【正文】 (Virtual ANTHROPOS)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行裝配操作，交互的裝配和拆 卸零件。在用戶交互的基礎(chǔ)上產(chǎn)生裝配前趨圖，進(jìn)行裝配時(shí)間和裝配成本的分析。規(guī)劃者在進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)，能夠綜合考慮裝配體征和其他裝配體條件對(duì)裝配操作的影響。系統(tǒng)的具體功能為： (1)通過(guò)與 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，獲得和表達(dá) CAD設(shè)計(jì)模型； (2)涉及裝配工作環(huán)境的仿真； (3)通過(guò)交互產(chǎn)生裝配前趨圖； (4)為裝配規(guī)劃人員提供裝配規(guī)則與知識(shí)； (5)裝配穩(wěn)定性分析； (6)自動(dòng)產(chǎn)生裝配過(guò)程文件。 Kuehne和 Oliver建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬裝配系統(tǒng)，可以通過(guò)導(dǎo)入 CAD模型和裝配層次結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生裝配順序，但它沒(méi)有碰撞干涉檢查和觸 覺(jué)反饋。 Narikawa等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)面向自動(dòng)取款機(jī)裝配的虛擬工程環(huán)境，并與設(shè)計(jì)方法學(xué)緊密結(jié)合。 Ritchie， Gupta和 Bound等通過(guò)虛擬裝配和現(xiàn)實(shí)裝配的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了虛擬裝配規(guī)劃與分析的有效性和可行性，表明與傳統(tǒng)方法相比，能夠更快、更直觀、更有效的產(chǎn)生裝配順序，使用戶能夠?qū)ρb配進(jìn)行更全面、精確的分析。 XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 4 國(guó)內(nèi)研究概況 我國(guó)開(kāi)展虛擬裝配技術(shù)研究始于 20世紀(jì) 90年代后期，由于起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，但其發(fā)展很快，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等單位在虛擬裝配及其關(guān)鍵技術(shù) 研究與開(kāi)發(fā)方面都作出了有意義的探索。 清華大學(xué)國(guó)家 CIMS工程技術(shù)研究中心是在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展虛擬裝配研究開(kāi)發(fā)的單位之一，多年來(lái)已在面向裝配的設(shè)計(jì)、裝配建模、裝配順序與路徑規(guī)劃、裝配過(guò)程仿真、裝配資源建模等方面做了較為深入的探索，并基于 CAD軟件平臺(tái) Pro，ENGINEER開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)虛擬裝配支持系統(tǒng) VASS(virtual Assembly support System)。利用該系統(tǒng)可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段基于三維實(shí)體模型的試拆卸仿真，生動(dòng)直觀地分析、驗(yàn)證與改善產(chǎn)品的可裝配性，進(jìn)行產(chǎn)品及其部件的裝配工藝規(guī)劃，生成對(duì) 實(shí)際裝配操作具有指導(dǎo)意義的裝配工藝文件。 VASS已經(jīng)在經(jīng)緯紡機(jī)股份有限公司某新型劍桿織機(jī)的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、徐工集團(tuán)新型工程機(jī)械的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中得到初步應(yīng)用。 西北工業(yè)大學(xué) CAD／ CAM國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合飛機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，在裝配建模、裝配順序與路徑規(guī)劃、裝配操作仿真等方面進(jìn)行了研究，以裝配操作模型作為產(chǎn)品工藝信息集成的載體，將產(chǎn)品裝配環(huán)境和裝配過(guò)程結(jié)合在一起，并基于solidWorks和 CATIA軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)了裝配仿真系統(tǒng)。 浙江大學(xué) CADamp。CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了基于多通道、集成的虛擬設(shè)計(jì)與虛擬裝配系統(tǒng) (VDVAS， Virtual Design and Virtual Assembly System)，實(shí)現(xiàn)了在同一虛擬環(huán)境中修改尚未滿足裝配條件的零件的幾何尺寸或外形，而無(wú)需在虛擬環(huán)境與 CAD系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性；并對(duì)基于語(yǔ)義的產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了基于語(yǔ)義的產(chǎn)品裝配操作，對(duì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品裝配效率與質(zhì)量具有重要意義。 此外，在虛擬裝配技術(shù)研究方面國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了有益的探索。例如，劉振宇等研究了裝配設(shè)計(jì)中的裝配語(yǔ)義的識(shí)別和約束的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。孫軍華等建立了基于虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言 (VRML， Virtual Reality Modeling Language)的交互式虛擬裝配平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)裝配體的 VRML文件到動(dòng)態(tài)交互式虛擬裝配的 VRML文件的轉(zhuǎn)化。譚國(guó)鋒綜合應(yīng)用 Pro， E、 AutoCAD、 Photoshop、 CorelDRAW等 CAD軟件形成虛擬制造，虛擬裝配 (VM／ VA， Virtual Manufacture， Virtual Assembly)技XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 5 術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)品的成型過(guò)程，取得了良好的效果。顧寄南等對(duì)面向虛擬裝配的“頂點(diǎn)表示活動(dòng)”網(wǎng)絡(luò)排序裝配規(guī)劃進(jìn)行了研究，提出了 AOV(Activity 0n Vertices)網(wǎng)絡(luò)排序技術(shù)生成產(chǎn)品的裝配順序，有效地解決了在減少裝配順序遺漏的同時(shí)縮小可行解的空間，提高了裝配順序評(píng)價(jià)的效率。 虛擬裝配技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì) 虛擬裝配技術(shù)是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，涉及的各項(xiàng)技術(shù)仍處在不斷的發(fā)展之中，將來(lái)的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在如下幾方面： (1) 開(kāi)放性的系統(tǒng)框架。虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)涉及到支撐技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、用戶界面等多方面的技術(shù)，需要構(gòu)架虛擬裝配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，規(guī)劃支持技術(shù)群、統(tǒng)一的模型信息結(jié)構(gòu)、功能實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)集成接口等，從而通過(guò)信息和技術(shù)共 享、系統(tǒng)集成，較快地開(kāi)發(fā)出工程應(yīng)用系統(tǒng)。 (2) 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬裝配。隨著產(chǎn)品復(fù)雜性增加，不同企業(yè)之間的協(xié)同和交互成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要形式。裝配作為產(chǎn)品功能的最終體現(xiàn)的環(huán)節(jié)，其工藝設(shè)計(jì)、分析、規(guī)劃、驗(yàn)證更需要若干團(tuán)隊(duì)人員的協(xié)同參與，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬裝配必將為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。 (3) 模型交換接口。建立 CAD與虛擬裝配系統(tǒng)模型交換的標(biāo)準(zhǔn)接口，制定 CAD 模型的數(shù)據(jù)提取和表達(dá)、信息的存儲(chǔ)和管理等方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為虛擬裝配系統(tǒng)的應(yīng)用提供必要的幾何信息、特征信息和約束。 (4) 智能化的裝配方案設(shè)計(jì)。 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品而言，由于裝配工藝本身的復(fù)雜性，僅依靠人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行搭積木式組裝而獲得的可能只是一種可行的裝配方案，而不一定是優(yōu)化的裝配方案，而且具有一定的不確定性。