【導讀】為了提高快速響應能力，必須實現快速設計。用途，詳細介紹了液化天然氣氣瓶的焊接方式。其次，我們首先完成液化天然氣氣瓶焊接專機各種零部件的三維建模。對繁多的齒輪傳動，應用PRO/E參數化齒輪建模方法，完成了參數化齒輪建模。PRO/ENGINEER、AUTOCAD等軟件，我們完成了軸承三維模型的創(chuàng)建。件建模功能，我們完成了大量標準件的三維建模，諸如軸承、螺栓、墊片、螺帽等等。配過程用到了一些實用的裝配技巧。鏈條的陣列化裝配，裝配件中的改名操作，軸組件的裝配。將機構運動錄制成JPEG格式的動畫。

　　

【正文】 合，用“插入”約束使齒送絲輪孔的軸線和軸的軸線對齊。 （ 7）單擊“插入” “元件”，調入“ TAOTONG”零件，用“匹配”約束使套筒端面和齒輪端面相重合，用“插入”約束使套筒孔的軸線和軸的軸線對齊。 （ 8）單擊“插入” “元 件”，調入“ DIANPIAN”零件，用“匹配”約束使墊片端面和送絲輪端面相重合，用“插入”約束使墊片的軸線和軸的軸線對齊。 （ 9）單擊“插入” “元件”，調入“ LUOMAO”零件，用“匹配”約束使塑料螺帽端面和墊片端面相重合，用“插入”約束使螺帽的軸線和軸的軸線對齊。 （ 10）軸組件裝配完畢。 河南機電高等?？茖W校 5 機構運動虛擬設計 機構運動分析模塊（ MECHANISM）是 PRO/ENGINEER 中一個集運動仿真和機構分析于一身的、功能強大的模塊。當各 個零部件通過裝配模塊組裝成一個完整的機構后，就可以在 PRO/E 中直接啟動機構運動分析模塊，根據設計者的設計意圖定義機構中的連接，設置伺服電機，運行機構分析，觀察機構的整體運動軌跡和各零件之間的相對運動，檢測機械干涉，還可以進行各種測量，最后把分析結果保存成影片的形式 。 在 PRO/ENGINEER 中創(chuàng)建一個機械裝置的機構運動仿真的一般步驟如下： （ 1）根據設計圖樣進行三維建模； （ 2）進入裝配模塊，將創(chuàng)建好的三維模型按照裝配圖裝配起來，同時設置好機構連接； （ 3）進入 MECHANISM 機構運動仿真模塊，定義高級連接，并添加伺服電機； （ 4）建立機構分析，保存分析結果，制作動畫仿真。 機構分析前需要定義大量的連接關系，類似第四章的裝配定義，但是，裝配定義好的組件是不能運動的 。 PRO/ENGINEER 軟件根據常用機械運動副設置了多種連接方式，現在將它們列表介紹如下： 常用機械運動副連接方式列表 連接類型 自由度 描述 需要定義的約束 旋轉 平移 銷釘 1 0 圍繞軸旋轉 圓柱 1 1 沿指定的軸平移并相對于該軸旋轉 軸對齊 滑動桿 0 1 沿軸平移 1. 軸對齊 2. 平面配對或對齊 平面 1 2 在一個平面內任意運動 平面對齊 球 3 0 接頭允許沿任何方向旋轉 點與點對齊 軸承 3 1 球接頭和滑塊接頭的組合 點與邊或軸線對齊 剛性 0 0 將兩個零件固接在一起 一個或多個約束 焊接 0 0 將兩個零件粘結在一起 坐標系對齊 河南機電高等專科學校 除此以外，在機構運動分析模塊內部還有三種高級連接，即齒輪連接、凸輪連接、槽連接，這些連接都是機械設計人員所熟悉的，在此不再贅述。 使用伺服電機可以對機構施加特殊運動，是 機構運動的原動力，向模型中增加伺服電機可為運動仿真做準備。 可以在連接軸或幾何圖元上放置伺服電機，觀察機構的運動軌跡。