缸前進(jìn) 排料裝置后退 管排齊機(jī)構(gòu)前進(jìn) 齒梳壓縮主夾緊壓縮 管排齊機(jī)構(gòu)退，管排齊機(jī)構(gòu)下降 齒梳機(jī)構(gòu)下降，齒梳拉開 壓裝擴(kuò)口進(jìn) 上釬焊夾具 取出工件 放入翅片，主片 平整翅片 壓裝擴(kuò)口退 主夾緊退 d=mz=264mm，齒頂圓直徑 da=d+2ha=267mm，齒根圓直徑 df=d-2hf=260.25mm，基圓直徑 db=zmcos()。然后 新建 零件，進(jìn)入零件環(huán)境， 首先分別繪制齒頂圓、齒根圓、分度圓和基圓，基圓利用關(guān)系確定尺寸，如圖 3-2。 圖 3-2草繪 Fig 3 -2 Sketch 然后建立坐標(biāo)原點(diǎn)，來(lái)繪制漸開線方程。分別選三個(gè)基準(zhǔn)面，使 z 坐標(biāo)垂直于 FRONT 平面。如圖 3-3。 圖 3-3 基準(zhǔn)坐標(biāo) Fig 3-3 Coordinates 建立漸開線方程，選擇從方程輸入，選擇剛建立的坐標(biāo)原點(diǎn)，輸入方程如下，完成如圖 3-4。 m=1.5 z=176 A=20 r=(m*z*cos(A)/2 fi=t*90 Arc=(pi*r*t)/2 x=r*cos(fi)+Arc*sin(fi) y=r*sin(fi)-Arc*cos(fi) z=0 圖 3-4 漸開線曲線 Fig 3-4 Involute curve 在漸開線和分度圓交點(diǎn)處繪制基準(zhǔn)點(diǎn) PNT0，然后在三個(gè)基準(zhǔn)面交線出繪制基準(zhǔn)軸 A_1，過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn) PNT0 和基準(zhǔn)軸 A_1 繪制基準(zhǔn)面 DTM1，然后通過(guò)基準(zhǔn)軸A_1 繪制基準(zhǔn)面 DTM2，與基準(zhǔn)面 DTM1 旋轉(zhuǎn)的角度是 360z/4。 將漸開線通過(guò)基準(zhǔn)面 DTM2 鏡像出另一邊，如 圖 3-5。 圖 3-5 鏡像 Fig.3-5 Mirror 通過(guò) FRONT平面繪制出齒輪輪廓，倒角后用剛才的漸開線畫出齒槽的輪廓，用拉伸切除命令完成一個(gè)齒槽的切除。使用陣列功能陣列出其他槽，如圖 3-6。 圖 3-6拉伸出齒槽 Fig 3-6 Tensile alveolar 然后按照齒輪的外形拉伸切除需要的部分，選用孔命令方便的打出孔，使用陣列功能陣列出相同的特征，在里面的孔加入修飾螺紋，如圖 3-7。 圖 3-7完成 建模 Fig 3-7 Modeling completed 4 Pro/E環(huán)境下的全鋁散熱器水箱芯體裝配機(jī)的虛擬裝配與 仿真 機(jī)械產(chǎn)品中有成千上萬(wàn)的零件要裝配 在 一起，其配合設(shè)計(jì)、可裝配性是設(shè)計(jì)人員常常出現(xiàn)的錯(cuò)誤，往往要到產(chǎn)品最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，造成零件的報(bào)廢和工期的延誤，不能及時(shí)交貨造成 巨大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失 ， 采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證，保證設(shè)計(jì)的正確 13。 對(duì) 裝置 的設(shè)計(jì)主要應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 于一體的高效軟件 Pro/E。 在裝配時(shí)的關(guān)鍵就是對(duì)零件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束， 它 提供了匹配，對(duì)齊等放置約束以及銷釘，平面等連接約束將零件組合在一起，每個(gè)特征都是以一個(gè)虛擬的特征為參照，這使得裝配十分方便 。 放置約束 主要根據(jù)零件之間的關(guān)系選擇 匹配，對(duì)齊 ，插入等約束條件放置， 匹配 是兩個(gè)平面法向方向相反， 對(duì)齊 則相同，插入是兩個(gè)軸同軸，操作簡(jiǎn)單。 