基于SolidWorks的虚拟自动装配系统

论文摘要

虚拟自动装配(Visual Automatic Assembly)使用户在设计阶段就能够检验产品的设计合理性、可装配性和可维修性,从而大大减少产品的设计、制造周期,保证产品的质量,有效地提高生产效率。随着市场经济发展带来的激烈竞争,迫使企业进行产品创新设计和采用基于网络的并行工程、虚拟设计、虚拟自动装配等先进设计与制造技术。因此,研究虚拟自动装配技术是市场需求的必然产物,并基于功能强大的三维设计软件的支持,能够模拟实际生产中的装配设计流程。机械产品的参数化设计以及其装配特征的自动读取是虚拟自动装配实现的重要基础。目前,虚拟自动装配方法主要有“后台预制”和“基于特征”,两类方法各有千秋。综合这两类方法的优点,本文提出“基于特征基准”的装配方法。该方法依据装配特征的分类,参照软件自身提供的特征读取规则,以基准面、基准线等方式主要对装配特征中的体素特征进行定位,并将标识特征的基准面、基准线等,以用户易于识别和体现自身性质的方式进行命名,程序可以非常方便地通过读取相应的基准署名即能读取该特征;同时,由于一个特征由若干基准来定位,因此完全装配一对特征,需要读取其完全约束时相应的特征基准,进而实现装配。在系统总体模型的描述过程中,采用IDEFO(ICAM(Integrated Computer Aided Manufacturing DEFinition method,集成化计算机辅助制造功能建模方法)功能描述方法结合系统的结构化描述方法进行。通过IDEFO方法对系统虚拟自动装配系统进行功能分析,并给予特征模块化的知识,将装配特征按照功能分为尺寸特征功能模块、体素特征功能模块和装配关系特征功能模块,各功能模块设计以及模块之间的信息传递蕴含在系统功能模型描述过程中。同时,在系统的结构描述上,将总体系统分为零件设计子系统和自动装配子系统,尺寸特征功能模块、体素特征功能模块和装配关系特征功能模块之间的信息传递蕴含在零件设计过程和装配过程中,两个子系统之间的信息交互共同构成系统的总体结构形式。最后,利用面向对象程序语言Visual Basic进行系统的界面设计,建立了具有交互功能的虚拟装配设计环境。零件的参数化设计过程中,按照设计规则和零件间的装配约束关系建立参数间的动态链接。同时,将零件的设计参数分为主驱动参数和辅助参数。辅助参数依附于主驱动参数,并按照设计规则变化。由此将设计知识集成到零件模型中,利用规则实现零件的参数化设计,从而提高系统的自动化程度,减少设计人员的工作量,易于保证设计质量,避免因设计经验不足导致设计结果不合理。本文提出“基于特征基准”的自动装配方法,其核心是:将装配特征进行分类,并以基准的方式定位体素特征,根据特征读取规则读取特征基准,实现对应装配特征的装配。以此为基础,本文建立了轴类零件、标准件、通用件以及齿轮等常用装配零件的参数化设计模块。在装配系统中,通过调用零件存储位置的信息和读取零件的体素特征基准库中的特征基准和装配关系完成自动装配。并以轴系零件的装配设计为例,验证了该虚拟自动装配系统的应用效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 虚拟装配技术研究现状
• 1.3 课题创新点
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 本文章节安排
• 第二章 虚拟自动装配系统总体模型
• 2.1 虚拟自动装配系统关键技术及其实现
• 2.2 系统功能模型建立
• 2.2.1 IDEF0方法介绍
• 2.2.2 系统的功能描述
• 2.2.3 系统功能子模块之间的信息交互
• 2.3 系统结构模型描述
• 2.4 本章小结
• 第三章 零件参数化设计
• 3.1 参数化设计概述
• 3.1.1 参数化设计的发展
• 3.1.2 参数化设计方法及优点
• 3.2 零件尺寸特征和体素特征的确定
• 3.3 轴类零件的设计流程
• 3.3.1 轴的初步结构尺寸确定
• 3.3.2 轴的强度和刚度校核计算
• 3.3.3 轴参数化设计
• 3.4 齿轮参数化设计
• 3.4.1 齿轮三维建模参数化设计现状
• 3.4.2 基于尺寸驱动的齿轮参数化
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于特征基准的虚拟自动装配设计
• 4.1 虚拟自动装配技术的研究背景
• 4.2.1 装配特征概述
• 4.2.2 装配特征的分类
• 4.2.3 装配特征的模块化及模块间的互操作机制
• 4.2.4 装配特征的定位
• 4.2.5 装配特征的读取
• 4.3 虚拟自动装配界面设计
• 4.4 基于装配特征的虚拟装配设计实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 作者攻读学位期间发表的论文
• 参考文献