【正文】 身 )的總裝配設(shè)計、相關(guān)零部件和模具設(shè)計進(jìn)行有效的控制?？傮w設(shè)計可以嚴(yán)格控制分總成和零 部件的關(guān)鍵尺寸與形狀，而無需考慮細(xì)節(jié)設(shè)計；而分總成和零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計對總體設(shè)計沒有影響，并無權(quán)改變總體設(shè)計的關(guān)鍵尺寸。因此，當(dāng)總體設(shè)計的關(guān)鍵尺寸修改后，分總成和零部件的設(shè)計自動更新，從而避免了零部件的重復(fù)設(shè)計的浪費(fèi)，使得后續(xù)零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計得到到有效的管理和再利用，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了企業(yè)的市場競爭能力。 把箱體內(nèi)部的零件的最大外輪廓線抽取出來，作為箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀，這樣做就不需要在自己創(chuàng)建曲線，而且還可以保留全部的參數(shù)，也給日后的修改帶來方便。 進(jìn)入 UG 界面，打開裝配模塊，會出現(xiàn)如下的工具欄 如圖 28所示： 圖 28 裝配工具欄 然后點(diǎn)擊 WAVE 幾何連接器，會出來如圖 29的對話框： 圖 29 WAVE 幾何連接器 然后選中上圖中的曲線功能，把模型中的輪廓線抽 取出來，如圖 210 所示 ： 圖 210 可以利用抽取出來的曲線進(jìn)行拉伸，旋轉(zhuǎn)等命令的操作，如圖 21 212所示： 圖 211 拉伸對話框 圖 212 旋轉(zhuǎn)對話框 抽取出所有的輪廓線以后， 進(jìn)行拉伸，旋轉(zhuǎn)，就能得到如圖 213 所示的圖形，因?yàn)閯傞_始抽取出來的是整個模 型中的曲線，是以最大的外輪廓線進(jìn)行拉伸與旋轉(zhuǎn)，所以出現(xiàn)的是完全包圍整個模型的實(shí)體。而箱體是分箱體上蓋和箱體底座，而本設(shè)計中把箱體設(shè)計成上下對稱的結(jié)構(gòu)，這樣更容易零件的設(shè)計，所以把箱體分成上下各半。 圖 213 實(shí)體模型 然后以 XCYC 平面創(chuàng)建一個基準(zhǔn)平面，用以分割實(shí)體，如圖 214 所示： 圖 214 創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 再使用 修剪 體命令 或者使用分割體命令 把實(shí)體分成兩部分，這樣就完成了箱體部分的創(chuàng)建。 在這里有一個問題需要注意的就是，使用不同的命令去分割實(shí)體，會有不同的結(jié)果。使用修 剪體命令，進(jìn)行修剪后的實(shí)體仍然保留著它的參數(shù)，但是使用分割命令，則會把原本實(shí)體中的參數(shù)去掉，換句話說，用分割體命令時就要先去除參數(shù)，才能分割。這樣很不容易以后對實(shí)體的修改。 應(yīng)用 UG 的建模功能，設(shè)計者可快速進(jìn)行概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，交互建立和編輯各種復(fù)雜的零部件模型。 UG 這個功能強(qiáng)大的三維設(shè)計軟件，以其獨(dú)特的復(fù)合建模方法給設(shè)計者帶來設(shè)計的無限樂趣 。 第三章 虛擬裝配 引言 虛擬裝配就是在計算機(jī)上建立起如同真實(shí)樣機(jī)的直觀可視化的三維數(shù)字化模型，即虛擬樣機(jī)，然 后在虛擬環(huán)境下對零部件裝配情況進(jìn)行干涉檢查。虛擬裝配 (Virtual Assembly,VA)是虛擬設(shè)計的關(guān)鍵組成部分，它利用計算機(jī)工具，通過分析、檢測產(chǎn)品的數(shù)字化模型，對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和可視化，做出與裝配有關(guān)的工程決策，而不需要實(shí)物產(chǎn)品模型作支持。 為了充分展現(xiàn)產(chǎn)品的美觀性以及使工程設(shè)計人員減少設(shè)計錯誤，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，虛擬裝配成型已成為產(chǎn)品開發(fā)過程中重要的一步。