連接約束 則考慮零件的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)定義連接，下面主要 介紹運(yùn)動(dòng)分析的理論。 1） 運(yùn)動(dòng)分析的定義 在滿足伺服電動(dòng)機(jī)輪廓和接頭連接、凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)、槽從動(dòng)機(jī)構(gòu)或齒輪副連接的要求的情況下，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力之外的運(yùn)動(dòng)的所有方面。因此，運(yùn)動(dòng)分析不能使用執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，也不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn)動(dòng)分析忽略模型中的所有動(dòng)態(tài)圖元，如彈簧、阻尼器、重力、力/力矩以及執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，所有動(dòng)態(tài)圖元都不影響運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。如果伺服電動(dòng)機(jī)具有不連續(xù)輪廓，在運(yùn)行運(yùn)動(dòng)分析前軟件會(huì) 嘗試使其輪廓連續(xù)，如果不能使其輪廓連續(xù)，則此伺服電機(jī)將不能用于分析。 使用運(yùn)動(dòng) 分析可獲得以下信息：幾何圖元和連接的位置、速度以及加速度 ； 元件間的干涉 ； 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的軌跡曲線 ；作為 Pro/ENGINEER 零件捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò) 。 2） 運(yùn)動(dòng)分析工作流程 運(yùn)動(dòng)分析工作流程 如圖 4-1，其中 向組件中增加元件時(shí)，會(huì)彈出 “ 元件放置 ” 窗口，此窗口有三個(gè)頁(yè)面： “ 放置 ” 、 “ 移動(dòng) ” 、 “ 連接 ” 。 傳統(tǒng)的裝配元件方法是在 “ 放置 ” 頁(yè)面給元件加入各種固定約束，將元件的自由度減少到 0，因元件的位置被完全固定，這樣裝配的元件不能用于運(yùn)動(dòng)分析（基體除外）。 另一種裝配元件的方法 是在 “ 連接 ” 頁(yè)面給元件加入各種組合約束，如 “ 銷釘 ” 、 “ 圓柱 ” 、 “ 剛體 ” 、 “ 球 ” 、 “ 6DOF” 等等，使用這些組合約束裝配的元件，因自由度沒(méi)有完全消除（剛體、焊接、常規(guī)除外），元件可以自由移動(dòng)或旋轉(zhuǎn) ， 這樣裝配的元件可用于運(yùn)動(dòng)分析 。 傳統(tǒng)裝配法可稱為 “ 約束連接 ” ， 后一種裝配法可稱為 “ 接頭連接 ” 。 約束連接與接頭連接的相同點(diǎn) 是它們 都使用 PRO/E 的約束來(lái)放置元件，組件與子組件的關(guān)系相同。 約束連接與接頭連接的不同點(diǎn) 是 約束連接使用一個(gè)或多個(gè)單約束來(lái)完全消除元件的自由度，接頭連接使用一個(gè)或多個(gè)組合約束來(lái)約束元件的位置。約束連接裝配的目的是消除所有自由度，元件被完整 定位，接頭連接裝配的目的是獲得特定的運(yùn)動(dòng)，元件通常還具有一個(gè)或多個(gè)自由度。 圖 4-1 運(yùn)動(dòng)分析工作流程 Fig. 4 -1 Motion Analysis workflow 接頭連接所用的約束都是能實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動(dòng) (含固定 )的組合約束，包括： 銷釘、圓柱、滑動(dòng)桿、軸承、平面、球、 6DOF、常規(guī)、剛性、焊接，共 10 種 。 每一種都 實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 如 表 4-1。 