基于装配约束识别与提取技术的装配件变型设计方法

2013-08-01 by:广州SolidworksUGCatia培训中心来源:仿真在线

1 引言

变型设计是指通过对现有设计方案的修改,得到与原设计相似的新设计方案。在系列产品的设计,尤其是面向大批量定制的机床产品设计过程中,变型设计占有很大的比例。变型设计可以大大提高设计的速度和质量,又可重用企业的已有资源,对市场变化做出快速响应,高效、高质量、低成本地开发新产品,满足客户的需求。因此,变型设计在产品设计中具有重要的地位,对多品种、少批量生产和定制生产企业具有更加重要的意义,引起了学术界和企业界的广泛关注。

对零件变型设计方法已经进行了一些研究。在实际生产工作中,企业不仅需要对零件进行变型设计,而且经常需要对装配件进行变型设计。目前采用的方法往往是先对装配件的各个零件进行变型设计,然后将变型后的零件重新组装成装配件,实现装配件变型设计。这种装配件变型设计方法不仅工作量大、自动化程度低,且由于没有从整体上考虑装配件中各个组成零件之间的装配约束关系,导致在进行单个零件变型设计时,彼此之间需要人工协调,往往容易导致错误的发生。近年来,对装配件变型设计进行的研究,取得了一些研究进展。尽管学者们在装配件变型设计方法方面进行了较深入研究并取得了一些研究进展,但到目前为止,尚未见成熟、高效、实用的装配件变型设计方法。

本文研究利用参数化技术建立装配件参数化模型,利用装配约束识别与提取方法提取装配件的装配约束,建立装配件尺寸约束关系网络,开发了与SolidWorks集成的基于装配约束识别与提取以及尺寸参数传递与修改方法的装配件变型设计模块,实现了装配件变型设计。

2 装配约束识别与提取

要实现高效、自动的装配件变型设计,要解决的关键问题就是当装配件中某个组件(零件或子装配件)的某个或某些尺寸发生变化时,如何迅速、准确地确定装配件中其他组件的哪些尺寸需要改变以及如何改变。要解决上述问题,首先需要解决的问题就是需要知道装配件中各个组件之间的装配约束关系。因此,如何识别装配件中的装配约束并自动提取装配件中的装配约束关系是实现装配件变型设计的关键。

在三维参数化设计软件中,在构建三维装配件时,系统会根据装配约束情况自动建立装配约束信息,并将这些装配约束信息保存在装配件参数化模型的指定位置。

目前,在一些三维参数化设计软件中,提供了功能丰富的二次开发接口和二次开发函数,利用这些二次接口和二次开发函数,编制程序对三维参数化设计软件进行二次开发,可以实现装配件装配约束自动识别与自动提取。在这里,提出一种基于三维参数化软件二次开发的装配约束识别与自动提取方法。具体实现方法与步骤如下:

(1)获取当前活动文档对象

在三维参数化软件中,提供了获取当前活动文档对象的函数,利用这个函数,可以获取当前活动文档对象。在三维参数化软件中,当前活动文档对象是指当前被激活的文档对象。如果当前活动文档对象为装配件,则获取当前活动的装配件文档对象。例如,在SolidWorks中,利用SolidWorks二次开发函数ISldWorks→get_IActiveDoc2()可以获取当前活动文档对象。

(2)提取装配约束信息

在三维参数化软件中,利用软件提供的特征获取以及特征类型识别等二次开发函数,编制程序对三维参数化软件进行二次开发,可以对当前活动对象包含的特征进行遍历,并获取每个被遍历的特征的类型。如果当前被遍历的特征为装配特征,则可以按照装配特征所属的类型(如同心配合、贴面配合等),提取装配约束信息。例如,在SolidWorks中,利用二次开发函数IModelDoc2→IFirstFeature(),IModeIDoc2→IGetNextFeature()编制程序可以对装配件中的特征进行遍历,获取当前被遍历的特征的类型;利用函数IFeature→CetTypeName()可以获得特征所属的类型。

(3)识别与提取装配约束信息

编制程序,实现上述方法,自动识别并提取装配件的装配约束信息,并将提取的装配约束信息保存在指定的数据库中。

3 装配件尺寸约束关系网络

建立装配件中各个零件的参数化模型,零件参数化模型如图1所示。对零件参数化模型进行尺寸参数分析。通常,可以将尺寸参数分为不变参数、可变参数和导出参数三种类型。不变参数是指在零件的各种变型中始终保持不变的参数;可变参数是指在零件的各种变型中可以改变的参数;导出参数是指由其他参数计算出来的参数。在如图1所示的联轴器零件中,经过分析,可将尺寸参数A、B、C归为可变参数。将尺寸参数DAA、DAB、DAC、DAD、DAE、DAF、DAG归为导出参数;例如,可设DAA=C/3.0,DAB=A/3.0,DAC=C+10.0,DAD=B30.0,DAE=C+5.0,DAF=C+22.0,DAC=B/24且在国家标准规定的尺寸系列中选用。将尺寸参数L3、R1归为不变参数。

