PDM環境下加工中心夾具的三維裝配
三維裝配3.5.1三維裝配的定義三維裝配一般可以這樣定義：三維裝配是指三維產品模型的裝配過程，是一種基于虛擬環境的裝配技術，一定環境 下也叫虛擬裝配。三維裝配利用計算機工具，以模型為基礎進行與裝配相關的工作，它不 需要實體產品或零件支持，相反還可以支持實體產品裝配，在軟件平臺中，只需通過分析、 先驗模型、可視化和數據表達等手段模擬物理實驗。三維裝配是虛擬制造的一個非常重要、 關鍵的環節，也是未來數字化設計與制造中將不斷改進的重點。因為在傳統二維裝配工藝 中，單純的表格、文字、二維圖己經不能全面的表達復雜的裝配工藝了。由于企業三維 CAD(Computer Aided Design)軟件的普及應用，基于三維模型的裝配技術可以很好解決這 個問題。在三維虛擬的環境下，可以進行模型檢驗、干涉檢查、可視化數據表達、模 擬裝配過程等方法，這些方法能很好的幫助工藝設計者直觀地看到裝配的工藝及對可行性 有了感官的判斷。3.5. 2三維裝配的實現要實現三維裝配的過程及結果，需要確定幾個方面的因素，也就是說根據不同的情 況，運用相應的方法實現三維裝配及過程。1)選取所用軟件平臺。三維裝配技術的深化離不開軟件的支持，近年來三維設計軟 件發展迅速，目前國內外運用廣泛的三維軟件有如下幾種：CATIA軟件：該軟件是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM —體化軟件，在 CAD/CAE/CAM領域是不論是功能還是運用廣泛性上都占據重要地位，廣泛應用于高科 技及傳統制造行業，它所擁有的集成解決方案幾乎覆蓋了所有產品設計與制造領域[291。SolidWorks軟件：該軟件是生信公司推出針對機械設計，基于windows環境開發的 一款軟件。該軟件的優勢在于建模能力，有很全面的模型庫，操作簡捷方便，同時也包括 結構分析等模塊，為制造業提供解決方案UG (NX)軟件：這款軟件是Unigraphics Solutions公司的拳頭產品。該軟件在CAE 方面優勢非常明顯，在經過升級后，開發出一個全面的產品建模系統，使得UG中優越的 參數化和變量化技術與傳統的實體、線框和表面功能很好的結合在一起，這一結合被實踐 證明是非常有效的，且被大部分CAD/CAE軟件廠商采用。Pro/Engineer軟件：該系統是美國參數技術公司的產品。該公司提出的數據庫、參數 化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統觀念，這個概念已普遍 被認可并且成為了當今機械CAD/CAE/CAM領域的新標準。采用該理念開發出的第三代 產品會涉及到生產過程，使相關用戶能夠同時進行同一產品的設計，即實現并行工程。在實際工程運用中，可根據目標項目的難易程度，需要達到的要求及工作人員對軟 件的掌握程度選擇合適的三維設計軟件。本論文一方面為了和企業所用達成統一，另一方 面因為研究對象特征要求，故選用NX5.0作為軟件平臺。2)平臺相應的裝配模式。本文采用NX5.0平臺，研究NX的裝配方式得出：NX軟 件自身提供兩種裝配模式，一是多組件裝配，此裝配方式是指裝配過程中將所有零部件的 模型及數據復制到裝配操作界面中，裝配中的零部件與引用的部件之間不存在關聯性。二 是虛擬裝配模式，這種方式的原理是通過部件之間的裝配關系建立裝配體，它的優點是裝 配所需空間小，裝配速度很快，形成的裝配都是由零部件和子裝配體組成的，子裝配在高 一級的裝配中作為組件被運用。在NX的裝配關系中有重合、對齊、同心、角度等七種 配對關系，這七種裝配關系完全可以完成機械類復雜的裝配關系。虛擬裝配方式因其優點 在裝配工作中用到得概率比較大，幾乎在非特殊情況下都采用這種方式。多組件裝配一般 在只描述零組件位置情況下釆用，常采用重定位方式對部件進行編輯，另外在進行裝配序 列動畫時也會運用多組件裝配方式。