zl50f裝載機(jī)工作裝置三維檢查

zl50f裝載機(jī)工作裝置三維檢查

裝載工作裝置由液壓桶驅(qū)動(dòng)，完成了對(duì)貨物的鉆孔和裝載。這是安裝工作設(shè)備的重要部件之一。其設(shè)計(jì)水平直接影響到工作設(shè)備的性能，也影響到整個(gè)機(jī)器的性能。若借助目前流行的軟件AutoCAD與3dsmax,利用它們提供的三維造型和三維動(dòng)畫功能,對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行工況模擬和虛擬裝配仿真,不僅能在設(shè)計(jì)時(shí)直接觀察到零件的三維結(jié)構(gòu)形狀和各種工況下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),還能有效檢測工作裝置的各部件間是否發(fā)生干涉與碰撞,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性,可省去制造樣機(jī)時(shí)所需的反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié),大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低產(chǎn)品成本。1拉伸或旋轉(zhuǎn)生成三維立體模型AutoCAD具有很強(qiáng)的三維功能,可以直接生成一些基本立體,也可以對(duì)面域、多段線閉合邊界進(jìn)行拉伸或旋轉(zhuǎn)生成三維立體。對(duì)三維立體模型可以進(jìn)行切割、疊加及交、并、差布爾運(yùn)算等創(chuàng)建復(fù)雜的立體模型。下面以ZL50F的動(dòng)臂為例,利用已有二維工程圖進(jìn)行三維建模。1.1動(dòng)臂機(jī)構(gòu)的拉伸動(dòng)臂結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要是由兩動(dòng)臂板、橫梁及兩支承板焊接而成的空間結(jié)構(gòu),在銷軸連接處還有焊接的墊板以加強(qiáng)該處的強(qiáng)度。分析動(dòng)臂結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn),動(dòng)臂板、支承板、橫梁、墊板均可以采用對(duì)主體輪廓進(jìn)行拉伸形成三維立體模型。在利用AutoCAD對(duì)其進(jìn)行三維模型制作時(shí),與實(shí)際零件生產(chǎn)過程一樣,分別對(duì)各個(gè)零件單獨(dú)進(jìn)行制作,零件全部制作完成后,再根據(jù)裝配圖將它們組裝到一起。1.2零件模型的建立在AutoCAD中,打開動(dòng)臂板零件圖,將圖中的文字、標(biāo)注、點(diǎn)劃線等圖層均凍結(jié)或關(guān)閉,只余下輪廓線圖層,如圖2所示,然后用面域(Region)命令將輪廓?jiǎng)?chuàng)建為面域,或用邊界(Boundary)命令將輪廓?jiǎng)?chuàng)建為多段線邊界,用拉伸(Extrude)命令將邊界拉伸為三維實(shí)體,再用差集(Subtract)命令制作出孔,如圖3所示。用復(fù)制命令將制作好的三維模型拷貝到一幅新文件中單獨(dú)保存。同理,可制作出橫梁、支承板、墊板零件三維模型。對(duì)于零件上的小圓角、倒角等細(xì)小結(jié)構(gòu),一般都是在零件主體生成后,再用圓角、倒角等命令去處理,即先創(chuàng)建大的形體,后創(chuàng)建小的形體。1.3動(dòng)臂的裝配所有零件生成后進(jìn)行組裝。對(duì)動(dòng)臂應(yīng)以大的形體動(dòng)臂板為基體進(jìn)行組裝,橫梁的定位可以利用動(dòng)臂裝配平面圖形進(jìn)行,利用移動(dòng)、三維旋轉(zhuǎn)、對(duì)齊等命令將它們組裝在一起。在操作時(shí),利用對(duì)象捕捉功能和它們之間的相對(duì)位置關(guān)系坐標(biāo)值,快速定位。另一動(dòng)臂板、支承板采用直接復(fù)制和平移,可快速完成制作。組裝好后的渲染圖如圖1所示。1.4裝配結(jié)構(gòu)合理性檢查AutoCAD提供有三維實(shí)體干涉檢查功能,可以讓用戶快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)尺寸和裝配結(jié)構(gòu)的合理性。鍵入interfere命令,選中所有對(duì)象后回車,系統(tǒng)開始檢查裝配是否干涉。若有干涉,系統(tǒng)會(huì)提示發(fā)生干涉的零件和干涉的部位,然后再按提示進(jìn)行調(diào)整,直到設(shè)計(jì)完全正確、裝配合理為止。1.5合在一起的治療因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)動(dòng)臂上各零件之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),實(shí)際零件是通過焊接組合在一起的。