以下是創(chuàng)建伺服電機的步驟： （ 1）單擊菜單中“ MECHANISM” “伺服電機” “新”，彈出伺服電機對話框； （ 2）在主窗口中選擇一個連接軸，然后單擊“特性”選項卡，用來設置伺服電機的位置、速度、加速度等參數； （ 3）其中“模”分隔欄中包括九種時間函數來定義運動輪廓： ① Constant：常量。 Y=A， A=常量。 ② Ramp：斜插入。運動隨時間呈線形變化， Y=A+B*T，其中 A， B都是常量。 ③ Cosine：余弦。周期性運動， Y=A*COS（ 2*PI*t/T+B） +C， A=振幅； B=相位； T=周期。 ④ SCCA：用于模擬一個凸輪輪廓的輸出。 ⑤ Cycloidal：擺線。用于模擬凸輪的輸出， Y=L*t/TL*sin（ 2*PI*t/T） /2*PI， L=總上升次數； T=周期。 ⑥ Parabolic：拋物線?？杀挥糜谀M軌跡， Y=A*t1/2B（ t2）， A=線性系數； B=二次系數。 ⑦ Polynomial：多項式。用于電機的配置文件， Y=A+B*t+C*t2+D*t3， A=常數項系數；B=一次項系數； C=二次項系數； D=三次項系數。 ⑧ Table：表單。如果不能用其他函數指定更復雜的運動輪廓，可以用表單形式來表示。第一欄代表時間，第二欄表示伺服電機的值。 ⑨ User Defined：用戶用函數自我定義。 （ 4）在 Graph（圖象）分隔欄中，可以把定義的位置，速度，加速度函數通過圖形表示出來。 （ 5）如果對創(chuàng)建的伺服電機參數不滿意，可以對伺服電機進行編輯、刪除、復制等操作。 創(chuàng)建運動分析 運行分析命令允許用戶定義一個機構在一定時間內的運動方式，通過向機構中增加伺服電機，然后設置時間周 期和運動增量，可以定義組件的運動增量，可以定義組件的運動方式，回放機構運動的畫面或將結果保存在磁盤中，便于以后重新演示。下面簡要介紹一下建立機構分析的一般步驟： （ 1）單擊“機構” “分析”，打開機構分析對話框。 （ 2）單擊“新建”，打開“運動分析”對話框。 （ 3）輸入運動分析的名稱。 河南機電高等?？茖W校 （ 4）選擇一中分析類型。 （ 5）在“優(yōu)先”選項卡中點擊“圖形顯示”欄，在其中設置動畫起始時間和終止時間，并選擇測量時間域的方式。 （ 6）其中“鎖定圖元”的作用是運行運動分析時鎖定主體或連接，則在已定義的分析中，這些鎖定的 主體或連接將不會相互移動。 （ 7）“優(yōu)先”選項卡中“初始配置”欄可以定義分析的初始位置。 （ 8）在“伺服電機”選項卡中，可以選取運動分析中所需的伺服電機，并制定起止時間。 （ 9）單擊 OK 按鈕接受設置值。 （ 10）如果對設置值不滿意，可以對創(chuàng)建的運動分析進行編輯、刪除等操作 。 鏈條的陣列裝配在上一章中已經講述過，但以此種方式裝配好的鏈條，無法實現鏈條隨既定軌跡的運動。但是，在立式焊機運動仿真中的鏈條卻一定要定義成可以運動的。所以，在運行立式焊機機構運動仿真前，必須解 決如何實現鏈條的運動的問題。下面，就來介紹如何實現鏈條隨軌跡運動的步驟。 （ 1）運行 PRO/E 軟件，創(chuàng)建兩節(jié)鏈條，注意要在兩孔中心都要創(chuàng)建基準點，具體建模過程在此不再贅述； （ 2）新建一裝配件，命名為“ GUANJIE”，注意模板用“空”； （ 3）調入第一節(jié)鏈條“ CHAIN1”，由于是“空”模板，不需要定義這節(jié)鏈條的約束關系； （ 4）點擊“插入” “元件”，調入第二節(jié)鏈條“ CHAIN2”。