表 4-1接頭連接 Tablet.4 -1 Joining 名稱 定義 創(chuàng)建模型 定義主體，生成連接，定義連接軸設(shè)置，生成特殊連接 。 檢查模型 拖動(dòng)組件，檢驗(yàn)所定義的連接是否能產(chǎn)生預(yù)期的運(yùn)動(dòng) 。 準(zhǔn)備分析 定義初始位置及其快照，創(chuàng)建測(cè)量 。 加入運(yùn)動(dòng)分析圖元 ， 設(shè)定伺服電機(jī) 。 分析模型 定義運(yùn)動(dòng)分析，運(yùn)行 。 結(jié)果獲得 結(jié)果回放，干涉檢查，查看測(cè)量結(jié) 果，創(chuàng)建軌跡曲線，創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)包絡(luò) 。 銷 釘 由一個(gè)軸對(duì)齊約束和 一個(gè)與軸垂直的平移約束組成。元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)，具有1 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度 ， 總自由度為 1。軸對(duì)齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面；平移約束可以是兩個(gè)點(diǎn)對(duì)齊，也可以是兩個(gè)平面的對(duì)齊 /配對(duì)，平面對(duì)齊 /配對(duì)時(shí)，可以設(shè)置偏移量。 圓 柱 由一個(gè)軸對(duì)齊約束組成。比銷釘約束少了一個(gè)平移約束，因此元件可繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)可沿軸向平移，具有 1 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和 1 個(gè)平移自由度，總自由度為 2。軸對(duì)齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向。 滑 動(dòng) 桿 即滑塊，由一個(gè)軸對(duì)齊約束和一個(gè)旋轉(zhuǎn)約束組成。元件可滑軸平移，具有 1個(gè)平移自由度，總自由度為 1。軸對(duì) 齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向。旋轉(zhuǎn)約束選擇兩個(gè)平面，偏移量根據(jù)元件所處位置自動(dòng)計(jì)算 。 軸 承 由一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊約束組成。它與機(jī)械上的 “ 軸承 ” 不同，它是元件（或組件）上的一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊到組件（或元件）上的一條直邊或軸線上，因此元件可沿軸線平移并任意方向旋轉(zhuǎn)，具有 1 個(gè)平移自由度和 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，總自由度為 4。 平 面 由一個(gè)平面約束組成，也就是確定了元件上某平面與組件上某平面之間的距離(或重合 )。元件可繞垂直于平面的軸旋轉(zhuǎn)并在平行于平面的兩個(gè)方向上平移，具有1 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和 2 個(gè)平移自由度，總自由度為 3。可 指定偏移量，可反向。 球 由一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊約束組成。元件上的一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊到組件上的一個(gè)點(diǎn)，比軸承連接小了一個(gè)平移自由度，可以繞著對(duì)齊點(diǎn)任意旋轉(zhuǎn)，具有 3 個(gè)入旋轉(zhuǎn)自由度，總自由度為 3。 剛 性 使用一個(gè)或多個(gè)基本約束，將元件與組件連接到一起。連接后，元件與組件成為一個(gè)主體，相互之間不再有自由度，如果剛性連接沒(méi)有將自由度完全消除，則元件將在當(dāng)前位置被 “ 粘 ” 在組件上。