pdm環(huán)境下產品二維零件圖的快速自動裝配

1、第 2 0卷 2 0 0 1年 第 1 期 1 月 機 越 科 學 與 技 術M ECHANI CALS CI F ． NCEAND TECHNOL OGY Vo I ． 2 ONo ． IJ a n2 0 0 1吳 義 忠 文 章 編 號 ： 1 0 0 3 — 8 7 2 8 ( 2 0 0 1 1 0 1 - 0 1 5 1 — 0 2P D M 環(huán)境 下產品二維零件 圖的快速 自動裝配 昊 義 忠 ， 王 書亭 ， 陳

2、 立 平 ， 周 濟 ( 華 中科技大學 C A D中心 ． 武漢 4 3 0 0 7 4 )摘 要 ： 舟 紹在 P D M 環(huán) 境 下．自動蓑配模 塊 通過蓑 配規(guī) 劃 ， 將 C A D 生點 的二 堆卓件 周 文檔鏈 接 捌蓑配 目 中正確位王 ．通過 求作 二葷零件 目 的外( 內) 輪鼻 ． 捂 撂各零 件之 閘的覆 蓋 關 系． 采 用 遺界 裁 剪 妾現(xiàn) 裁剪 蓑配 { 蓋采用 面域覆 蓋 取喜現(xiàn) 消I 毫蓑 配 ． 從

3、 而在不破 壞 零件 目信 息的情 況 下快速 而 簡捷地 完成二 堆零件 圈的 自動蓑 配。因為生成的蓑 配目動盎地反 映 了零件 圈的變化 ， 所 以誼方法對面向蓑 配的設計 挺僻 了有 力的支特 ．關 鍵 詞： 自動蓑配} 蓑配 目} 產品數(shù)據(jù) 管理 } 面向裝 配設 計 中田特類號 ： T P 3 9 1 ． 7 3文獻括識碼 A為了適應 市場 激烈競爭的形勢 ． 縮短 產品的開發(fā)周 期 ，常采用面向“ x的井行設 計方法 。

4、面向裝 配的設 計( D F A)就是其中之 一． DF A設計 需要考 慮組成產l 品的各 零部件之 間的可裝配性 。 零部件 之間的可裝配性分為宏觀和微 觀 。 宏 觀可裝配性是指零 部件之 聞的位置關系 、 尺寸大小 等是否 舍適 ； 微觀可裝 配性則是考慮零 部件之間的公差配臺 情況 是否滿足設計要求 。產品 的設 計一般是從概 念設 計開始 ． 采用 三維建摸工 具對零 部媸 進 幾 村蕊翟 著趣 劃零部件之廊的相 摹美系，然

5、后開拆零件圖進^詳細設計瞬囂。 對零件的詳細設計． 可 以采用 三維 C A D造 型工具進 行 ． 然后將其 轉換 成 二維 的 工程圖紙， 這是一個 T o p - d o ~ 設計過程。 二維裝配圖紙可 以由概念設 計的裝配模型 自動 生成 ． 也可 以對各 個零件的 二雎圖紙進行處 理生成 ， 這是一個 B o t t o m- u p設計過程 。 由 于設計習慣或 歷史圖紙大多是 二維圖紙， 工程 設計人員在 零件 的詳細設

6、計過程 中往 往選擇二 維 CA D工具 ， 這 就決 定 了實現(xiàn)二維 自動裝配 的必要性。 另外 ， 在產 品的后續(xù)設計 過程中． 一旦需 要對設計 的圖紙進行修改( 通常由尺寸驅動 來實 現(xiàn)) 。 剮修改 的結果 很難反 映到 產品的總體變動情況 ?？赡?舍l 髟響 產品 設計的 瘩理 可裝離蚌。 逮就 摹寥尊動 生成的裝院 圖要艟夠動態(tài)地反映其零件 子圖的變化 。本文 介紹在 P D M 環(huán)境下 ， 自動 裝配模 塊根據(jù) 產品結

7、收稿 日期 ： 1 9 9 9—0 5 —25基盤 項 目 ： 國家 B 6 3 ” ／ C I MS 自動 化 期 域 項 目資 助課 題 ( 9 8 4 2 — 0 0 3 )作者筒丹 ： 吳義忠( 1 9 7 0 一) ． 男( 祝 ) ． 安徽 ， 博士后 構 配置的 物料清單 表 ． 將設 計生成 的 二維工程 圖紙 ( 即文 檔) 接裝配規(guī)劃矩陣分別鏈 接到正確的位置 ． 由零件所處不 同的標高進行裁剪或消 隱． 自動生成