在虛擬裝配成型系統(tǒng)中工程設(shè)計人員可以從任意方位觀察、隨意操縱、裝配或拆卸任何零部件模型。 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中，對產(chǎn)品外觀和功能的評估以及裝 配協(xié)調(diào)性檢查一般是借助于實(shí)物模型來完成的。這是一個費(fèi)時費(fèi)力的過程，因?yàn)閷υO(shè)計的任何小的修改都可能導(dǎo)致實(shí)物模型的重建。 CAD 技術(shù)的發(fā)展使得工程設(shè)計人員能在計算機(jī)上對產(chǎn)品講行裝配檢查。事實(shí)上，裝配設(shè)計是 CAD 技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。一個有效的計算機(jī)虛擬裝配模型不僅應(yīng)該表示單個的產(chǎn)品零件幾何、它們在裝配體中的最終位置，而且應(yīng)該能表示裝配誤差、零件間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如零件是如何裝配的等信息。這種信息有可能通過設(shè)計者在將各個散置的零件裝配成完整的裝配體，即產(chǎn)品的動態(tài)裝配過程中獲得。在動態(tài)裝配過程中還要對零部件進(jìn)行碰撞檢 測，并對發(fā)生碰撞的零部件作出預(yù)警。 UG/Assemblies 模塊的簡介 本課題中，選用的 UG 三維軟件中 UG/Assemblies 模塊所采用的是“引用集”方法，也就是指在實(shí)現(xiàn)模型裝配時，通過記憶零部件在裝配模型中的各自位置，且在需要時才裝入組件，而不是將所有組件全部真實(shí)送入到裝配模型中。組件送入裝配模型后，裝配模型記錄的是組件的最新版本，當(dāng)零部件修改后，裝配模型會自動地更新 .這樣，既節(jié)省了大量的工作，也為“并行工程”開展提供了技術(shù)支持，裝配模型所引用的各零部件可以存儲于各用戶的計算機(jī)、中心文件服 務(wù)器或可通過網(wǎng)絡(luò)的任何地方，使得異地協(xié)同設(shè)計成為可能。 在 UG中進(jìn)行動態(tài)虛擬裝配過程可描述為 :設(shè)計者逐個調(diào)入零部件，利用動態(tài)導(dǎo)航等技術(shù)選取相配合的幾何特征并輸入幾何約束，由系統(tǒng)對用戶輸入的幾何約束進(jìn)行一致性檢查并報告相關(guān)信息，在進(jìn)行幾何約束求解之后，動態(tài)地將零件裝配到所約束的位置上，同時系統(tǒng)能在屏幕上顯示出零件的裝配位置，使用戶可從圖形上檢查所建立的裝配模型。 UG中虛擬裝配過程可以對零部件進(jìn)行三維操作，具有非常直觀的較高的交互性 。同時三維立體顯示讓設(shè)計者可以象在真實(shí)世界中一樣觀察物體。 UG 的裝配建 模過程其實(shí)就是建立組件裝配關(guān)系的過程?？梢允褂孟旅娴墓秸f明 UG裝配的原理： Assembly=∑ Component (裝配模型＝∑組件 ) UG 裝配模塊除了可以快速將零件組件成產(chǎn)品外，還可以在裝配的上下文范圍內(nèi)建立新的零件模型，并產(chǎn)生明細(xì)列表。而且在裝配中，可以參照其他組件進(jìn)行組件配對設(shè)計，并可對裝配模型進(jìn)行間隙分析、重量管理等操作。裝配生成后，可建立爆炸視圖，并可將其引入到裝配工程圖中。 在 UG NX 版本中，提供了 3 中方法來滿足不同的裝配需求。 1．自底向上模式（ Bottomup） 對于數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的系列產(chǎn)品零件、標(biāo)準(zhǔn)件以及外購件，可以通過自底向上的設(shè)計方法將它們加入到裝配中。這種設(shè)計過程由于事先沒有一個很好的規(guī)劃，沒有一個全局的考慮，設(shè)計階段的重復(fù)工作很多，造成了時間和人力資源的很大浪費(fèi)，工作效率低。這種設(shè)計過程是從零件設(shè)計到總體裝配設(shè)計，既不支持產(chǎn)品從概念設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計，又不能支持零件設(shè)計過程中的信息傳遞，特別是產(chǎn)品零、部件之間的裝配關(guān)系 (如裝配形式、層次、配合等 )無法在現(xiàn)有的系統(tǒng)中得到完整描述。 2．自頂向上模式（ Topdown） 自頂向下 (Topdown)的模式是從整體到局部的設(shè)計過程，自頂向下“ Topdown”的設(shè)計過程，設(shè)計是從產(chǎn)品功能要求出發(fā)，選用一系列的零件去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能 。