如果將一個(gè)子組件與組件用剛性連接，子組件內(nèi)各零件也將一起被 “ 粘 ” 住，其原有自由度不起作用。總自由度為 0。 焊 接 兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)齊，元件自由度被完全消除 。連接后，元件與組件成為一個(gè)主體，相互之間不再有自由度。如果將一個(gè)子組件與組件用焊接連接，子組件內(nèi)各零件將參照組件坐標(biāo)系發(fā)按其原有自由度的作用?？傋杂啥葹?0。 常 規(guī) 也就是自定義組合約束，可根據(jù)需要指定一個(gè)或多個(gè)基本約束來(lái)形成一個(gè)新的組合約束，其自由度的多少因所用的基本約束種類及數(shù)量不同而不同?？捎玫幕炯s束有：匹配、對(duì)齊、插入、坐標(biāo)系、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊，共 7種。在定義的時(shí)候，可根據(jù)需要選擇一種，也可先不選取類型，直接選取要使用的對(duì)象，此時(shí)在類型那里開始顯示為 “ 自動(dòng) ” ，然后根據(jù)所選擇的對(duì)象系統(tǒng)自動(dòng)確定一個(gè)合適的基本約束類型。 6DOF 即 6 自由度，也就是對(duì)元件不作任何約束，僅用一個(gè)元件坐標(biāo)系和一個(gè)組件坐標(biāo)系重合來(lái)使元件與組件發(fā)生關(guān)聯(lián)。元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移，具 有 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和 3 個(gè)平移自由度，總自由度為 6。 凸輪連接 ，就是用凸輪的輪廓去控制從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 PRO/E 里的凸輪連接，使用的是平面凸輪。但為了形象，創(chuàng)建凸輪后，都會(huì)讓凸輪顯示出一定的厚度 (深度 )。凸輪連接只需要指定兩個(gè)主體上的各一個(gè)（或一組）曲面或曲線就可以了。定義窗口里的 “ 凸輪 1”“ 凸輪 2” 分別是兩個(gè)主 體中任何一個(gè) ， 并非從動(dòng)件就是 “ 凸輪 2” 。如果選擇曲面，可將 “ 自動(dòng)選取 ” 復(fù)選框勾上，這樣，系統(tǒng)將自動(dòng)把與所選曲面的鄰接曲面選中，如果不用 “ 自動(dòng)選取 ” ，需要選多個(gè)相鄰面時(shí)要按住 Ctrl。如果選擇曲線 /邊， “ 自動(dòng)選取 ” 是無(wú)效的。如果所選邊是直邊或基準(zhǔn)曲線，則還要指定工作平面（即所定義的二維平面凸輪在哪一個(gè)平面上）。凸輪一般是從動(dòng)件沿凸輪件的表面運(yùn)動(dòng)，在 PROE里定義凸輪時(shí)，還要確定運(yùn)動(dòng)的實(shí)際接觸面。選取了曲面或曲線后，將會(huì)出線一個(gè)箭頭，這個(gè)箭頭指示出所選曲面或曲線的法向，箭頭指向哪側(cè)，也就是運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸點(diǎn)將在哪側(cè)。 如果系統(tǒng)指示出的方向與想定義的方向不同，可反向。 齒輪齒條兩種類型。標(biāo)準(zhǔn)齒輪需定義兩個(gè)齒輪，齒輪齒條需定義一個(gè)小齒輪和一個(gè)齒條。一個(gè)齒輪（或齒條）由兩個(gè)主體和這兩個(gè)主體之間的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。因此，在定義齒輪前，需先定義含有旋轉(zhuǎn)軸的接頭連接（如銷釘）。 定義齒輪 時(shí)，只需選定由接頭連接定義出來(lái)的與齒輪本體相關(guān)的那個(gè)旋轉(zhuǎn)軸即可，系統(tǒng)自動(dòng)將產(chǎn)生這根軸的兩個(gè)主體設(shè)定為 “ 齒輪 ” （或 “ 小齒輪 ” 、 “ 齒條 ” ）和 “ 托架 ” ， “ 托架 ” 一般就是用來(lái)安裝齒輪的主體，它一般是靜止的，如果系統(tǒng)選反了 ， 可用 “ 反向 ” 按鈕將齒輪與托架主體交換。 