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三维装配工艺设计系统(3DCAPP)在减速机行业的应用

2016/10/1    来源:开目    作者:廖翠平      
关键字:装配模型  装配活动  装配仿真  减速机  
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。该系统可以帮助企业通过装配过程的模拟分析尽早发现和解决问题,优化装配方案;通过装配仿真,模拟和预估产品装配性能及可装配性,及早发现并更正潜在的装配冲突与缺陷。在现场实际装配中,装配操作人员可以清晰地按照装配工艺和看板提供的示例进行装配,使得装配效率和装配质量得到了大大提高。

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。

图1 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。

图2 定义装配动作

图2 定义装配动作

责任编辑:屈婷婷
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