【正文】 通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)施加載荷，設(shè)置不同的工況參數(shù)對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)仿真，從而進(jìn)行 全方位的功能檢驗(yàn)，以檢測(cè)新產(chǎn)品 的主要功能。 (3)可以有效支持并行設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)上下游并行設(shè)計(jì)和多專家協(xié)同設(shè)計(jì)。 虛擬裝配技術(shù) 3 將 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成到零件裝配過(guò)程中， 就 形成 了虛擬裝配技 術(shù) 。從而更加有效、經(jīng)濟(jì)、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來(lái)的回溯更改。虛擬裝配以裝配工藝為核心，以裝配仿真、干涉碰撞檢查、裝配規(guī)劃的形成與可裝配性評(píng)價(jià)等單元技術(shù) 模塊為支撐，以三維建模軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，涉及到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖 形學(xué)和仿真技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域。在確保產(chǎn)品零部件能夠裝配到位的同時(shí)，保證產(chǎn)品裝配易實(shí)現(xiàn)、成本低。 4． 支持產(chǎn)品并行化設(shè)計(jì) 產(chǎn)品并行化設(shè) 計(jì)是讓下游的有關(guān)活動(dòng)盡早融合到上游的過(guò)程中來(lái)，使下游的有關(guān) 4 因素能在設(shè)計(jì)階段相對(duì)并行地考慮。 虛擬裝配技術(shù)使得裝配人員可以在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬環(huán)境中對(duì)虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品裝配，在設(shè)計(jì)階段就檢驗(yàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否方便裝配和維修，從而驗(yàn)證和改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性 ， 并給出評(píng) 價(jià)和分析結(jié)果 。在分布式虛擬裝配環(huán)境中， 采用三維軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行建模，再提取所需要的模型數(shù)據(jù)。建立虛擬裝配序列和路徑一是要建立合適的裝配結(jié)構(gòu)樹(shù)，二是通過(guò)零件的裝配信息生成裝配序列，在零部件拆 ／ 裝過(guò)程中，還要通過(guò)干涉檢查來(lái)檢驗(yàn)零件在空間位置是否發(fā)生沖突，驗(yàn)證 產(chǎn)品的可裝配性。 清華大學(xué)結(jié)合 863/CIMS WPD項(xiàng)目攻關(guān)及應(yīng)用需求，在 三維 軟件Pro/Engineer的基 礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)虛擬裝配支持系統(tǒng) VASS，該系統(tǒng)能夠基于三維實(shí)體模型 5 在計(jì)算機(jī)上實(shí)施產(chǎn)品及其部件的數(shù)字化預(yù)裝配，實(shí)現(xiàn)裝配工藝規(guī)劃，驗(yàn)證產(chǎn)品可裝配性，并生成能夠指導(dǎo)實(shí)際裝配作業(yè)的裝配工藝規(guī)程和卡片。裝配體作為產(chǎn)品功能的最終體現(xiàn)，其設(shè)計(jì)和分析要求設(shè)計(jì)者，制造商等人員的協(xié)同參與，需要有相應(yīng)的工具和環(huán)境支持這種協(xié)同工作，協(xié)同裝配設(shè)計(jì)正成為 新的研究熱點(diǎn)。零部件三維實(shí)體建模、模擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真均通過(guò) PTC公司 Pro/ENGINEER軟件實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)研究意義 隨著全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一，快速將多樣化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)是制造商把握先機(jī)而求生存的重要保障，而傳統(tǒng)裝配 需要反復(fù)修改， 多次進(jìn)行試裝配，周期長(zhǎng)，成本高，不能適應(yīng)當(dāng)前敏捷制造的需要。計(jì)算機(jī)繪圖起源于 20世紀(jì) 50年代 [10]。如果認(rèn)為從圖板到二維設(shè)計(jì)軟件的遷移，方便了設(shè)計(jì)人員對(duì)圖樣信息的產(chǎn)生、加工、存儲(chǔ)和 傳遞，只是形式的改變，本質(zhì)上并沒(méi)有多大的進(jìn)展；那么，三維造型軟件的出現(xiàn)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中邁出了革命性的一步。而且，相對(duì)于平面模型而言，實(shí)體模型不僅可以提供集合拓?fù)湫畔?還可以包含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息。 (4)采用實(shí)體模型可以直觀地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，便于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的干涉。