為便于操作和控制,應(yīng)將組裝好的動(dòng)臂用合并(Union)命令,合并為一個(gè)整體。這樣就完成了動(dòng)臂三維實(shí)體的制作。同理可分別制作出鏟斗、搖臂、拉桿、銷軸和油缸三維實(shí)體模型,并將它們組裝在一起。2系統(tǒng)的和.dwg文件的轉(zhuǎn)換在AutoCAD中進(jìn)行精確建模之后,可將模型導(dǎo)入到3dsmax系統(tǒng)中,為模型賦材質(zhì),設(shè)置場景燈光、攝像機(jī),進(jìn)行動(dòng)畫編輯等操作,最后渲染出逼真的圖像與動(dòng)畫。AutoCAD與3dsmax都是Autodesk公司的產(chǎn)品,二者之間的坐標(biāo)系精確配合,數(shù)據(jù)信息能夠通過*.dwg文件和.3ds文件進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。*.dwg文件能提供3dsmax與AutoCAD間幾何上和組織方法上的轉(zhuǎn)變,且在轉(zhuǎn)變過程中,保持幾何體在兩種環(huán)境中可能具有的最高精度。導(dǎo)入AutoCAD三維模型的方法是:選擇File|Import,在彈出的Selecttoimport對(duì)話框中,設(shè)置文件類型為AutoCADDrawing(*.DWG,*.DXF),找到要導(dǎo)入的文件后,單擊打開按鈕;然后對(duì)系統(tǒng)彈出的AutoCADDWG/DXFImportOptions對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置,取消GeometryOptions中的前三項(xiàng)選擇。這樣在AutoCAD2005中制作的三維模型,就能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換到3dsmax6.0系統(tǒng)中,且對(duì)象間保持各自的獨(dú)立性。另外,從AutoCAD2005導(dǎo)入到3dsmax6.0中的模型,名稱會(huì)發(fā)生變化,系統(tǒng)全部以統(tǒng)一的3dSolid命名各對(duì)象。為便于管理和操作,應(yīng)按“見名知義”的原則重新命名。3等級(jí)關(guān)系的建立3.1父對(duì)象的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換層級(jí)鏈接是指將對(duì)象鏈接在一起形成樹狀結(jié)構(gòu)的組合,以供制作動(dòng)畫使用。在兩個(gè)鏈接的對(duì)象中,一個(gè)是父,一個(gè)是子。一個(gè)單一的父對(duì)象可以有許多子對(duì)象,但是,一個(gè)子對(duì)象只能有一個(gè)父對(duì)象。當(dāng)變換作用到父對(duì)象上時(shí),通過鏈接關(guān)系將變化傳輸給子對(duì)象。所以要用3dsmax模擬復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),各零件間必須建立正確的層級(jí)鏈接關(guān)系。3.2載機(jī)工作裝置建立裝載機(jī)工作裝置各組成部件之間的層級(jí)鏈接關(guān)系,首先要對(duì)裝載機(jī)工作裝置的機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。圖4所示是ZL50F裝載機(jī)工作裝置,動(dòng)臂缸活塞推動(dòng)動(dòng)臂,動(dòng)臂繞軸心點(diǎn)(鉸接點(diǎn))P2轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)鏟斗、搖臂等一起向上運(yùn)動(dòng);當(dāng)鏟斗達(dá)到最高極限位置后,轉(zhuǎn)斗缸活塞拉動(dòng)搖臂,搖臂繞搖臂銷軸P3轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)連桿,連桿通過鏟斗上銷軸P9拉動(dòng)鏟斗,鏟斗繞下銷軸P1轉(zhuǎn)動(dòng),將物料卸下。根據(jù)對(duì)裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)分析,利用圖解視圖建立動(dòng)臂、動(dòng)臂缸和轉(zhuǎn)斗缸三組層級(jí)鏈接關(guān)系,如圖5所示。3.3調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)軸心位置如圖4所示,因鏟斗繞P1、動(dòng)臂繞P2、搖臂繞P3、動(dòng)臂缸繞P4、轉(zhuǎn)斗缸繞P5軸心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),所以需要將它們的軸心點(diǎn)調(diào)整到各自的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心位置?？赏ㄟ^打開層級(jí)命令面板中Pivot選項(xiàng)卡下的“AffectPivotOnly”按鈕,用移動(dòng)變換實(shí)現(xiàn)這一目的。