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基于3DVIA的虚拟装配工艺实施方案研究
2017-05-11 22:11:00  作者:佚名  来源:互联网
  •   装配是产品生命周期的重要环节,在现代航空航天制造业中,产品装配占用了超过40%以上的生产费用,装配所需工时占产品生产制造总工时的40%~60%,对于结构复杂的产品,这个比例会更高。三维CAD/CAM软件因其本 ...

  装配是产品生命周期的重要环节,在现代航空航天制造业中,产品装配占用了超过40%以上的生产费用,装配所需工时占产品生产制造总工时的40%~60%,对于结构复杂的产品,这个比例会更高。三维CAD/CAM软件因其本身强大的功能及对传统二维设计无法比拟的优越性,被越来越多的企业应用,确实提高了产品的设计效率和生产加工的自动化水平,但是,由于产品装配环节与人的知识和经验关系过于密切,相对于三维零件设计和加工方面的快速发展,虚拟装配工艺技术发展相对滞后,制约了企业生产自动化发展。因此,利用企业现有的虚拟设计平台,进行可视化的虚拟装配工艺技术实施方案研究,为虚拟装配工艺设计人员提供一种可预先验证、优化的交互设计平台,为装配工人提供一种直观的、易于理解的可视化指导平台,成为了企业提高产品装配生产效率、降低产品成本、赢得竞争优势的迫切需要。本文以典型复杂产品的装配工艺模型建模、装配序列和路径规划及其评估、装配工艺脚本和仿真动画制作、虚拟装配工艺封装等关键技术的研究为突破口,旨在实现虚拟环境下生动直观地进行装配工艺设计并验证工艺的有效性、可视化指导现场生产,满足企业提高装配生产效率的现实需求。

  总体研究框架

  总体研究框架如图1所示。

  

总体研究框架图

  图1 总体研究框架图

  组织重构层次化装配工艺模型是研究的起点,是实现虚拟装配工艺规划的前提。设计文件中的产品三维数字化装配模型仅包含了装配零部件的信息,如管理信息、几何信息、位姿信息等,缺乏装配工艺设计过程所必需的大量装配资源信息,如工装、工具、操作语义信息等,并且装配资源信息未集成到产品的相应装配层次中,因而不能直接用于虚拟装配工艺设计。通过装配工艺模型的重构生成,形成完备的、层次化的装配工艺设计信息,并将该信息以装配结构树的形式重新组织,形成装配工艺模型BOM表。

  装配序列规划过程中,以虚拟仿真平台为基础,从数据库中导入轻量化的装配工艺模型,采用人机交互的方式,结合工艺人员的经验知识,完成装配序列规划、装配路径规划、装配干涉检测、装配过程仿真、装配序列评估,生成合理的装配序列。

  虚拟装配工艺制作及发布过程中,通过集成前期生成的仿真文件并利用PDF、PowerPoint、Word及VB编程封装,形成交互、可视化的装配仿真动画。

  关键技术及实现方案

  1.虚拟装配工艺模型建模

  虚拟装配工艺模型是装配工艺规划的基础,它的优劣直接决定了装配工艺规划的效率,为此对装配工艺模型提出以下要求:

  (1)完整性要求。虚拟装配工艺模型不仅应描述结构本身零部件的信息,而且还应描述装配工艺设计所需的大量工装、工具、工艺组合件等装配资源、操作等信息。

  (2)层次性要求。对于典型复杂复杂产品而言,由于其涉及的零部件的种类繁多,数量也较多,因此对装配过程仿真的简化就显得尤为重要,同时这也符合实际生产装配过程,更利于理解。虚拟装配工艺模型应根据产品物理结构及功能特性进行分层,划分子装配体,并将关联标准件、工具、工装等集成到同一层次,产生一个初步的分层装配工艺模型,以降低装配规划求解的空间难度。

  (3)开放性要求。在产品设计模型及相应装配资源发生变化时,通过修改装配工艺模型可以快速实现装配工艺的更新。

  本文首先将产品信息模型、各装配资源(包括工装夹具、工具、地面设备等三维模型)导入到SolidworksPDM中,然后利用Solidworks CAD模块并结合工艺总方案,在原有产品设计层次的基础上重构模型,划分子装配体,将各装配资源装配到相应的层次,形成重构后的装配工艺模型结构树。装配工艺层次模型示意如图2所示。

  

装配工艺层次模型示意图

  图2 装配工艺层次模型示意图

  集成各装配资源后的装配工艺层次模型的建立,不仅使规划出的装配序列和路径更符合生产实际,而且使装配序列规划和仿真动画也可采用分层操作的方法,逐层规划,逐层仿真、记录、保存。分层以划分子装配体为最小单元,在上层装配仿真中,下层部件作为一个零件参与上层装配,直至完成总装配。



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