伺服電動(dòng)機(jī) 可規(guī)定機(jī)構(gòu)以特定方式運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)引起在兩個(gè)主體之間、單個(gè)自由度內(nèi)的特定類型的運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)將位置、速度或加速度指定為時(shí)間的函數(shù)，并可控制平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)指定伺服電動(dòng)機(jī)函數(shù)，如常數(shù)或線性函數(shù)，可以定義運(yùn)動(dòng)的輪廓?？蓮亩鄠€(gè)預(yù)定義的函數(shù)中選取，也可輸入自己的函數(shù)?？稍谝粋€(gè)圖元上定義任意多個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。 4.1 壓裝擴(kuò)口裝置的 裝配 在裝配時(shí)采用分層裝配技術(shù)，主要過(guò)程就是將零件先按照動(dòng)能和運(yùn)動(dòng)情況裝配成小的功能體，在裝配過(guò)程中完全考慮裝配的可行性，形成高效率的裝配工藝，然后將各個(gè)小功能體組成為總體 裝配 14。 床身 根據(jù)零件之間的約束關(guān)系裝配，首先新建文件，進(jìn)入組件環(huán)境，在放置對(duì)話框中將兩個(gè)斜面用匹配關(guān)系貼在一起，再用對(duì)齊關(guān)系將上面兩個(gè)平面保持在一個(gè)平面上，最后用曲面上的邊將零件完全約束放置，其他零件按照類似的關(guān)系約束完成床身的裝配。裝配壓裝擴(kuò)口裝置，新建文件進(jìn)入組件環(huán)境，首先在 缺省位置放置裝配好的床身， 如圖 4-2 所示 。 圖 4-2 裝配壓裝擴(kuò)口裝置 Fig.4-2 Assembly pressure devices installed expanding 裝配右主梁，考慮到它的運(yùn)動(dòng)只是沿導(dǎo)杠的 滑動(dòng)，所以選連接中的滑動(dòng)桿，分別選導(dǎo)杠的圓柱面和右主梁部分的內(nèi)圓柱面定義軸對(duì)齊，再選床身定位塊的上表面定義旋轉(zhuǎn)約束完成連接定義 ， 如 圖 4-3。同樣的方法裝配上左主梁。 圖 4-3 裝配右主梁 Fig.4-3 Right main beam assembly 裝配 左副梁，根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性，選擇滑動(dòng)桿連接，分別選左副梁的內(nèi)圓柱面和導(dǎo)杠的圓柱面定義軸對(duì)齊，再選左副梁上平面和床身?yè)鯄K上平面完成連接定義，如 圖 4-4。同理裝配上右副梁。 圖 4-4 裝配左副梁 Fig.4-4 Assembly deputy left beam 裝配連桿，連桿只是起連接作用，選用銷釘連接。軸對(duì)齊選連桿的右內(nèi)孔面和右主梁的內(nèi)孔面，平移選連桿側(cè)平面和與右主梁對(duì)應(yīng)部位的內(nèi)側(cè)面，如 圖 4-5。同理完成左面連桿的裝配。 圖 4-5 裝配連桿 Fig.4-5 Connecting rod assembly 裝配左擺臂，用銷釘和圓柱定義連接。選擺臂中間內(nèi)孔面和框架上對(duì)應(yīng)孔的內(nèi)表面定義軸對(duì)齊，選擺臂外平面和框架內(nèi)平面定義平移完成銷釘連接，選上面的內(nèi)圓柱面和連桿的內(nèi)圓柱面定義圓柱連接，如 圖 4-6。同樣的方法裝配右擺臂。 圖 4-6裝配左擺臂 Fig.4-6 Assembly Left Arm 裝配曲柄 ，由于只是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以選銷釘連接，分別選曲柄中間內(nèi)圓柱面和框架的內(nèi)圓柱面再選曲柄的外平面和框架的內(nèi)側(cè)平面完成銷釘連接的定義，如圖 4-7。 圖 4-7 裝配曲柄 Fig.4-7 Crank assembly 裝配液壓缸，先以缺省位置放置缸筒，選液壓缸的外圓柱面和伸出軸外表面定義軸對(duì)齊，選中間對(duì)稱平面定義旋轉(zhuǎn)完成滑動(dòng)桿連接， 如圖 4-8。 