用連接方式中的“銷釘”連接放置 CHAIN2， （ 5）保存文件并關閉窗口； （ 6）新建一裝配件，命名為“ CHAIN”，在 裝配環(huán)境下創(chuàng)建一曲線并將其拖至曲線旁邊，以便裝配， （ 7）點擊“插入” “元件”，調入剛才創(chuàng)建的裝配件“ GUANJIE”， （ 8）用連接定義中的“平面”連接，定義 GUANJIE 組件中 FRONT 面和曲線所在基準平面的連接，進入 MECHANISM 模塊， 將 GUANJIE 組件中三個基準點和曲線的槽連接，讓 GUANJIE 組件運動時三個基準點總保持在曲線上。 （ 9）點擊“插入” “元件”，調入裝配件“ GUANJIE”，定義該組件和上步的 GUANJIE組件的“銷釘”連接，以使兩鏈條能一起運動，進入 MECHANISM 模塊，定義 GUANJIE 組件上三個基準點與曲線的槽連接，以使此鏈條能沿曲線運動。 （ 10）用第九步的方法，定義余下的鏈條連接。 （ 11）進入 MECHANISM 模塊，進行運動分析，點擊“ mechanism” “初始條件”“新建”，點擊“定義槽機構速度”， 河南機電高等?？茖W校 （ 12）選擇第一節(jié)鏈條的槽連接，在“?！敝休斎氩圻B接的運動速度，點擊“確定”， （ 13）點擊“ mechanism” “分析”，彈出運動分析對話框。 （ 14）點擊“新建”，分析類型選擇“動態(tài)”，時間定為默認的 10S，點擊“確定”， （ 15）點擊 “運行”，即可觀察運動情況。 （ 16）點擊“ mechanism” “測量”，彈出測量曲線對話框。 （ 17）單擊“創(chuàng)建新測量”，類型選擇“位置”，“點或連接軸”選擇第一節(jié)鏈條的基準點，點擊“確定”， （ 18）點擊繪制結果集，系統(tǒng)輸出“位置 時間”圖表， 至此，運動型鏈條的仿真創(chuàng)建結束。由此看出，雖然定義鏈條的連接顯得有點麻煩，但真正的運動仿真卻非常簡明直觀。 定義絲杠傳動 絲杠傳動在此次立式焊機設計中是主要的傳動方式，所以，如何創(chuàng)建絲杠傳動的運動仿真就顯得十分重要。下面，就來介紹一下如何利用 PRO/E 的運動仿真模塊來作出和絲杠傳動原理一樣的運動。 （ 1）運行 PRO/E 軟件，在做仿真前先將絲杠組件裝配好，具體裝配過程類似上一章講述的軸的裝配，絲杠組件如圖 新建一個裝配文件，模板選擇“空”，點擊“插入” “元件”，調入 XIANGTI 零件，由于是空模板，第一個零件不需要定義約束，如圖 ； （ 2）點擊“插入” “元件”，調入絲杠組件，由于絲杠組件只有旋轉運動，所以用“銷釘”連接來定義絲杠組件，如圖 ； （ 3）利用裝配功能裝配其他的零件，注意，后續(xù)裝配的零件都不能以絲杠組件的幾何圖 元作為參照，否則有可能導致絲杠組件和其他非運動件產生裝配關系而無法轉動。 （ 4）上述步驟完成后，點擊“插入” “元件”，調入“ YBUJIAN”即活動導軌，裝配時由于不能和絲杠組件產生裝配關系，所以先將絲杠組件和其他非運動件隱藏，以便于裝配時觀察。 （ 5）以“滑動桿”連接定義活動導軌的約束，其中軸線與箱體孔軸線對齊，定義完成后拖動活動導軌至合適的位置。 （ 6）定義完成后點擊“應用程序” “ mechanism”，進入機構分析模塊，首先定義活動導軌與絲杠組件的槽連接，將絲杠組件的螺旋線取消隱藏。 （ 7）點 擊“ mechanism” “槽機構連接定義”，系統(tǒng)彈出槽機構對話框。 （ 8）點擊“新建”，從動機構點選擇螺母上的基準點，槽曲線選擇整條螺旋線，起止點分別選擇曲線兩端點，點擊確定。 （ 9）點擊“ mechanism” “伺服電機”，系統(tǒng)彈出伺服電機定義對話框，點擊“新建”，“連接”選擇絲杠組件的銷釘連接，“規(guī)范”選擇“速度”，“?！陛斎?80。 （ 10）點擊“ mechanism” “分析”，系統(tǒng)彈出機構分析對話框，點擊“新建”，“優(yōu)先選項”按照默認值，“電動機”選擇剛才創(chuàng)建的伺服電機，點擊“確定” “運行” （ 11）點擊“測量”，彈出測量對話框，點擊新建測量，選擇活動導軌上一點，“類型”河南機電高等專科學校 選位置，點擊確定，生成測量圖表。 （ 12）將圖表轉成 EXCEL 圖表以供分析 。 圖 裝配好的絲杠組件 圖 箱體零件 河南機電高等?？茖W校 圖 以“銷釘”連接定義絲杠組件 當運動分析完成后，點擊“ mechanism” “回放”，就能將創(chuàng)建的機構運動錄制成JPEG 格式的動畫。 由以上兩個仿真例子可以看出， PRO/ENGINEER 的運動仿真功能是十分強大的，而且使用起來也非常直觀方便，其中的測量功能更是十分實用。相信 隨著 PRO/E 更高版本的出現，這一模塊肯定會越來越強大。 河南機電高等?？茖W校 6 結論與展望 經過兩個多月的畢業(yè)設計，立式自動焊接機虛擬設計已經完成。 本論文中立式焊機三個自由度的聯動均采用絲杠傳動解決，傳動精度較高。由于采用寬調速電機通過撓性聯軸器與絲杠直接連接，簡化了結構，減輕了重量，同時降低躁聲，提高精度。焊機采用配重塊通過鏈條平衡焊槍運動部件的重量，減輕了 Z 軸電機和絲杠的承載。專門設計的自動送絲機構能夠實現高速送絲，保證焊接的連續(xù)進行。 由此可以看出，立式焊機結構復雜，要保證 設計質量，需要綜合運用多種技術。運動仿真是在設計大致成型的情況下介入的，目的是讓設計者在焊機制造出來前就能對進行運動性能評估，這樣做能夠大幅提高產品設計可靠度，同時減少了重復設計與改進所多花的成本。 本文介紹的焊機仿真是通過 PRO/ENGINEER 軟件實現的，該軟件作為 3D 設計軟件的頂尖產品，無論是在建模還是裝配，抑或是在運動仿真過程中，都表現出了優(yōu)異的性能。全參數化、單一數據庫、全相關的特性給復雜的設計帶來了前所未有的方便。在處理鏈條運動、絲杠傳動等復雜運動，甚至是多種運動的合成運動時，都顯得易如反掌。 隨著 CAD/CAM/CAE 軟件的不斷發(fā)展， PRO/ENGINEER 軟件一定會不斷改進，使功能更加全面、操作更加簡便、界面更趨人性化，牢牢地奠定自己在三維設計軟件中領頭羊的地位。 本文由于作者的水平和實踐經驗，缺點和不足之處在所難免，歡迎讀者批評指正。 河南機電高等專科學校 致 謝 畢業(yè)設計是對我們大學 三 年所學知識的一次綜合考察，它不僅考察我們所學的知識是否牢固，同時也考驗著我們方方面面的能力，比如搜集資料的能力、與同組學員的合作討論能力、動手動腦能力等等。 本次歷經幾個月的畢業(yè)設計，能夠順利完