pdm環(huán)境下產(chǎn)品二維零件圖的快速自動(dòng)裝配

1、第 2 0卷 2 0 0 1年 第 1 期 1 月 機(jī) 越 科 學(xué) 與 技 術(shù)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(hào) ： 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(chǎn)品二維零件 圖的快速 自動(dòng)裝配 昊 義 忠 ， 王 書(shū)亭 ， 陳

2、 立 平 ， 周 濟(jì) ( 華 中科技大學(xué) 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(dòng)蓑配模 塊 通過(guò)蓑 配規(guī) 劃 ， 將 C A D 生點(diǎn) 的二 堆卓件 周 文檔鏈 接 捌蓑配 目 中正確位王 ．通過(guò) 求作 二葷零件 目 的外( 內(nèi)) 輪鼻 ． 捂 撂各零 件之 閘的覆 蓋 關(guān) 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(jiǎn)捷地 完成二 堆零件 圈的 自動(dòng)蓑 配。因?yàn)樯傻乃?配目動(dòng)盎地反 映 了零件 圈的變化 ， 所 以誼方法對(duì)面向蓑 配的設(shè)計(jì) 挺僻 了有 力的支特 ．關(guān) 鍵 詞： 自動(dòng)蓑配} 蓑配 目} 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 管理 } 面向裝 配設(shè) 計(jì) 中田特類(lèi)號(hào) ： T P 3 9 1 ． 7 3文獻(xiàn)括識(shí)碼 A為了適應(yīng) 市場(chǎng) 激烈競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì) ． 縮短 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周 期 ，常采用面向“ x的井行設(shè) 計(jì)方法 。

4、面向裝 配的設(shè) 計(jì)( D F A)就是其中之 一． DF A設(shè)計(jì) 需要考 慮組成產(chǎn)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(guān)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(tái) 情況 是否滿足設(shè)計(jì)要求 。產(chǎn)品 的設(shè) 計(jì)一般是從概 念設(shè) 計(jì)開(kāi)始 ． 采用 三維建摸工 具對(duì)零 部媸 進(jìn) 幾 村蕊翟 著趣 劃零部件之廊的相 摹美系，然

5、后開(kāi)拆零件圖進(jìn)^詳細(xì)設(shè)計(jì)瞬囂。 對(duì)零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)． 可 以采用 三維 C A D造 型工具進(jìn) 行 ． 然后將其 轉(zhuǎn)換 成 二維 的 工程圖紙， 這是一個(gè) T o p - d o ~ 設(shè)計(jì)過(guò)程。 二維裝配圖紙可 以由概念設(shè) 計(jì)的裝配模型 自動(dòng) 生成 ． 也可 以對(duì)各 個(gè)零件的 二雎圖紙進(jìn)行處 理生成 ， 這是一個(gè) B o t t o m- u p設(shè)計(jì)過(guò)程 。 由 于設(shè)計(jì)習(xí)慣或 歷史圖紙大多是 二維圖紙， 工程 設(shè)計(jì)人員在 零件 的詳細(xì)設(shè)

6、計(jì)過(guò)程 中往 往選擇二 維 CA D工具 ， 這 就決 定 了實(shí)現(xiàn)二維 自動(dòng)裝配 的必要性。 另外 ， 在產(chǎn) 品的后續(xù)設(shè)計(jì) 過(guò)程中． 一旦需 要對(duì)設(shè)計(jì) 的圖紙進(jìn)行修改( 通常由尺寸驅(qū)動(dòng) 來(lái)實(shí) 現(xiàn)) 。 剮修改 的結(jié)果 很難反 映到 產(chǎn)品的總體變動(dòng)情況 ?？赡?舍l 髟響 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)的 瘩理 可裝離蚌。 逮就 摹寥尊動(dòng) 生成的裝院 圖要艟夠動(dòng)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(dòng) 裝配模 塊根據(jù) 產(chǎn)品結(jié)

7、收稿 日期 ： 1 9 9 9—0 5 —25基盤(pán) 項(xiàng) 目 ： 國(guó)家 B 6 3 ” ／ C I MS 自動(dòng) 化 期 域 項(xiàng) 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(gòu) 配置的 物料清單 表 ． 將設(shè) 計(jì)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(biāo)高進(jìn)行裁剪或消 隱． 自動(dòng)生成

8、產(chǎn)品的裝配圖。 因?yàn)楦髁慵?圍是被動(dòng)態(tài)地 鏈接到裝 配圖中 的． 所 以零件 圖的修改 結(jié) 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(lái)實(shí)現(xiàn) 。P可以通 過(guò)這樣 的方 法來(lái)確定 ： 選擇產(chǎn) 品模型 中某一便于定位 的特征 點(diǎn)作 為原點(diǎn) ， 選擇便 于 測(cè)量 的．，軸作 為坐標(biāo)軸 ， 由此 建立的坐標(biāo)系稱(chēng) 為裝配坐標(biāo) 系 。設(shè)零件 i 的插入基點(diǎn) 在裝配坐擂 系中的坐標(biāo) 為‘ 囊? y) ， 那