4基于移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和國工商學(xué)模型的e在層級(jí)鏈接和軸心點(diǎn)位置均調(diào)整好后,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)臂時(shí),可看到動(dòng)臂繞點(diǎn)P2轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)其上的所有子對(duì)象鏟斗、搖臂、連桿等均隨之運(yùn)動(dòng),但液壓油缸不隨之運(yùn)動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗時(shí),鏟斗繞點(diǎn)P1轉(zhuǎn)動(dòng),但動(dòng)臂、搖臂等不隨之運(yùn)動(dòng)。在3dsmax的正向運(yùn)動(dòng)中,當(dāng)父對(duì)象作移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放變換時(shí),其子對(duì)象必定隨之變換,但是,子對(duì)象變換時(shí),其父對(duì)象不隨之作變換。在3dsmax的反向運(yùn)動(dòng)中,不但父對(duì)象的變換會(huì)影響子對(duì)象,子對(duì)象的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)也會(huì)影響父對(duì)象。所以,要實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂缸活塞推動(dòng)動(dòng)臂,轉(zhuǎn)斗缸活塞拉動(dòng)轉(zhuǎn)斗,必須采用正、反兩種運(yùn)動(dòng),借助輔助對(duì)象虛擬體將三個(gè)層級(jí)鏈接關(guān)系綁定在一起。4.1輔助對(duì)象的創(chuàng)建分別在動(dòng)臂缸銷軸P7、轉(zhuǎn)斗缸前銷軸P6和鏟斗上銷軸P9處創(chuàng)建三個(gè)輔助對(duì)象虛擬體(Dummy),并把它們分別鏈接到動(dòng)臂缸活塞、轉(zhuǎn)斗缸活塞和連桿上,見圖5。4.2hdiksolter依賴反向運(yùn)動(dòng)控制器因液壓缸在工作時(shí),存在缸體活塞的移動(dòng)和缸體的轉(zhuǎn)動(dòng),所以需利用3dsmax提供的HDIKSolver(依賴反向運(yùn)動(dòng)控制器)實(shí)現(xiàn)這一功能。分別在虛擬體1→動(dòng)臂缸活塞→動(dòng)臂缸和虛擬體2→轉(zhuǎn)斗缸活塞→轉(zhuǎn)斗缸之間建立兩個(gè)HDIKSolver。4.3缸前銷軸p6分別將虛擬體1綁定到動(dòng)臂銷軸P7,虛擬體2綁定到轉(zhuǎn)斗缸前銷軸P6,虛擬體3綁定到鏟斗上銷軸P9處。這時(shí)如果轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗會(huì)發(fā)現(xiàn)所有對(duì)象均隨之變化,但是綁定對(duì)象的位置變化并不與實(shí)際一致,還需要限制液壓缸的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。4.4y軸擺動(dòng)的控制根據(jù)各對(duì)象的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況施加約束,限制實(shí)際不存在的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。如動(dòng)臂、液壓缸、鏟斗只在一定的角度范圍內(nèi)繞Y軸擺動(dòng),液壓缸桿只沿著液壓缸滑動(dòng),各銷軸只隨其父對(duì)象作平動(dòng)。為了符合實(shí)際和便于控制,需限定各對(duì)象的自由度,即將鏟斗、動(dòng)臂、搖臂、動(dòng)臂缸、轉(zhuǎn)斗缸的移動(dòng)都去掉,僅余下繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng);將動(dòng)臂缸和轉(zhuǎn)斗缸活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度去掉,僅余其延缸體軸線的移動(dòng)。約束限定設(shè)置好后,開啟IK,轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗會(huì)發(fā)現(xiàn)所有對(duì)象均隨之變化,如圖6所示。4.5動(dòng)畫的渲染加工在以上各步驟完成之后,可以將其與車身、前車架等模型組裝在一起,開始按實(shí)際工況設(shè)置動(dòng)畫。播放動(dòng)畫檢查無誤后,為各對(duì)象賦材質(zhì),為場景設(shè)置燈光,架設(shè)攝像機(jī)等。在不同的位置渲染單幀圖像,查看效果滿意后,開始渲染動(dòng)畫并保存成所需的動(dòng)畫格式,以便于對(duì)外宣傳和技術(shù)交流等。渲染后的效果如