圖 4-8 裝配 氣 缸 Fig.4-8 Cylinder assembly 裝配支腳，相同的原理選擇軸的外圓柱面和要插入的孔 的內(nèi)圓柱面，再選兩個(gè)沿軸方向平行的面完成滑動(dòng)桿的連接，如 圖 4-9。 圖 4-9 裝配支腳 Fig.4-9 Foot assembly 裝配軸承，選支腳下面的內(nèi)孔面和軸承內(nèi)圈圓柱面定義軸對(duì)齊，選支腳槽的內(nèi)平面和軸承的外平面定義平移完成銷釘連接，以完全約束裝配調(diào)整螺栓完成伸縮氣缸的裝配，如圖 4-10。 圖 4-10 裝配軸承 Fig.4-10 Bearing assembly 將伸縮氣缸整體裝配到壓裝擴(kuò)口裝置中，分別用銷釘和圓柱連接完成，銷釘連接時(shí)要保持軸與擺臂內(nèi)平面保持 20mm 的距離，如圖 4-11。 圖 4-11 氣缸整體裝配 Fig.4-11 Overall cylinder assembly 裝配左連桿 ,分析運(yùn)動(dòng)可用一個(gè)銷釘和一個(gè)圓柱定義連接，選曲柄下面的軸和連桿右邊的內(nèi)孔面完成圓柱連接，選連桿左 邊 的 內(nèi) 孔 面 和 擺 臂 下 面 的 軸 完 成 銷 釘 連 接 ， 如 圖 4-12 。圖 4-12 裝配左連桿 Fig.4-12 Assembly left Linkage 裝配 地腳和操作臺(tái)支架完成壓裝擴(kuò)口裝置的裝配，干涉檢查發(fā)現(xiàn)連桿處有干涉，如圖 4-13，調(diào)整位置，最后使其無(wú)干涉，其中修飾螺紋的干涉忽略。 圖 4-13 完成裝配 Fig.4-13 Complete assembly 4.2 送料部分 裝配 按照約束關(guān)系裝配各個(gè)子組件，裝配轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)使用的是銷釘連接，如圖 4-14。 圖 4-14 子組件裝配 Fig.4-14 Sub-components assembly 整體裝配，裝配送料機(jī)構(gòu)的右底梁，新建組件在缺省位置放置，裝配送料裝置的左底梁，根據(jù)它與壓裝裝置的安裝關(guān)系確定它和右底梁的距離，然后分別選擇側(cè)面，上面在同一平面內(nèi)的兩個(gè)面對(duì)齊，完全約束，如圖 4-15。 圖 4-15 裝配左底梁 Fig.4-15 Assembly left end beam 裝配料庫(kù)裝置，因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)只是來(lái)回的移動(dòng)，所以選用滑動(dòng)桿連接，如圖 4-16。 圖 4-16 裝配料庫(kù) Fig.4-16 Assembly database 裝配傳動(dòng)齒輪軸，由于只是旋轉(zhuǎn)，選用銷釘連接來(lái)定義旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整大齒輪與安裝板之間的距離，旋轉(zhuǎn)使它與小齒輪的嚙合不發(fā)生干涉情況。齒輪與齒輪，齒輪與齒條之間的傳動(dòng)關(guān)系在仿真時(shí)進(jìn)入機(jī)構(gòu)環(huán)境定義它們之間的關(guān)系，如圖4-17。 圖 4-17 裝配傳動(dòng)齒輪軸 Fig.4-17 Gear shaft assembly 利用自上而下的設(shè)計(jì)方法，在組件環(huán) 境下建立安裝軸承的部分，然后裝配上軸承， 安裝 后完成干涉檢查發(fā)現(xiàn)軸的軸心和側(cè)板上安裝孔的中心不重合而出現(xiàn)干涉，通過(guò)測(cè)量軸心到側(cè)板兩邊的距離來(lái)重新測(cè)量側(cè)板上安裝孔的位置，首先在軸心上建立一個(gè)點(diǎn)，然后利用分析下的測(cè)量來(lái)測(cè)量出到兩邊的投影距離分別是148.3mm,212.134mm，如圖 4-18。 圖 4-18 測(cè)量 Fig.4 -18 Measurement 重新定位了 孔的位置后，軸心和孔中心達(dá)到重合的要求。如 圖 4-19。 