先設(shè)計出初步方案及其結(jié)構(gòu)草圖，建立約束驅(qū)動的產(chǎn)品模型 。通過設(shè)計計算，確定每個設(shè)計參數(shù)，然后進(jìn)行零部件的詳細(xì)設(shè)計，通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品 :對設(shè)計方案分析之后，返回修改不滿意之處，直到得到滿足功能要求的產(chǎn)品。這種設(shè)計過程能充分利用計算機(jī)的優(yōu)良性能，最大限度地發(fā)揮設(shè)計人員的設(shè)計潛力，最大限度地減少設(shè)計實(shí)施階段不必要的重復(fù)工作，使企業(yè)的人力、物力等資源得到 充分的利用，有利于提高設(shè)計效率，減少新產(chǎn)品的設(shè)計研究時間，使企業(yè)在市場競爭中占據(jù)有利的位置。 混合建模方法就是上述兩種裝配方法的組合。首先將已經(jīng)存在的組件加入到裝配件中，然后在裝配上下文中建立一個新組件，它的尺寸與位置可參考裝配件中已有的其他組件。 本設(shè)計中，就是采用了混合建模的方法，大大提供了工作效率，減少了工作時間，最大限度地減少了設(shè)計階段不必要地重復(fù)工作，大大提高了設(shè)計的準(zhǔn)確性，給隨后的工作帶來了方便。 行星輪機(jī)構(gòu)的裝配建模 行星輪機(jī)構(gòu)是本設(shè)計中的重點(diǎn)，是探險車的爬坡機(jī)構(gòu)， 爬坡 的時候靠的是行星輪的帶動使得車身抬起再靠鏈輪的驅(qū)動力使得車子沿著階梯爬行，完成爬坡任務(wù)。如圖 3－ 1 所示： 此機(jī)構(gòu)是由兩邊的行星輪和中間的齒輪箱體構(gòu)成。 圖 3－ 1 行星輪機(jī)構(gòu) 齒輪箱體的裝配 此部分的機(jī)構(gòu)，是行星輪的動力源， 它的作用是增大電機(jī)扭矩，使得傳動更平穩(wěn) ， 與以往的齒輪減速箱有所不同的就是，加進(jìn)了電機(jī)，把電機(jī)和齒輪輪系整合到了一個箱體中，使得整體的結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊，也使整個模型更加簡潔。 ， 如圖 3－ 2所示為齒輪箱結(jié)構(gòu)的各零件 圖 3－ 2 齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)爆炸圖 在 UG 中進(jìn)行裝配建模時，把在 UG/Modeling 模塊中建立好的每一個零件導(dǎo)入到工作界面中，裝配建模的主要任務(wù)就是將這些零散的零部件通過UG/Assembly 模塊中的命令組裝成一個完整的裝配體或子組件。 UG中可以采用特征配對或者采用零件空間絕對坐標(biāo)的方式進(jìn)行裝配。通過特征配對，裝配的零件具有嚴(yán)格的父子依賴關(guān)系，并且相互配合間的零件的約束關(guān)系始終保存，即使是對某個零件作了變更或修改，而利用零件的空間絕對坐標(biāo)進(jìn)行的裝配卻不存在這個問題。裝配模塊還可以對裝配體進(jìn)行簡單干涉分析和裝配間隙分析，可以保障裝配模型的有效性。如圖 3－ 3 所示為裝配后的 模型： 圖 3－ 3 齒輪箱裝配圖 單個行星輪的裝配 行星輪做為主要的爬坡機(jī)構(gòu)，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，它主要是由齒輪系組成，齒輪之間的嚙合，就需要一定的精度，所以應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在設(shè)計中 通過零件之間的位置關(guān)系，零件與零件間的干涉檢查，可以設(shè)計出符合要求的零件，以免產(chǎn)生錯誤。 爆炸圖是在裝配環(huán)境下把組成裝配的組件拆分開來，更好地表示整個裝配地組成狀態(tài)，便于觀察每個組件的一種方法。 建立組件裝配后，就可以通過爆炸圖來表達(dá)裝配組件內(nèi)部各組件之間的相互關(guān)系。進(jìn)行爆炸圖的操作可以選擇裝配 /爆炸視圖下拉菜單中的各項命令，進(jìn)行爆炸圖的設(shè)置。 