9、 ／ 厶產(chǎn)品所 有的十零件 插入基 點(diǎn)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(biāo)值 反映了 各 個(gè)零 件圖之 間的相互位 置關(guān) 系 ． 因此必須精確地 給 賦 值 ， 而 = 坐標(biāo) 反映的是各 個(gè)零件圈的標(biāo)高 值 ． 也即反映了各零件之間姆覆蓋關(guān)系。 它對(duì)以后的裝配操作起關(guān)鍵 的作用 ，因此在 確定 該值時(shí) 應(yīng)引起重視 ． 特刷是 當(dāng)裝配圖 中出現(xiàn)剖視的情

10、形 時(shí)需慎重考 慮 。當(dāng)然 z 值 的確定也沒(méi)有必要特別 精確 ， 只要它 能夠反映各零件 之聞的覆蓋 關(guān)系即可 。對(duì)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(nèi)輪 廓) ． 由輪 廓對(duì) 隱 · ．廠] r晝～ 藏 件 進(jìn) 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(jīng) 過(guò) 裁 常用方琺剪舍破 壞 了原來(lái)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(shí) 用 性 。輪廓消隱法的原理是 ： 求作各零件 的外輪廓 ( 內(nèi)輪廓) ．將輪 廓轉(zhuǎn) 變戚“ 面域” ， 端后根 據(jù)零件所處不 同的標(biāo)高對(duì)輪 廓作面域井 、 交 整運(yùn)算 ， 從而 實(shí)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(kāi)放式 裝配設(shè)計(jì)模 型舶研究和實(shí)現(xiàn) 】 5 5配體譯 碼器動(dòng)態(tài)得 到它的指針 。當(dāng)各抽象元件都以編碼形式表示時(shí)． 各組件之間 的直接 聯(lián)系就被完全割斷 了． 而在需要的時(shí)候擴(kuò)展應(yīng)用組件都可 以通過(guò)編碼來(lái)恢復(fù)與核心組件的聯(lián)系。 因此 ， 廣義環(huán)圖樹(shù)上不同類(lèi)型的結(jié)點(diǎn)就可成為開(kāi)放式裝配設(shè)計(jì)系 統(tǒng) 中的組件。為了完成各種功能組件之問(wèn)需要交換數(shù)據(jù)； 為了讓系統(tǒng) 了解每個(gè)組件

13、， 新加入 的組 件也必須注冊(cè) ， 進(jìn)就需要對(duì)每個(gè)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(lái)維護(hù)的 ， 本文規(guī)定每個(gè)組件都從 同一種基 糞 中派生 t 在基類(lèi) 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(yùn)行。5 擴(kuò)展 組 件 實(shí) 例 華中理工大學(xué) C AD 中心暨華 中軟件公 司的三維設(shè) 計(jì) 系統(tǒng)

14、 I n t e S o [ i d】 ． 0中的裝配設(shè)計(jì)模 型是用廣義環(huán) 圖樹(shù) 的數(shù) 據(jù) 模 型建立 的已經(jīng)具 備 了 一定 舶組 件 擴(kuò)展 功 能作 為I n t e S o { i d 的一個(gè)應(yīng)用 ， 作者 開(kāi)發(fā) 了數(shù)控 鉆銑 床運(yùn)動(dòng) 仿真程 序 ， 模擬效控機(jī) 床的鉆孔和銑槽加工過(guò)程 。 整個(gè)掛接過(guò)程基 本上沒(méi)有對(duì) 原有舶裝配設(shè) 計(jì)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(xiě) ， 原

15、系 統(tǒng)也能讀現(xiàn)在的裝配體 數(shù)據(jù) 。 由此可見(jiàn) ． 該裝 配設(shè)計(jì)模型擴(kuò) 展性是相當(dāng)強(qiáng)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(yù)定義模塊主要 是用 系統(tǒng)的交互功能對(duì)原設(shè) 計(jì)系統(tǒng)建 立的數(shù)控鉆銑 床三維模型進(jìn)行數(shù) 據(jù)定 義 ， 主要 定義床體運(yùn)動(dòng)部件 及運(yùn)動(dòng)方向 、 選擇刀具 、 工件 ， 設(shè) 置對(duì) 刀點(diǎn) ，并采用系統(tǒng) 內(nèi)部 的編碼器

16、將其轉(zhuǎn) 化成編碼數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)里 。數(shù)控編碼 和仿真模塊首先從 數(shù)據(jù)庫(kù)中得到床 體數(shù)據(jù) ．用譯碼器轉(zhuǎn) 化成各類(lèi)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(dòng)算 出／ J N - T - 位 置 ，生成效控代碼 ， 并進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng) 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(jìn)行加工的情況。6 結(jié) 束 語(yǔ) 本文提出的開(kāi)放式裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)模型 有如 下優(yōu)點(diǎn) ：( 1