8、產品的裝配圖。 因為各零件 圍是被動態(tài)地 鏈接到裝 配圖中 的． 所 以零件 圖的修改 結 果自然地反 映到裝配 圖 I 裝配規(guī)劃 與裝 鼉方法 裝配規(guī)劃可以 由裝配規(guī)劃矩陣 P來實現(xiàn) 。P可以通 過這樣 的方 法來確定 ： 選擇產 品模型 中某一便于定位 的特征 點作 為原點 ， 選擇便 于 測量 的．，軸作 為坐標軸 ， 由此 建立的坐標系稱 為裝配坐標 系 。設零件 i 的插入基點 在裝配坐擂 系中的坐標 為‘ 囊? y) ， 那

9、 ／ 厶產品所 有的十零件 插入基 點組 成的×3 矩 陣為裝配規(guī)劃矩 陣． 用 P表示 為一yJ曲 =a在二 維裝配圖 中， 裝配規(guī)劃矩 陣的 ，坐標值 反映了 各 個零 件圖之 間的相互位 置關 系 ． 因此必須精確地 給 賦 值 ， 而 = 坐標 反映的是各 個零件圈的標高 值 ． 也即反映了各零件之間姆覆蓋關系。 它對以后的裝配操作起關鍵 的作用 ，因此在 確定 該值時 應引起重視 ． 特刷是 當裝配圖 中出現(xiàn)剖視的情

10、形 時需慎重考 慮 。當然 z 值 的確定也沒有必要特別 精確 ， 只要它 能夠反映各零件 之聞的覆蓋 關系即可 。對零件圖的維裝配一般采用兩種方法 - 輪廓裁剪 法和輪廓消臆法 。 如 圖 I 所示輪廓裁剪法的原理是] ； 因 — 廠] 巨 蜀 ——廠 1求 作 覆蓋 件 的 外輪 廓 ( 也 可L—L— l l‘ L — 能要求 內輪 廓) ． 由輪 廓對 隱 · ．廠] r晝～ 藏 件 進 行 裁 剪 而 得 到 裝

11、 配 —醫(yī)— 醫(yī) 一 里 。亳 法 需 要 解 決 束 苧廓 和 裁 剪 算 法， 而且 經 過 裁 常用方琺剪舍破 壞 了原來零 件的 完整 性 ． 但是 由于選種方法具有一定 的通用性 。 因而有 一定的實 用 性 。輪廓消隱法的原理是 ： 求作各零件 的外輪廓 ( 內輪廓) ．將輪 廓轉 變戚“ 面域” ， 端后根 據(jù)零件所處不 同的標高對輪 廓作面域井 、 交 整運算 ， 從而 實現(xiàn)零 件廚之間 l 的消臆。 這種維普資訊

12、http://www.cqvip.com 第 l 期尹 文生 等 ： 開放式 裝配設計模 型舶研究和實現(xiàn) 】 5 5配體譯 碼器動態(tài)得 到它的指針 。當各抽象元件都以編碼形式表示時． 各組件之間 的直接 聯(lián)系就被完全割斷 了． 而在需要的時候擴展應用組件都可 以通過編碼來恢復與核心組件的聯(lián)系。 因此 ， 廣義環(huán)圖樹上不同類型的結點就可成為開放式裝配設計系 統(tǒng) 中的組件。為了完成各種功能組件之問需要交換數(shù)據(jù)； 為了讓系統(tǒng) 了解每個組件

13、， 新加入 的組 件也必須注冊 ， 進就需要對每個組 件定義一套共 同遵守的接 口規(guī)范 。接 口規(guī)范和數(shù)據(jù)交換是靠 核心組件和總線來維護的 ， 本文規(guī)定每個組件都從 同一種基 糞 中派生 t 在基類 中規(guī)定相同的信息處理接口和方法， 并且在 核心組件中也提供數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)控 制方法， 從而使各組 件具有豐 茸 同舶接口規(guī)范， 并能在系統(tǒng)控制下運行。5 擴展 組 件 實 例 華中理工大學 C AD 中心暨華 中軟件公 司的三維設 計 系統(tǒng)

14、 I n t e S o [ i d】 ． 0中的裝配設計模 型是用廣義環(huán) 圖樹 的數(shù) 據(jù) 模 型建立 的已經具 備 了 一定 舶組 件 擴展 功 能作 為I n t e S o { i d 的一個應用 ， 作者 開發(fā) 了數(shù)控 鉆銑 床運動 仿真程 序 ， 模擬效控機 床的鉆孔和銑槽加工過程 。 整個掛接過程基 本上沒有對 原有舶裝配設 計系統(tǒng)作修 改． 能咎利用 核心組 件 的功能和 數(shù)據(jù) ． 并且不影響原有的裝配 體數(shù)據(jù)讀寫 ， 原