在目前三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī) CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM軟件之一 [11]。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 [12]。 (2)參數(shù)化 (參數(shù) =尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等 )。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER的基本功能。由于圓柱、塊和錐等基本體素屬非關(guān)聯(lián)性特征，它們不與已建立的幾何對(duì)象關(guān)聯(lián)。單擊新建“文件”工具欄中的新建工具，彈出“新建”對(duì)話框，如圖 。選擇 TOP面為基準(zhǔn)平面， Right為基準(zhǔn)平面，單擊確定進(jìn)入草繪截面如圖 。 (2)利用拉伸工具繪制出撥叉外輪廓 ，如圖 。 (2)利用拉伸工具得到換擋臂粗外輪廓， 如圖 ， 圖 。 (2)在主菜單中依次單擊“插入”“螺旋掃描”“伸出項(xiàng)”按鈕，彈出對(duì)話框 ， 如圖 。 圖 彈簧絲截面 14 (6)掃描實(shí)體，完成建模，效果如圖 。 (4)建立平面 DTM2//TOP平面，偏移 49176。 (7)利用孔工具作出標(biāo)準(zhǔn)孔 ； 拉伸殼體底孔（ 4φ 14），拉伸底座對(duì)角凸緣。 圖 換擋導(dǎo)向軸 圖 變速器后殼體 圖 換擋臂 16 圖 螺釘 圖 彈性銷 本章小結(jié) 本節(jié)介紹了三維建模技術(shù)的概念、應(yīng)用發(fā)展三維建模技術(shù)，作為一種先進(jìn)的 產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方法，虛擬樣機(jī)技術(shù)有傳統(tǒng)的方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)的一種趨勢(shì)；三維建模技術(shù)是虛擬樣機(jī)技術(shù)一個(gè)重要基礎(chǔ)。 1． 虛擬裝配的特點(diǎn) Pro/E軟件采用的裝配模式是虛擬裝配模式，即裝配件中的零件與原零件之間是指針引用鏈接關(guān)系，對(duì)原零件的修改會(huì)自動(dòng)反映到裝配件中，采用此種裝配方法，具有以下特點(diǎn)： (1)裝配的內(nèi)存需求減少 。因此所產(chǎn)生的裝配信息可以方便地繪制裝配圖，并能快速生成裝配分解圖，節(jié)省繪制裝配圖和零件圖的時(shí)間和成本。 選擇 新建 菜單中的 組件 選項(xiàng)， 進(jìn)入裝配界面 出現(xiàn)裝配工具條； 點(diǎn)擊下拉菜單裝配命令 圖標(biāo)，向新打開(kāi)的裝配文件中添加第一個(gè)已創(chuàng)建的零件模型 (可以將這個(gè)添加的零件模型定位在圖形區(qū)域的原點(diǎn) )；向裝配文件中添加第二個(gè)零件模型；點(diǎn)擊 隱藏 圖標(biāo)，在進(jìn)行裝配操作前，先按正確的裝配位置給第二個(gè)零件重新定位并隱藏不需要顯示的曲線、草圖、對(duì)稱軸和坐標(biāo)系等；點(diǎn)擊 約束 圖標(biāo)，選擇正確的裝配類型進(jìn)行裝配 。例如：可以用裝配導(dǎo)航工具選擇組件、改變工作部件、改變顯示部件、隱藏與顯示組件和替換引用集等。對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外形復(fù)雜的機(jī)械，內(nèi)部零部件的尺寸及外形很大程度上依賴于產(chǎn)品外形，可采用自頂向下式。這種裝配模式適用于 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊，形式變化多、零件之間容易發(fā)生干涉、對(duì)動(dòng)作可靠性和準(zhǔn)確性要求高的產(chǎn)品。 將裝配體分成若干個(gè)獨(dú)立裝配的單元 從裝配工藝角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)產(chǎn)品是由若干個(gè)裝配單元組成的。由于在總裝之前，可以單獨(dú)進(jìn)行部件裝配，部件裝配后就可以進(jìn)行部件的試驗(yàn)和調(diào)整，為提高變速器 操縱機(jī)構(gòu) 的質(zhì)量和性能打下了良好的基礎(chǔ)。 一般情 況下，不要出現(xiàn)過(guò)定位現(xiàn)象。從工藝性方面講。通過(guò)前后蓋和殼體的軸孔限制了 5個(gè)自由度， 前后平移 的自由度不必限制。裝配約束主要為旋轉(zhuǎn)軸線的重合、面的 匹配以及彈簧的撓性安裝。 其裝配過(guò)程具體如下： (1)新建一個(gè)組件文件，命名為“ yierdangbochazhuangpei” （一二檔撥叉軸裝配（ Pro/E不能使用中文文件名）） ，選擇裝配單位進(jìn)入裝配模式 ，如圖 。單擊 按鈕，將第一、二擋撥叉添加到組件，在【放置】窗口中添加兩零件旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)齊和兩個(gè)端面匹配重合的約束，如圖 ， 圖 示 。 23 (1)新建裝配文件命名為“ zisuozhuangzhi”，單擊 按鈕， 然后將 “自鎖彈簧” 添加到組件，再單擊【缺省】選擇約束類型為“缺省”，將零件固定，放置狀態(tài)為完全約束。在【可變項(xiàng)目】對(duì)話框中選擇【按值】方式，并輸入新值。再添加旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)齊和約束，完成裝配。 (1)選擇菜單命令【動(dòng)畫 /動(dòng)畫】或單擊 按鈕，彈出【動(dòng)畫】對(duì)話框，輸入新名稱“ JSQ”，單擊【重命名】按鈕，為動(dòng)畫增加新名稱。選取菜單【動(dòng)畫／快照】或單擊 按鈕，彈出【拖動(dòng)】對(duì)話框，單擊左上角的按鈕，增加第 1幅快照“ Snapshotl”作為初始位置 。