【導(dǎo)讀】為了提高快速響應(yīng)能力，必須實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。用途，詳細(xì)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(jī)各種零部件的三維建模。對繁多的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)用PRO/E參數(shù)化齒輪建模方法，完成了參數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)錄制成JPEG格式的動(dòng)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(diào)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(diào)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(diào)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(jī)電高等專科學(xué)校 5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)虛擬設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊（ MECHANISM）是 PRO/ENGINEER 中一個(gè)集運(yùn)動(dòng)仿真和機(jī)構(gòu)分析于一身的、功能強(qiáng)大的模塊。當(dāng)各 個(gè)零部件通過裝配模塊組裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)后，就可以在 PRO/E 中直接啟動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖定義機(jī)構(gòu)中的連接，設(shè)置伺服電機(jī)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)分析，觀察機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)軌跡和各零件之間的相對運(yùn)動(dòng)，檢測機(jī)械干涉，還可以進(jìn)行各種測量，最后把分析結(jié)果保存成影片的形式 。 在 PRO/ENGINEER 中創(chuàng)建一個(gè)機(jī)械裝置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的一般步驟如下： （ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行三維建模； （ 2）進(jìn)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(shí)設(shè)置好機(jī)構(gòu)連接； （ 3）進(jìn)入 MECHANISM 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊，定義高級連接，并添加伺服電機(jī)； （ 4）建立機(jī)構(gòu)分析，保存分析結(jié)果，制作動(dòng)畫仿真。 機(jī)構(gòu)分析前需要定義大量的連接關(guān)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(yùn)動(dòng)的 。 PRO/ENGINEER 軟件根據(jù)常用機(jī)械運(yùn)動(dòng)副設(shè)置了多種連接方式，現(xiàn)在將它們列表介紹如下： 常用機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn) 平移 銷釘 1 0 圍繞軸旋轉(zhuǎn) 圓柱 1 1 沿指定的軸平移并相對于該軸旋轉(zhuǎn) 軸對齊 滑動(dòng)桿 0 1 沿軸平移 1. 軸對齊 2. 平面配對或?qū)R 平面 1 2 在一個(gè)平面內(nèi)任意運(yùn)動(dòng) 平面對齊 球 3 0 接頭允許沿任何方向旋轉(zhuǎn) 點(diǎn)與點(diǎn)對齊 軸承 3 1 球接頭和滑塊接頭的組合 點(diǎn)與邊或軸線對齊 剛性 0 0 將兩個(gè)零件固接在一起 一個(gè)或多個(gè)約束 焊接 0 0 將兩個(gè)零件粘結(jié)在一起 坐標(biāo)系對齊 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 除此以外，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊內(nèi)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(jī)械設(shè)計(jì)人員所熟悉的，在此不再贅述。 使用伺服電機(jī)可以對機(jī)構(gòu)施加特殊運(yùn)動(dòng)，是 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，向模型中增加伺服電機(jī)可為運(yùn)動(dòng)仿真做準(zhǔn)備。 可以在連接軸或幾何圖元上放置伺服電機(jī)，觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡。以下是創(chuàng)建伺服電機(jī)的步驟： （ 1）單擊菜單中“ MECHANISM” “伺服電機(jī)” “新”，彈出伺服電機(jī)對話框； （ 2）在主窗口中選擇一個(gè)連接軸，然后單擊“特性”選項(xiàng)卡，用來設(shè)置伺服電機(jī)的位置、速度、加速度等參數(shù)； （ 3）其中“模”分隔欄中包括九種時(shí)間函數(shù)來定義運(yùn)動(dòng)輪廓： ① Constant：常量。 Y=A， A=常量。 ② Ramp：斜插入。運(yùn)動(dòng)隨時(shí)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(yùn)動(dòng)， 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(gè)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(shù)； T=周期。 ⑥ Parabolic：拋物線。可被用于模擬軌跡， Y=A*t1/2B（ t2）， A=線性系數(shù)； B=二次系數(shù)。 ⑦ Polynomial：多項(xiàng)式。用于電機(jī)的配置文件， Y=A+B*t+C*t2+D*t3， A=常數(shù)項(xiàng)系數(shù)；B=一次項(xiàng)系數(shù)； C=二次項(xiàng)系數(shù)； D=三次項(xiàng)系數(shù)。 ⑧ Table：表單。如果不能用其他函數(shù)指定更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)輪廓，可以用表單形式來表示。第一欄代表時(shí)間，第二欄表示伺服電機(jī)的值。 ⑨ User Defined：用戶用函數(shù)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(shù)通過圖形表示出來。 （ 5）如果對創(chuàng)建的伺服電機(jī)參數(shù)不滿意，可以對伺服電機(jī)進(jìn)行編輯、刪除、復(fù)制等操作。 