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基于零件族的定制产品自动装配技术研究点击：1792 日期：[ 2014-04-26 21:39:30 ] |
| 基于零件族的定制产品自动装配技术研究 史俊友 付玲 孙一镔 刘军科 （青岛科技大学机电工程学院，青岛266061） 【摘要】提出并研究了面向定制产品的零件族建模和自动装配技术。通过在零件族中对零件的装配信息进行定义和管理，并通过对其自动装配算法进行研究和设计，使其能够快速生成所需的定制产品。最后以固定管板式换热器为例，在SolidWorks环境下验证了基于零件族的自动装配算法的有效性。关键词：自动装配；零件族；装配关系；SolidWorks；换热器 中图分类号：TH16，TP391.72文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2010）08-0256-02 1·引言 零件资源是企业中最基本的产品资源，为了实现对零件族资源的有效管理和高度重用，对零件族模型的研究成为一项关键技术。本文拟通过对面向装配的零件族建模技术进行研究，通过在零件族中对其装配接口进行定义和管理，并对基于零件族的定制产品的自动装配算法进行设计和验证。从而对定制产品的快速通过提供有效支持。 2·面向装配的零件族建模技术 2.1面向装配的零件族数据模型 零件族中的装配信息主要涉及零件的装配接口信息，包括接口类型、配置约束等。其中装配约束主要是装配接口信息的约束，而不涉及装配顺序的约束，因为在不同的部件或产品中同一个零件的装配顺序可能是不同的；当然，如果某一族零件的装配顺序比较固定，也可考虑对其装配顺序进行管理。如图1所示，为面向装配的零件族数据模型。 2.2基于零件族的产品族建模 在零件族模型基础上，通过对产品进行规划得出产品族模型。产品族结构包括零件族以及零件族的层次关系、约束关系和装配关系。零件族信息是静态的，产品族结构是动态的，产品族结构把静态的零件族组合在一起。基于零件族的产品装配建模通过三维造型系统确立各零件实例之间的装配关系，从而建立产品族的主模型及其主结构。 2.3基于零件族的自动配置技术 产品族可看作系列产品的配置模板。产品族由一系列零部件按照一定的隶属关系和配置属性组合而成。根据客户的个性化需求，在产品配置管理系统中从相应的产品族中按照配置规则即可基本配置出客户所需的产品，对于少量无法配置出的零部件可进行开发设计。对于配置出的产品按照产品族中零部件之间的装配基准和装配关系可实现配置产品的自动装配。 3·零件族装配信息的定义和提取 通过CAD系统的API可将需装配的零部件输出到装配环境中装配。零部件之间的装配关系在预装配中已经确定，系统只存储装配关系数据，而不对产品的装配模型进行存储从而节省存储空间并利于保证数据的一致性。 3.1装配关系的定义 为实现自动装配，可考虑在零件族对装配信息进行定义。确定装配关系的具体方法如下：建立一虚拟件，把新零部件和与之有装配关系的零部件作为虚拟件的子节点，把虚拟件的所有子节点中所涉及到的零部件全部输入到装配环境下，新零部件装配基准没有定义的，在这里进行定义，进行手工装配，手工装配完成后，对虚拟件进行提取，与提取产品结构的区别是不在设计资源库中保存零部件，只保存与新零部件有关的装配关系。提取结束后，自动删除选中的虚拟件。 在SolidWorks中，零部件之间的装配关系有九类，分别为重合、同轴、垂直、平行、相切、距离、成角度、相称性齿轮、未确定。 3.2装配关系的提取 以SolidWorks平台为例，可通过其API应用程序接口，直接将三维装配体文件中的装配信息提取出来，这种方式能够同时提取出管理信息、结构信息以及零件间的配合关系信息。装配信息提取的流程图，如图2所示。 该获取装配信息的功能，既是系统内部的一项重要功能，同时做成了单独的插件，可充分利用CAD的添加菜单功能和录制宏功能，将其添加到CAD系统的工具菜单集合中作为CAD软件的一部分，实现了系统向CAD端的集成。 4·基于零件族的自动装配算法流程 产品自动装配是在遍历产品结构中零部件之间装配关系的过程中进行的，在遍历到零部件之间的装配关系时，其装配基准处于被选中状态，这个装配关系结束后，装配基准被选中状态取消，遍历下一个装配关系，进行装配。直到产品装配结束。自动装配的算法流程，如图3所示。 5·实例验证 本文以固定管板式换热器为例，通过对系列产品进行规划，并采用自顶向下建模方法，基于SolidWorks平台，分别建立管箱、拉杆、防冲挡板、折流板、定距管、换热管、鞍座等零件族及其主模型，并在装配操作环境下建立了换热器产品族主模型及其主结构，在此基础上设计了面向订单的固定管板式换热器的产品配置系统。限于篇幅此处从略。 根据固定管板式换热器的零件族来获得所定制换热器的所有零件。当装配零件时从装配关系库中检索它与其父零件的装配关系，添加它们的匹配关系到装配体中。将这些零件全部装入装配体后，也就完成了换热器的自动装配。如图4所示，为经过自动装配所得换热器的爆炸图。 6·结语 本文对基于零件族的装配技术进行研究，建立了面向装配的零件族数据模型，并提出了一种新的自动装配方法，已经在产品设计中得到了验证。实践证明具有高效、方便、快捷可靠的功能。从发展前景来看，今后自动装配技术的应用将越来越普遍，简单实用、方便快捷的特点符合未来发展趋势；从应用性方面考虑，研究成果支持并行设计，适用于现有的各种商用CAD软件，并能a与其无缝集成。进一步的研究工作是提高装配关系模型变结构的能力，提高模型的适应性。 参考文献 1·何援军，曹金勇，李强等.基于参数化零部件的自动装配设计［J］.计算机辅助设计与图形学学报，2001，1（311）：1008～1011 2·张宏星，许敏.面向自动装配的装配特征定义与表达方法研究［J］.机械科学与技术，2005，24（7）：824～827 3·沈梅，何小朝.基于装配特征的装配建模［J］.中国机械工程，2001，12（9）：1025～1029 4·张涛，史俊友.PDM环境下基于设计重用的零件族管理系统［J］.现代制造工程，200（412）：47～49 |
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