選擇菜單命令【動(dòng)畫 /關(guān)鍵幀序列】，彈出【關(guān)鍵幀序列】對(duì)話框，單擊【新鍵】按鈕，彈出子窗口 (或單擊圈按鈕 )，【關(guān)鍵幀序列】欄中選取“ Snapshotl”，在【時(shí)間】欄中輸入“ 0”，單擊按鈕，加入第 1幀 (“ Snapshotl”的起始時(shí)間從“ 0”開(kāi)始 )。選取菜單命令【動(dòng)畫 /啟動(dòng)】或單擊●按鈕，開(kāi)始播放動(dòng)畫。在回放對(duì)話框中，單擊【捕捉】可以將運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫輸出成 MPEG、 JPG等格式影像文件 干涉檢查 在 Pro/E中進(jìn)行產(chǎn)品裝配關(guān)系的干涉檢驗(yàn)非常簡(jiǎn)單，只需在產(chǎn)品裝配模式下點(diǎn)擊菜單中的【分析 /模型分析】 如圖 ，選擇全局干涉選項(xiàng)，點(diǎn)擊【計(jì)算】按鈕，開(kāi)始干涉分析，分析結(jié)果為 此操縱機(jī)構(gòu)無(wú)干涉 如圖 。計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃是面向虛擬裝配設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其任務(wù)就是對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行描述，以保證裝配的質(zhì)量和效率 [20]。 但 由于時(shí)間和篇幅限制，本設(shè)計(jì)僅進(jìn)行了初步的研究和探索，以后有待于進(jìn)一步研究。 29 考 參 文獻(xiàn) [1]周爾民 .基于 Pro/ENGINEER 的汽車變速器虛擬裝配仿真技術(shù) [J].汽車工程 , [2]馮櫻 .基于 Pro/E 的汽車變速器裝配及運(yùn)動(dòng)仿真的動(dòng)畫實(shí)現(xiàn) [J].機(jī)械工程師 , [3]王斌 ,蔣孝軍 .虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬裝配的構(gòu)建 [J].信息技術(shù)與信息化 , [4]鄭鐵 ,寧汝新 ,劉檢華 ,王莉娟 .面向虛擬裝配的計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)體系研究 [J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào) , [5]徐灝 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].機(jī)械工業(yè)出版社 , [6]王寶璽 .汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué) [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 , [7]成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].化學(xué)工業(yè)出版社 , [8]張德永 . Pro/ENGINEER 數(shù)控加工 (基礎(chǔ)篇 ) [M].清華大學(xué)出版社 , [9]李云 ,楊豐 .虛擬裝配技術(shù)的研究和發(fā)展 [J].科技資訊 , [10]岳陸游 ,胡天策 ,儲(chǔ)亞峰 .基于 Pro/E 三維夾具設(shè)計(jì)研究 [J].機(jī)械工程師 , [11]田文明 .變速器操縱機(jī)構(gòu)過(guò)程策劃 [J].現(xiàn)代零部件 . [12]王霄 ,劉會(huì)霞 .典型機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].化學(xué)工業(yè)出版社 , [13]薛源順 .機(jī)床夾具設(shè)計(jì) [M].機(jī)械工業(yè)出版社 , [14]王寧 ,王興權(quán) ,魏曉波 ,張國(guó)宏 ,周立楠 .基于 ProE減速器的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真 [J]. 新技術(shù)新工藝 . [15]盧小平 .面向虛擬裝配的裝配順序規(guī)劃研究 [J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào) , 5 [16]吳修義 .汽車機(jī)械變速器結(jié)構(gòu)的裝配工藝性 [J].通用機(jī)械 , [17]楊曉輝 ,王耀鋒 .淺析變速器結(jié)構(gòu)的裝配工藝性 [J].重型汽車 , [18]姚永玉 ,李凌 .基于虛擬裝配技術(shù)的連桿機(jī)械手運(yùn)動(dòng)干涉研究 [J].裝備 制造技術(shù) , [19] Jayaram S, et al. A Virtual Assembly Design Environment[J].Proceedings of IEEE VirtualReality, Houston, TX,1999,19 : 172 179. [20] Gomes de Sa A, Zachmann G. VirtualReality as a Tool forVerification of Assembly and Maintenance[J]. Computers and Graphics,1999,23 : 389 403. 30 致 謝 本設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師張德生副教授的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的研究分析過(guò)程中，得到了多位老師的熱心指導(dǎo)，在此對(duì) 汽車服務(wù)教研室的各位 老師； Pro/E專業(yè)老師王強(qiáng)老師 ；汽車底盤實(shí)驗(yàn)室王英璞老師；以及豐田實(shí)驗(yàn)室中心的各位老師表示深深