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析 運(yùn)行分析命令允許用戶定義一個(gè)機(jī)構(gòu)在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式，通過向機(jī)構(gòu)中增加伺服電機(jī)，然后設(shè)置時(shí)間周 期和運(yùn)動(dòng)增量，可以定義組件的運(yùn)動(dòng)增量，可以定義組件的運(yùn)動(dòng)方式，回放機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的畫面或?qū)⒔Y(jié)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(jī)構(gòu)分析的一般步驟： （ 1）單擊“機(jī)構(gòu)” “分析”，打開機(jī)構(gòu)分析對話框。 （ 2）單擊“新建”，打開“運(yùn)動(dòng)分析”對話框。 （ 3）輸入運(yùn)動(dòng)分析的名稱。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 （ 4）選擇一中分析類型。 （ 5）在“優(yōu)先”選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊“圖形顯示”欄，在其中設(shè)置動(dòng)畫起始時(shí)間和終止時(shí)間，并選擇測量時(shí)間域的方式。 （ 6）其中“鎖定圖元”的作用是運(yùn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)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(huì)相互移動(dòng)。 （ 7）“優(yōu)先”選項(xiàng)卡中“初始配置”欄可以定義分析的初始位置。 （ 8）在“伺服電機(jī)”選項(xiàng)卡中，可以選取運(yùn)動(dòng)分析中所需的伺服電機(jī)，并制定起止時(shí)間。 （ 9）單擊 OK 按鈕接受設(shè)置值。 （ 10）如果對設(shè)置值不滿意，可以對創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行編輯、刪除等操作 。 鏈條的陣列裝配在上一章中已經(jīng)講述過，但以此種方式裝配好的鏈條，無法實(shí)現(xiàn)鏈條隨既定軌跡的運(yùn)動(dòng)。但是，在立式焊機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真中的鏈條卻一定要定義成可以運(yùn)動(dòng)的。所以，在運(yùn)行立式焊機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真前，必須解 決如何實(shí)現(xiàn)鏈條的運(yùn)動(dòng)的問題。下面，就來介紹如何實(shí)現(xiàn)鏈條隨軌跡運(yùn)動(dòng)的步驟。 （ 1）運(yùn)行 PRO/E 軟件，創(chuàng)建兩節(jié)鏈條，注意要在兩孔中心都要?jiǎng)?chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)，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(diào)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(guān)系； （ 4）點(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)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(guān)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(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)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(zhǔn)平面的連接，進(jìn)入 MECHANISM 模塊， 將 GUANJIE 組件中三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和曲線的槽連接，讓 GUANJIE 組件運(yùn)動(dòng)時(shí)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)總保持在曲線上。 （ 9）點(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)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(yùn)動(dòng)，進(jìn)入 MECHANISM 模塊，定義 GUANJIE 組件上三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)與曲線的槽連接，以使此鏈條能沿曲線運(yùn)動(dòng)。 （ 10）用第九步的方法，定義余下的鏈條連接。 （ 11）進(jìn)入 MECHANISM 模塊，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，點(diǎn)擊“ mechanism” “初始條件”“新建”，點(diǎn)擊“定義槽機(jī)構(gòu)速度”， 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 （ 12）選擇第一節(jié)鏈條的槽連接，在“?！敝休斎氩圻B接的運(yùn)動(dòng)速度，點(diǎn)擊“確定”， （ 13）點(diǎn)擊“ mechanism” “分析”，彈出運(yùn)動(dòng)分析對話框。 （ 14）點(diǎn)擊“新建”，分析類型選擇“動(dòng)態(tài)”，時(shí)間定為默認(rèn)的 10S，點(diǎn)擊“確定”， （ 15）點(diǎn)擊 “運(yùn)行”，即可觀察運(yùn)動(dòng)情況。 （ 16）點(diǎn)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(diǎn)或連接軸”選擇第一節(jié)鏈條的基準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)擊“確定”， （ 18）點(diǎn)擊繪制結(jié)果集，系統(tǒng)輸出“位置 時(shí)間”圖表， 至此，運(yùn)動(dòng)型鏈條的仿真創(chuàng)建結(jié)束。由此看出，雖然定義鏈條的連接顯得有點(diǎn)麻煩，但真正的運(yùn)動(dòng)仿真卻非常簡明直觀。 定義絲杠傳動(dòng) 絲杠傳動(dòng)在此次立式焊機(jī)設(shè)計(jì)中是主要的傳動(dòng)方式，所以，如何創(chuàng)建絲杠傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)仿真模塊來作出和絲杠傳動(dòng)原理一樣的運(yùn)動(dòng)。 （ 1）運(yùn)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(gè)裝配文件，模板選擇“空”，點(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)入 XIANGTI 零件，由于是空模板，第一個(gè)零件不需要定義約束，如圖 ； （ 2）點(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)入絲杠組件，由于絲杠組件只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)致絲杠組件和其他非運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生裝配關(guān)系而無法轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 4）上述步驟完成后，點(diǎn)擊“插入” “元件”，調(diào)入“ YBUJIAN”即活動(dòng)導(dǎo)軌，裝配時(shí)由于不能和絲杠組件產(chǎn)生裝配關(guān)系，所以先將絲杠組件和其他非運(yùn)動(dòng)件隱藏，以便于裝配時(shí)觀察。 （ 5）以“滑動(dòng)桿”連接定義活動(dòng)導(dǎo)軌的約束，其中軸線與箱體孔軸線對齊，定義完成后拖動(dòng)活動(dòng)導(dǎo)軌至合適的位置。 （ 6）定義完成后點(diǎn)擊“應(yīng)用程序” “ mechanism”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)分析模塊，首先定義活動(dòng)導(dǎo)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(diǎn) 擊“ mechanism” “槽機(jī)構(gòu)連接定義”，系統(tǒng)彈出槽機(jī)構(gòu)對話框。 （ 8）點(diǎn)擊“新建”，從動(dòng)機(jī)構(gòu)點(diǎn)選擇螺母上的基準(zhǔn)點(diǎn)，槽曲線選擇整條螺旋線，起止點(diǎn)分別選擇曲線兩端點(diǎn)，點(diǎn)擊確定。 （ 9）點(diǎn)擊“ mechanism” “伺服電機(jī)”，系統(tǒng)彈出伺服電機(jī)定義對話框，點(diǎn)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(diǎn)擊“ mechanism” “分析”，系統(tǒng)彈出機(jī)構(gòu)分析對話框，點(diǎn)擊“新建”，“優(yōu)先選項(xiàng)”按照默認(rèn)值，“電動(dòng)機(jī)”選擇剛才創(chuàng)建的伺服電機(jī)，點(diǎn)擊“確定” “運(yùn)行” （ 11）點(diǎn)擊“測量”，彈出測量對話框，點(diǎn)擊新建測量，選擇活動(dòng)導(dǎo)軌上一點(diǎn)，“類型”河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 選位置，點(diǎn)擊確定，生成測量圖表。 （ 12）將圖表轉(zhuǎn)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(jī)電高等?？茖W(xué)校 圖 以“銷釘”連接定義絲杠組件 當(dāng)運(yùn)動(dòng)分析完成后，點(diǎn)擊“ mechanism” “回放”，就能將創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)錄制成JPEG 格式的動(dòng)畫。 由以上兩個(gè)仿真例子可以看出， PRO/ENGINEER 的運(yùn)動(dòng)仿真功能是十分強(qiáng)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(shí)用。相信 隨著 PRO/E 更高版本的出現(xiàn)，這一模塊肯定會(huì)越來越強(qiáng)大。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 6 結(jié)論與展望 經(jīng)過兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，立式自動(dòng)焊接機(jī)虛擬設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。 本論文中立式焊機(jī)三個(gè)自由度的聯(lián)動(dòng)均采用絲杠傳動(dòng)解決，傳動(dòng)精度較高。由于采用寬調(diào)速電機(jī)通過撓性聯(lián)軸器與絲杠直接連接，簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了重量，同時(shí)降低躁聲，提高精度。焊機(jī)采用配重塊通過鏈條平衡焊槍運(yùn)動(dòng)部件的重量，減輕了 Z 軸電機(jī)和絲杠的承載。專門設(shè)計(jì)的自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高速送絲，保證焊接的連續(xù)進(jìn)行。 由此可以看出，立式焊機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要保證 設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)。運(yùn)動(dòng)仿真是在設(shè)計(jì)大致成型的情況下介入的，目的是讓設(shè)計(jì)者在焊機(jī)制造出來前就能對進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能評估，這樣做能夠大幅提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠度，同時(shí)減少了重復(fù)設(shè)計(jì)與改進(jìn)所多花的成本。 本文介紹的焊機(jī)仿真是通過 PRO/ENGINEER 軟件實(shí)現(xiàn)的，該軟件作為 3D 設(shè)計(jì)軟件的頂尖產(chǎn)品，無論是在建模還是裝配，抑或是在運(yùn)動(dòng)仿真過程中，都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。全參數(shù)化、單一數(shù)據(jù)庫、全相關(guān)的特性給復(fù)雜的設(shè)計(jì)帶來了前所未有的方便。在處理鏈條運(yùn)動(dòng)、絲杠傳動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，甚至是多種運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(huì)不斷改進(jìn)，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(shè)計(jì)軟件中領(lǐng)頭羊的地位。 本文由于作者的水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺點(diǎn)和不足之處在所難免，歡迎讀者批評指正。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué) 三 年所學(xué)知識(shí)的一次綜合考察，它不僅考察我們所學(xué)的知識(shí)是否牢固，同時(shí)也考驗(yàn)著我們方方面面的能力，比如搜集資料的能力、與同組學(xué)員的合作討論能力、動(dòng)手動(dòng)腦能力等等。 本次歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠順利完