集思廣益，全面考慮，虛擬裝配系統(tǒng)可以交互地利用專家系統(tǒng)智能化地進(jìn)行裝配方案的設(shè)計(jì)，并且對(duì)之進(jìn)行仿真和評(píng)價(jià)。 (5) 裝配質(zhì)量分析。目前，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、虛擬裝配中，通常以理想的零件模型為基礎(chǔ)，沒(méi)有考慮實(shí)際的加工和裝配環(huán)境對(duì)零件形狀和尺寸精度的影響，可能導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的零件裝配性能不能滿足要求。在虛擬裝配中，可以設(shè)定零件的形狀和尺寸、定位誤差等， 預(yù)測(cè)裝配精度，也可以通過(guò)分析裝配過(guò)程零件變形的影響，評(píng)價(jià)裝配工藝，從而更全面地為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供支持。 (6) 基于虛擬裝配的管路、線纜布局。在復(fù)雜產(chǎn)品中（如飛機(jī)、船舶、火箭XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 6 發(fā)動(dòng)機(jī)等），由于空間和結(jié)構(gòu)的限制，各種剛性管路和柔性線纜等交錯(cuò)纏雜在一起，給設(shè)計(jì)和裝配操作帶來(lái)很大困難，虛擬裝配技術(shù)可以為管路、線纜布局設(shè)計(jì)提供有效的支持。 論文的研究?jī)?nèi)容 本論文的主要研究?jī)?nèi)容： (1) 簡(jiǎn)要闡述了論文提出的背景、目的與意義及其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了本文的研究?jī)?nèi)容。 (2) 基于 Pro/Engineer軟件實(shí) 現(xiàn) 拉矯機(jī)中重要的零件三維建模。 (3) 利用 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行 重要零部件 的公差設(shè)計(jì)。 (4) 在 Pro/Engineer軟件環(huán)境下，對(duì) 拉矯機(jī) 裝配順序進(jìn)行研究 , 提出拉矯機(jī)合理有效的裝配方法 。 2 拉矯機(jī)零件公差設(shè)計(jì) 公差是零件要素在尺寸、形狀或位置等參數(shù)的允許變動(dòng)量，它是機(jī)械精度表達(dá)的具體體現(xiàn)，是機(jī)械裝置的使用要求與制造經(jīng)濟(jì)性之間協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，又是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的重要技術(shù)指標(biāo)．公差分為尺寸公差、形狀公差、位置公差三類。 配合公差 (或間隙公差 )是允許間隙的變動(dòng)量，它等于最大間隙與最小間隙之代數(shù)差的絕對(duì)值， 也等于互相配合的孔公差帶與軸公差帶之和。公差配合的類型分為三種：間隙配合、過(guò)渡配合、過(guò)盈配合。間隙配合 —— 軸與孔之間有明顯間隙的配合，軸可以在孔中轉(zhuǎn)動(dòng)；過(guò)盈配合 —— 軸與孔之間沒(méi)有間隙，軸與孔緊密的固聯(lián)在一起，軸將不能單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)；過(guò)渡配合 —— 介于間隙配合與過(guò)盈配合之間的配合，有有可能出現(xiàn)間隙，有可能出現(xiàn)過(guò)盈，這樣的配合可以作為精密定位的配合。由于拉矯機(jī)（如圖 21 所示）主要由五個(gè)棍子部件組成，軸承安裝部位的配合公差是關(guān)鍵部位，同時(shí)上、下拉矯輥和分離輥的軸承相同，因此 下面主要介紹調(diào)心棍子軸承 22224CC 安裝處的 孔軸配合公差設(shè)計(jì)及分析過(guò)程。 XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 7 圖 21 拉矯機(jī) 極值法分析裝配性能 根據(jù)極值法求封閉環(huán)的相關(guān)參數(shù)有如下等式： 10 11( ) ( )mniii i mE S A E S A?? ? ????? EI （ A ） （ 21） 10 11( ) ( )mniii i mE I A E I A?? ? ????? ES （ A ） （ 22） 110 1 1 1( ) ( ) ( ) ( )n n ni i ii i m iT A T A T A T A??? ? ? ?? ? ?? ? ? （ 23） 式中：、 Ai —— 增環(huán)； A。 —— 減環(huán)； m—— 增環(huán)的環(huán)數(shù)； n—— 尺寸鏈總環(huán)數(shù)； ES(Ao)—— 封閉環(huán)上偏差； EI(Ao)—— 封閉環(huán)下偏差； T(Ao)—— 封閉環(huán)公差。 根據(jù)封閉環(huán)的公差及上下偏差值可判斷裝配性能是否符合要求。在進(jìn)行裝配公差檢驗(yàn)分析時(shí)，先要比較實(shí)際封閉環(huán)的公差與設(shè)計(jì)封閉環(huán)的公差值，若公差值XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 8 符合要求則再比較實(shí)際封閉環(huán)與設(shè)計(jì)封閉環(huán)的上下偏差，從而判斷裝配性能是否合格，若不合格須給出反饋意見(jiàn)。