17、 ) 降低了系統(tǒng) 開(kāi)發(fā)難度 ， 使系統(tǒng) 變得更易于維護(hù) ；( 2 ) 軟 件可 重用 性提高 ， 從 而使系統(tǒng)應(yīng)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(kāi)放式裝配 設(shè)計(jì)系統(tǒng)模 型在 l n t e S o ] [ d1 ． 0 上 已獲得了成功 ， 經(jīng) 過(guò)進(jìn)一 步的設(shè)計(jì) 和修 改， 將運(yùn) 用在 三維設(shè) 計(jì)系 統(tǒng) I n t e S o l [ d2 ． 0上 。[ 參考文獻(xiàn)]Kun wo oLe e-a

18、t ．A Hi e r a r c h i c a lDa t aS t r u c t u r ef 0 rRe p r es e n t i n gA s s e m b l i e s ： P a r t1．[ J ]c o mp u t卜 A l dD e i g n ．1 9 8 5 ， 1 7 ( 1 ) - l 5 ～ 1 9陸 贛 等 基于組件的開(kāi)放式 C A D系統(tǒng)模 型[ j ]軟件學(xué)報(bào) ，l 9 9 8． 9 【

19、9 )： 65 l ～ 65 5楊建 恩． C 0 M 技 術(shù)在 C A D ／ C A M 集成 中的應(yīng)用[ J ] ． 機(jī)械工 業(yè) 自 動(dòng)化 ． 1 9 9 8 ， 2 0 ( 3 ) ： 2 1 ～2 3尹文生 支持 自頂向下設(shè)計(jì) 的裝 配建橫研 究[ D ] ． 雌中理工大 學(xué) ， 1 9 9 8尹文生． 基于廣 艾環(huán) 圉樹(shù)的裝配設(shè)計(jì)模型[ 】 ]華 中理工大學(xué) 學(xué) 報(bào) ， l 9 9 9 ， 2 7 ( s ) ： 1 ～ 3

20、尹文生等 支持概念設(shè) 計(jì)裝 配模型的零件管理策略研究 D] _華 中理工大學(xué)學(xué)報(bào) ， 1 9 9 7 ． 2 5 ( 1 O ) ： 1 ～3尹 文生等． 工程技術(shù)文檔 的動(dòng)態(tài)編碼管理 D] ． 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研 究 ． 1 9 9 5 ， 3 ( 增 刊 ) ． ： 1 O 2 ～ 1 0 4( I - 接第 1 5 2頁(yè) )下面 簡(jiǎn)單 舟紹 系統(tǒng) 功能菜單 ：“ 裝配文件” 可以對(duì) 裝配圖進(jìn)行保存 ， 當(dāng)蔣 次打開(kāi)時(shí) ， 系 統(tǒng)將根據(jù)零

21、 件圉的最 新設(shè) 計(jì)結(jié)果顯 示裝配結(jié)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(guó)標(biāo) 以插入序號(hào) ?！?裝配規(guī)劃” 要求按 照零件固的序 號(hào)輸入對(duì)應(yīng) 零件固 的插入 點(diǎn)坐標(biāo) 及標(biāo) 高， 即確定裝 配規(guī)尉矩 陣。“ 裝 配運(yùn)算 ” 先將零件固逐個(gè)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(zhēng)) ， 然后求 解其內(nèi)外輪廓和面域 ， 最后應(yīng) 用 H I D

22、 E進(jìn)行消隱 ， 完成裝配 圖的顯 示或 打印輸 出“ 刷新顯示 ” 是 為了動(dòng)態(tài) 地反 映各 十零件 固的最 新設(shè)計(jì)結(jié)果 其實(shí)現(xiàn)過(guò)程 與裝配運(yùn)算相似 4結(jié) 束語(yǔ) 本文對(duì)二譬圖形的裝配算法和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行丁探討 ；提 到 了利用 C AD 自身 的功能 簡(jiǎn) 便地 實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)裝 配 的技 巧 ； 指 出了 自動(dòng)裝配模 塊在 P D M 平 臺(tái)下 對(duì) 面向裝配 的并 行設(shè)計(jì) 的支 持 ； 介紹 了 Au t o C A D系 統(tǒng)下開(kāi)發(fā)的原

23、型系統(tǒng) 。它將被應(yīng) 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(tái)下面向裝配的并行設(shè) 計(jì)。[ 參考文獻(xiàn) ][ 1 ] 俞 杰 基于 藏剪 的裝 配圖 生成 方 { 圭[ J ] ． 工程 圈學(xué) 學(xué)報(bào) ．19 9 5( 1)[ 2 ] 焦宗夏 ． 二維零 件圖的 自 動(dòng)裝配 [ J ] ． 中國(guó)機(jī)械工程 ， 1 9 9 G ( 2 )C 3 ] 聵國(guó)揀