15、系 統(tǒng)也能讀現(xiàn)在的裝配體 數(shù)據(jù) 。 由此可見 ． 該裝 配設計模型擴 展性是相當強的 。 數(shù)控鉆銑 床仿真組件如 圖 4 所 示。匝噩噩亟面囹黧熏 可 i? ? ．蘭- 置?；囂i南圖 4數(shù)控鉆銑床仿真組件組成模塊周 數(shù)據(jù)系統(tǒng)預定義模塊主要 是用 系統(tǒng)的交互功能對原設 計系統(tǒng)建 立的數(shù)控鉆銑 床三維模型進行數(shù) 據(jù)定 義 ， 主要 定義床體運動部件 及運動方向 、 選擇刀具 、 工件 ， 設 置對 刀點 ，并采用系統(tǒng) 內部 的編碼器

16、將其轉 化成編碼數(shù)據(jù)儲存在不同的數(shù)據(jù)庫里 。數(shù)控編碼 和仿真模塊首先從 數(shù)據(jù)庫中得到床 體數(shù)據(jù) ．用譯碼器轉 化成各類數(shù)據(jù)的指 針 ， 然后讓 用戶選擇工件上 的待加工 孔或面 ， 提取 幾何特征數(shù) 據(jù)． 自動算 出／ J N - T - 位 置 ，生成效控代碼 ， 并進行加工運動 仿真。 用戶可更換工件和刀 具 ， 以便查看不同的刀具在不 同的工件進行加工的情況。6 結 束 語 本文提出的開放式裝配設計系統(tǒng)模型 有如 下優(yōu)點 ：( 1

17、 ) 降低了系統(tǒng) 開發(fā)難度 ， 使系統(tǒng) 變得更易于維護 ；( 2 ) 軟 件可 重用 性提高 ， 從 而使系統(tǒng)應用效率提高 ；( 3 ) 增 加了系統(tǒng)的靈活性 ， 使 系統(tǒng)易于集成 。開放式裝配 設計系統(tǒng)模 型在 l n t e S o ] [ d1 ． 0 上 已獲得了成功 ， 經 過進一 步的設計 和修 改， 將運 用在 三維設 計系 統(tǒng) I n t e S o l [ d2 ． 0上 。[ 參考文獻]Kun wo oLe e-a

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21、 件圉的最 新設 計結果顯 示裝配結果 。 “ 鏈接零件 圖要 求輸 入裝配固中所有零件圍的路徑名和文件名 ， 并將 各零件國標 以插入序號 ?！?裝配規(guī)劃” 要求按 照零件固的序 號輸入對應 零件固 的插入 點坐標 及標 高， 即確定裝 配規(guī)尉矩 陣。“ 裝 配運算 ” 先將零件固逐個按裝配規(guī)劃矩陣鏈接到 裝配 圖中( 用 Au t o C AD的引人命令或 OL E命 爭) ， 然后求 解其內外輪廓和面域 ， 最后應 用 H I D

22、 E進行消隱 ， 完成裝配 圖的顯 示或 打印輸 出“ 刷新顯示 ” 是 為了動態(tài) 地反 映各 十零件 固的最 新設計結果 其實現(xiàn)過程 與裝配運算相似 4結 束語 本文對二譬圖形的裝配算法和實現(xiàn)方法進行丁探討 ；提 到 了利用 C AD 自身 的功能 簡 便地 實現(xiàn) 自動裝 配 的技 巧 ； 指 出了 自動裝配模 塊在 P D M 平 臺下 對 面向裝配 的并 行設計 的支 持 ； 介紹 了 Au t o C A D系 統(tǒng)下開發(fā)的原

23、型系統(tǒng) 。它將被應 用到華 中軟 件 I n t e P D M 和 I n t e C A D集成 環(huán)境 的新版本 中， 用 以支持 P D M 平 臺下面向裝配的并行設 計。[ 參考文獻 ][ 1 ] 俞 杰 基于 藏剪 的裝 配圖 生成 方 { 圭[ J ] ． 工程 圈學 學報 ．19 9 5( 1)[ 2 ] 焦宗夏 ． 二維零 件圖的 自 動裝配 [ J ] ． 中國機械工程 ， 1 9 9 G ( 2 )C 3 ] 聵國揀