裝配和建模是分不開的，建模是裝配的基礎，裝配是建模的結果和目的。在NX中， 基于建模與裝配之間的緊密關系和在實際運用中出現在裝配后需要優化建模的情況，系統 提供了三種方式，自底向上裝配和自頂向下模式、混合裝配。自底向上裝配是指從最低層 的元素也就是模型逐層形成裝配，基本順序是先建立模型，接著組成子裝配，再由子裝配 組成總裝配。自頂向下模式是指在裝配級中使用建模功能創建相關的零部件，順序是從裝 配體系中的高階層向下產生低階層的元素模型，配合使用了 UG/WAVE技術和零部件表達 式技術，其優點是在設計過程中能全盤考慮所要設計零部件的結構及位置關系。混合裝配 則是將前兩者方式交叉結合起來使用。3.5. 3三維可視化裝配方法三維可視化裝配是指利用三維設計軟件（本論文采用的是NX5.0軟件）把產品設計、 裝配工藝的信息表示出來的過程，最終以圖形表現，即三維可視化裝配圖。在現實中的裝 配現場，工人們雖然可以從設計師的計算機終端上看到三維設計模型及裝配過程，但由于 人為記憶力及理解力有限，往往不能很好地利用立體模型指導工裝，三維技術的直觀、形 象地展現裝配關系這一功能發揮不了作用。三維可視化裝配圖可以使三維裝配技術最大限 度的服務指導現場工人完成裝配作業，據調查與以往的文字表達方式裝配工藝相比，工人 至少節約了 40%的看圖和理解文字工藝規程的時間；此外還減少了人工閱讀歧義，大大 提高了裝配的準確率和效率1311。設計三維可視化裝配圖的方法有兩種，其共同點是都是以三維裝配體為基礎，由裝配 模型（包括所有專用件、標準件等）出發，對裝配圖進行圖形處理達到裝配圖效果。不同 之處在于處理圖形時所用的平臺及方法不同。1)設計KMCAPP制作工藝卡KMCAPP是由武漢開目公司研發的一款工藝卡制作軟件。在制作工藝卡之前第一步需要獲取模型的三維裝配體，有兩種方法可以實現。一是由結構設計提供；二是從PDM 數據庫系統中下載。關于如何運用PDM獲取目標數據將在后面的章節做具體敘述，在此 不過多描述。獲取模型后，開始設計KMCAPP裝配工藝卡。具體步驟：①創建KMCAPP 裝配工藝卡；②擬制裝配工藝路線；③創建工序、工步卡；④將NX界面的三維裝配視圖 拷屏；⑤“粘接”在作圖板上，裁掉不需要的邊框，輸出生成“*.bmp”文件；⑥打幵 “*.bmp”文件，選定圖形區進行“拷貝”；⑦將拷貝內容“粘接”在在KMCAPP工藝 簡圖界面中；⑧在該工藝簡圖界面中調整裝配圖，找準位置；⑨在工藝繪圖界面中對裝配 零件的序列號及其相關裝配技術要求說明進行標注；⑩依次按照③?⑤的步驟，完成各個 工序、工步的的視圖整合，完成三維可視化裝配圖。2)基于PMI功能的三維裝配標識針對數字化產品定義，西門子公司提供了產品和制造信息模塊，簡稱PMI(Pr〇ductand Manufacturing Information)，此模塊是NX軟件的一項重要功能。隨著三維技術的發展， 客戶及設計、生產人員對這一技術提出更高的要求，PMI變得越來越重要，尤其對未來 無紙化作業而言。為什么PMI如此重要，其原因有三：一是使產品設計人員能夠對三維 零件或裝配表達出制造人員制造它們時所需要的全部信息。二是改變了所有流程的溝通方 式，以二維圖紙的溝通轉變為全面標注的三維模型。三是與合理的二維圖相結合，.最準確 高效的傳遞產品和制造信息的功能得到使用客戶的完全認同。NX5.0中PMI傳遞的信息包括零件的幾何公差信息、表面粗糙度、材料規格；裝配 的裝配說明、裝配工藝信息、企業標識等。二種方法比較：第一種方法操作簡單，著重對三維模型的圖形進行處理，但步驟較繁 瑣，只適用于簡單裝配模型；第二種方法需要全面掌握PMI知識，以處理實體模型視圖 為手段來完成信息傳遞，在表達效果上較前者更勝一籌。根據本文所用三維模型復雜程度、 軟件的兼容性、企業的要求、課題的任務量等因素，本文選擇第二種方法（即PMI方式） 來完成模型的三維可視化裝配圖。