此處的比較結(jié)果存在多種情況，下面以孔軸配合為例作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。 若實(shí)際封閉環(huán)的公差 大于設(shè)計(jì)封閉環(huán)的公差，則要減小實(shí)際封閉環(huán)的公差，即縮小組成環(huán)的公差帶。在縮小組成環(huán)公差帶時(shí)存在幾種可能的情況： (1)實(shí)際封閉環(huán)下偏差大于設(shè)計(jì)封閉環(huán)下偏差。 反饋意見(jiàn)：減小孔的上偏差 (軸為基準(zhǔn)件 )或增大軸的上偏差 (孔為基準(zhǔn)件 )。 (2)實(shí)際封閉環(huán)上偏差小于設(shè)計(jì)封閉環(huán)上偏差。 反饋意見(jiàn)：增大孔的下偏差 (軸為基準(zhǔn)件 )或減小軸的上偏差 (孔為基準(zhǔn)件 )。 (3)實(shí)際封閉環(huán)上偏差大于設(shè)計(jì)封閉環(huán)上偏差，并且實(shí)際封閉環(huán)下偏差小于設(shè)計(jì)封閉環(huán)下偏差。 反饋意見(jiàn)：減小孔的上偏差同時(shí)增大孔的下偏差 (軸為基準(zhǔn)件 )，或增大軸的下偏差同 時(shí)減小軸的上偏差 (孔為基準(zhǔn)件 )。 若實(shí)際封閉環(huán)的公差滿足了要求，則要判斷實(shí)際封閉環(huán)的上下偏差是否也滿足要求。比較實(shí)際封閉環(huán)的上下偏差與設(shè)計(jì)封閉環(huán)的上下偏差又存在兩種情況： (1)實(shí)際封閉環(huán)上偏差大于設(shè)計(jì)封閉環(huán)上偏差。 反饋意見(jiàn)：向下移動(dòng)孔的公差帶 (軸為基準(zhǔn)件 )，或向上移動(dòng)軸的公差帶 (孔為基準(zhǔn)件 )。 (2)實(shí)際封閉環(huán)下偏差小于設(shè)計(jì)封閉環(huán)下偏差。 反饋意見(jiàn)：向上移動(dòng)孔的公差帶 (軸為基準(zhǔn)件 )，或向下移動(dòng)軸的公差帶 (孔為基準(zhǔn)件 )。 根據(jù)反饋意見(jiàn)修改尺寸鏈中相應(yīng)的組成環(huán)公差，然后再進(jìn)行尺寸鏈的重新解算以檢驗(yàn)分析裝配公 差是否合格，直到滿足裝配性能要求為止。 拉矯輥軸的公差設(shè)計(jì) 由于調(diào)心滾子軸承 22224CC 是對(duì)稱安裝在拉矯輥軸（拉矯輥軸包括上、下拉矯輥上的軸一和分離輥上的軸二） ，且軸承與拉矯輥軸一般采用基孔制過(guò)盈配合。作為冶金機(jī)械，對(duì)拉矯輥軸的精度要求不是很高，選擇公差精度為 IT6，基本偏差為 m，過(guò)盈配合。查表可知拉矯輥軸下偏差為 ，上偏差為 ，得到XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 9 拉矯輥軸與 軸承 22224CC 公差配合表，如表 21 所示 。 表 21 拉矯輥軸與軸承 22224CC的公差配合表 增環(huán)尺寸： 1201 ??A 減環(huán)尺寸： 120????A 封閉環(huán)基本尺寸： 0210 ??? AAA 由公式（ 21）和 (22) 可得： 封閉環(huán)上偏差尺寸： 210 ?????? AAA EIESES 封閉環(huán)下偏差尺寸： 210 ?????? AAA ESEIEI 封閉環(huán)尺寸： 0???A 由 封閉環(huán)尺寸： 0???A 可以得出拉矯輥軸與軸承 22224CC配合時(shí)為過(guò)盈配合，滿足安裝使用要求。 軸承座一內(nèi)孔的公差設(shè)計(jì) 軸承座一內(nèi)孔設(shè)計(jì)依據(jù) : 選擇基準(zhǔn)制的時(shí)候，一般考慮到其結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟(jì)幾個(gè)方面來(lái)綜合考慮，權(quán)衡利弊。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中軸承公差配合知識(shí)可知：軸承座一內(nèi)孔與調(diào)心滾子軸承 22224CC 外徑配合安裝，由于軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，基準(zhǔn)制的選取時(shí)就通常依標(biāo)準(zhǔn)件而定，因此軸承座一的孔與軸承外圈的配合選用基軸制。 由于軸承是對(duì)稱安裝在拉矯輥上 ，而且軸承與拉矯輥軸采用基孔制過(guò)盈配合。這就要求安裝時(shí)拉矯輥能在軸承座孔 內(nèi)有很小的軸向滑動(dòng)，因此 軸承座一的孔與軸承外圈應(yīng)選用間隙配合?；境叽鐬?Φ 215，又是 基軸制間隙配合，軸承 裝配零件 尺寸 配合類型 基本尺寸 上下偏差 上偏差 下偏差 軸一、軸二 Φ 120 m6 過(guò)盈配合 軸承 22224CC 內(nèi)徑Φ 120 標(biāo)準(zhǔn)件 基軸制（ H7) XXX大學(xué) XX屆畢業(yè)論文 10 座一孔的 精度要求不是很高，選擇公差精度為 IT7，基本偏差為 G。查表可知軸承座一孔的下偏差為 ，上偏差為 ，得到軸承座一與軸承 22224CC 外圈公差配合表，如表 22 所示。 表 22 軸承座一與軸承 22224CC 的公差配合表 增環(huán)尺寸： 215????A 減環(huán)尺寸 : 2152 ??A 封閉環(huán)基本尺寸： 0210 ??? AAA 由公式 (21)、 (22)可得：