圖 4-19 修改后 Fig.4-19 Revised 4.3 排齊裝置的 裝配 裝配排 齊裝置，新建文件進(jìn)入組件環(huán)境，在缺省位置放置送料裝置的安裝板，安裝直線軸承座 、氣缸支架、光杠如圖 4-20。 圖 4-20 裝配排齊裝置 Fig.4-20 Assembly alignment device 裝配子組件梳齒裝置的梳齒部分， 裝配 氣缸，先裝配氣缸主體，再以滑動(dòng)桿連接裝配氣缸伸出軸，將齒與導(dǎo)鏈裝配到一起再進(jìn)行整體的連接裝配，選兩個(gè)平面連接定義梳齒的運(yùn)動(dòng)，在定義的時(shí)候調(diào)整好距離都進(jìn)入機(jī)構(gòu)環(huán)境準(zhǔn)確定位，如圖 4-21。 圖 4-21 裝配 梳齒 Fig.4-21 Assembly comb 裝配尾鏈， 由 于尾鏈固定，所以采用完全約束選擇對(duì)應(yīng)的孔和兩個(gè)平面完成裝配如圖 4-22。 圖 4-22 裝配尾鏈 Fig.4-22 Chain tail assembly 將剛才裝配好的子組件裝配到安裝板上， 分別選用圓柱連接完成裝配 裝配旋轉(zhuǎn)梁， 選用銷釘連接裝配，并且在與支架之間保持 0.25mm 的距離，如圖 4-23。 圖 4-23 上升和前進(jìn) Fig.4-23 Rise and Advance 將裝配好的排齊裝置的上橫板部分子組件裝配到旋轉(zhuǎn)梁上 ，同樣使用兩個(gè)圓柱連接 裝配上驅(qū)動(dòng)排齊裝置上升和前進(jìn)的 氣缸 和伸出軸， 在連接處選用 圓柱就可連接滿足運(yùn)動(dòng)關(guān)系如 圖 4-24。 圖 4-24 上升和前進(jìn) Fig.4-24 Rise and Advance 安裝 上符合要求的標(biāo)準(zhǔn)件和擋塊，完成排齊裝置的裝配檢查干涉，忽略修飾螺紋造成的干涉， 如圖 4-25。 圖 4-25 完成裝配 Fig.4-25 Complete assembly 裝配夾緊裝置 ，新建組件，在缺省位置放置大邊板，然后按照約束關(guān)系裝配前立板，然后裝配上另一邊的大邊板， 裝配上臺(tái)板 ，放置約束關(guān)系如 圖 4-26。 圖 4-26 主體裝配 Fig.4-26 Main assembly 裝配 氣缸，先裝配氣缸主體，完全約束然后裝配上伸出軸，選用滑動(dòng)桿連接完成氣缸的裝配， 如圖 4-27。 圖 4-27 裝配氣缸 Fig.4-27 Cylinder assembly 按照約束關(guān)系 裝配夾緊裝置的主要部位 ，然后將它以完全約束的關(guān)系裝配到氣缸的伸出軸完成夾緊裝置的裝配，如 圖 4-28。 圖 4-28 夾緊板 Fig.4-28 The plate for Clamping 裝配上標(biāo)準(zhǔn)件完成夾緊裝置的裝配 然后檢查干涉所有的干涉都是修飾螺紋的干涉，忽略，如 圖 4-29。 圖 4-29 完成裝配 Fig.4-29 Complete assembly 4.4 裝置 整體 的 裝配 新建組件，在缺省位置放置壓裝擴(kuò)口裝置， 如圖 4-30。 圖 4-30 整體裝配壓裝擴(kuò)口裝置 Fig.4-30 Overall assembly pressure devices installed expanding 裝配 送料機(jī)構(gòu)，根據(jù)安裝關(guān)系分別選床身上的安裝板和送料機(jī)構(gòu)上底梁腳上相應(yīng)的位置采用匹配和對(duì)齊來(lái)安裝，如 圖 4-31。 圖 4-31 裝配送料機(jī)構(gòu) Fig.4-31 Ioaded materials distribution agencies 裝配夾緊裝置 ，選要匹配的兩個(gè)平面使它們貼在一起，再選安裝板上的孔和夾緊裝置下邊的安裝孔，讓它們用插入關(guān)系同軸，最后完成夾緊裝置的安裝，如圖 4-32。 圖 4-32 裝配夾緊裝置 Fig.4-32 Assembly clamping device 裝配排齊裝置，選安裝塊上的兩個(gè)孔來(lái)與床身上的安裝板定義插入約束，選它們相貼合的兩個(gè)面定義配合連接完成排齊裝置的裝配，同樣的方法裝配另一邊的排齊裝置 ，如圖 4-33。 圖 4-33 裝配排齊裝置 Fig.4-33 Assembly alignment device 安裝標(biāo)準(zhǔn)件 ，由于建立了標(biāo)