首先 ,打開圖檔 ,進(jìn)入裝配模塊 ，擊裝配工具欄中的爆炸視圖命令 ,然后會出現(xiàn)一個小工具條 ,如圖 33所示： 圖 33 爆炸視圖 點(diǎn)擊創(chuàng)建爆炸視圖命令 ,會跳出創(chuàng)建爆炸視圖對話框如圖 34 所示 ： 圖 34 創(chuàng)建爆炸視圖 按確定以后會激活爆炸視圖工具欄中其他灰色的命令 ,如圖 35所示： 圖 35 激活的爆炸視圖對話框 然后點(diǎn)編輯爆炸視圖命令 ,會出現(xiàn)如下圖 36所示對話框 ： 圖 36 編輯爆炸視圖對話框 可以通過這個對話框進(jìn)行行星 輪中各個零部件的拖動 ,可以任意的拖動零部件到任意的位置 ,也可以把零部件進(jìn)行旋轉(zhuǎn) ,調(diào)整零件之間的視角 ,使得看起來更加的清楚 ,更能了解零部件之間的關(guān)系。 選中一個要拖動的對象，即模型中的某個零件， 然后在點(diǎn)選移動對象，在工作界面中就會出現(xiàn)一個可以拖動的坐標(biāo)系，可以選擇坐標(biāo)系的任何一個矢量方向進(jìn)行拖動，可以選擇各矢量間的小圓球，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如圖 37所示： 圖 37 編輯爆炸是圖的操作 運(yùn)用這樣的方法就可以把零件一個一個的拖動出來，就像實(shí)際工作中對裝配體的拆卸，能真實(shí)的反應(yīng)出裝配的順序，零件之間 存在的問題，可以快速的找出問題，并解決問題，避免了等制造出來以后發(fā)現(xiàn)問題，在重新設(shè)計，造成不必要的損失。下圖是完全爆炸開的行星輪爆炸圖 38所示： 圖 3－ 4 單個行星輪爆炸視圖 在 UG/Assembly 模塊中還有一個裝配順序的功能，可以進(jìn)行模型的拆卸仿真。拆卸仿真在整個模型拆卸研究中有著極其重要的作用。通過對整個模型的拆卸仿真，可以實(shí)現(xiàn)各零部件之間的拆卸干涉分析，為拆卸序列的生成提供依據(jù)。同時動態(tài)仿真演示模擬整個拆卸過程，使用戶和設(shè)計人員更加直觀的了解拆土藝和拆卸過程。 第四章 虛擬仿真技術(shù) 引言 UG 三維設(shè)計軟件采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體 。用基于特征〔如孔、凸臺、型腔、槽溝、倒角等 )的建模和編輯方法進(jìn)行實(shí)體造型，形象直觀。并可將多個三維立體模型裝配成為系統(tǒng)，利用參數(shù)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真。 利用 UG 對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動仿真的途徑有兩條 : 第一，利用 UG 的機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析模塊 UGScenario forMotion 這個模塊提供機(jī)構(gòu)設(shè)計、分析、仿真和文檔生成功能，可在 uG 實(shí)體模型或裝配環(huán)境中定義機(jī)構(gòu)，包括鉸鏈、連桿、彈簧、阻尼、初始 運(yùn)動條件等機(jī)構(gòu)定義要素。定義好的機(jī)構(gòu)可直接在 UG 中進(jìn)行分析，包括最小距離、干涉檢查和軌跡包絡(luò)線等選項，同時可實(shí)現(xiàn)仿真機(jī)構(gòu)運(yùn)動。它能夠提供準(zhǔn)確的運(yùn)動關(guān)系，但不能用于變形體的仿真，往往是通過單步運(yùn)行仿真結(jié)果，靠屏幕抓取方式獲得圖片，不能提供高質(zhì)量圖片，所以仿真效果也不是很好。 第二，通過修改裝配 (或零件 )參數(shù)或重新定位零件進(jìn)行運(yùn)動仿真應(yīng)用 UG 軟件中的參數(shù)化建模、裝配、零件問表達(dá)式等工具，可以清楚地表達(dá) CAD 模型間的相互關(guān)系。通過修改模型參數(shù)、裝配關(guān)系或零件間表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)剛體以及變形體的運(yùn)動仿真。仿真過程中使用高 質(zhì)量渲染功能 UGHigh Quality Image ( HQI)能夠得到賞心悅?cè)盏膱D片，靈活運(yùn)用宏命令還可以很大地提高仿真效率。在UG/Modeling、 UG/Assembly 和 UG/HQI 中利用的全部動作，然后手工或通過用戶程序?qū)⒃摵昝钭龀龆喾菘截?，形成一個新文件，把參數(shù)改為其相對應(yīng)的參數(shù)。最后再運(yùn)行新制作的宏命令，生成所有仿真用圖片素材，再用動畫工具制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動的仿真片段。本章節(jié)中著重介紹的是 UG/Motion 模