根据装配件中各个零件的参数化模型及其尺寸参数分析结果以及提取的装配约束信息,可以构建装配件尺寸约束关系网络。所示的联轴器装配件的尺寸约束关系网络。

在图3中,各网络结点代号中小数点前的数字对应图2中的零件序号,小数点后的部分代表相应零件的尺寸参教。图中的边如果连接的是同一零件中的不同尺寸,则该边的物理意义是表示同一零件中不同尺寸之间的尺寸约束关系,如图中连接1.DAA与1.C两个尺寸参数的边表示的是在零件1中,1.DAA与1.C之间的关系,如前所述,1.DAA=1.C/3.0。如果图中的边连接的是分属两个不同零件的尺寸参数,则该边的物理意义表示的是与该边相连的两个不同零件间的尺寸装配关系。如图中连接1.DAC和2.DAG的边,表示的是零件1中的尺寸1.DAG尺寸与零件2中的尺寸2.DAC间的装配约束关系。该装配约束关系不仅包括1.DAG和2.DAG尺寸大小之间的关系,还包括二者之间的装配约束关系,如两者必须位于同心的两个圆周上,且两者在各自的圆周上的阵列方式相同。

4 装配件变型设计方法

4.1 尺寸参数传递与修改

作者在对尺寸参数传递算法进行了较深入研究,提出了一种基于尺寸约束关系网络的尺寸参数传递方法。作者在对装配件尺寸参数修改方法进行了研究,提出了一种基于尺寸参数传递算法的装配件尺寸参数修改方法。在这里,不再对尺寸参数传递与修改方法加以详细叙述。

4.2 装配件变型设计方法

在结合装配约束自动识别与提取技术,提出一种高效、自动的装配件变型设计方法。具体内容与步骤如下。

(1)建立装配件以及装配件中各个零件的参数化模型。对各个零件的尺寸参数进行分析并确定每个零件中各个尺寸参数之间的约束关系,建立其约束关系表达式。

(2)利用提出的装配件装配约束识别与提取方法,编制程序,提取装配件中的装配约束信息。

(3)根据零件尺寸参数分析结果以及提取的装配件装配约束信息,利用尺寸约束关系网络构建方法,构建装配件尺寸约束关系网络。

(4)根据用户要求与设计准则,确定要修改的零部件以及要修改的尺寸参数。

(5)利用尺寸参数传递方法与尺寸参数修改方法,求得装配件中需要修改的模块以及需要修改的尺寸参数并确定需要修改的尺寸参数的变化量,对所有需要修改的尺寸参数进行修改。

(6)以修改后的尺寸参数值驱动装配件参数化模型,对装配件参数化模型进行再生,得到经过尺寸参数修改和变型后的装配件模型,实现装配件变型设计。

5 系统实现与应用举例

5.1 系统实现

利用SolidWorks API和VC++对SolidWorks进行二次开发,开发出了与SolidWorks集成的基于装配约束识别与提取技术的装配件变型设计插件,添加了装配件变型设计插件的SolidWorks界面如图4所示。

5.2 应用实例

这里仍以联轴器装配件为例,对提出的装配件变型设计方法以及开发的装配件变型设计插件进行应用验证。

为联轴器装配件的初始参数化模型。图6为联轴器装配件变型设计输入参数界面,在本例中,假设联轴器装配件的设计参数为2个,分别是与联轴器相连的输入轴、输出轴的直径。输入两个设计参数后,点击“变型设计”按钮,就可以进行联轴器装配件快速、自动的装配件变型设计。为变型后的联轴器参数化模型。这里提出的方法以及开发的装配件变型设计插件既可以完成装配件变型设计,同时可以完成装配件包含的各个子装配件和零件的变型设计,提高了产品设计的速度和质量。

需要说明的是,这里所举的联轴器装配件结构比较简单,但提出的装配件变型设计方法与步骤是通用的。针对不同的装配件,只要在装配件变型设计菜单下添加子菜单,针对指定的装配件,按本文所述方法与步骤开发程序,主要修改图6中所示的设计参数输入对话框以及程序中的尺寸约束关系表达式,就可以得到满足指定装配件变型设计功能的装配件变型设计子菜单,实现指定装配件的变型设计。

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