基于3DCAPP-A的装载机双变总成装配工艺设计

广西科技大学毕业设计论文广西科技大学普通本科毕业设计论文课题名称 基于3DCAPP-A的装载机双变总成装配工艺设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日摘要随着新一代信息技术与制造业的深度融合，国家大力推动新一代信息技术与制造技术融合发展，制造业必定以信息技术为主进行产品研发与制造。目前制造业企业生产制造线上装配工艺存在一些不足，比如某双变总成装配工艺描述不够直观、不够完整以及很难预测装配过程中环境变化等问题，为此开展“基于3DCAPP-A的装载机双变总成装配工艺设计研究”。本文以某型号装载机双变总成装配工艺为试点，通过KM3DCAPP-A软件技术进行双变总成三维装配工艺研究，通过三维模型轻量化、装配工序生成、零部件组件的划分、装配工艺三维仿真等研究三维装配技术在产品装配工艺设计应用时的关键技术及关键内容，探索三维装配技术在装载机整机三维装配实施的可行性。本文通过分析并优化双变总成的装配工艺，基于3DCAPP-A技术完成装载机双变总成三维装配工艺设计，通过三维装配工艺能够有效解决二维装配工艺描述不直观、不完成等问题，为装载机三维整机装配工艺先行试点，为实现制造业智能制造奠定基础。关键词：信息化制造 双变总成 三维装配工艺 三维装配技术 AbstractWith the new generation of information technology and manufacturing depth integration, the state vigorously promote the integration of new generation of information technology and manufacturing technology development, manufacturing is bound to information technology based product development and manufacturing. The manufacturing industry enterprise manufacturing assembly line process has some disadvantages, such as a double variable assembly assembly process description is not intuitive, is not complete and it is difficult to predict the assembly process issues like climate change and therefore to carry out 3DCAPP-A loader with two variable based on the assembly assembly process design and research .In this paper, a type of loading machine with double assembly assembly process for the pilot, the dual variable by KM3DCAPP-A software technology 3D assembly process of assembly, through the study of three-dimensional model of lightweight, assembly process generation, component division, the assembly process to simulate the 3D assembly technology in product assembly process design and application of key technologies and key content to explore 3D assembly technology in loading the feasibility of the implementation of the 3D machine assembly.This paper through analysis and optimization of two variable assembly assembly process, based on 3DCAPP-A technology to complete loader dual variable assembly 3D assembly process design, through the three-dimensional assembly process can effectively solve the 2D assembly process description is not intuitive, do not complete and other issues, for loading machine machine three-dimensional assembly process, the pilot to achieve intelligent manufacturing manufacturing lay the foundation.Key words:Manufacturing Information Dual Variable assembly 3D Assembly Process 3D assembly technology目 录第一章 绪论1第一节 课题来源1第二节 3DCAPP技术的国内外发展状况2一、3DCAPP技术的国外发展状况2二、3DCAPP技术国内发展状况3第三节 研究目的及内容4第二章 双变总成5第一节 双变总成的重要性5第二节 双变总成的组成5一、变矩器6二、变速箱9第三节 章节小结11第三章 KM3DCAPP-A简介12第一节 KM3DCAPP-A的功能12第二节 KM3DCAPP-A的价值13第三节 KM3DCAPP-A优势14第四节 KM3DCAPP-A行业应用14一、KM3DCAPP-A在航空航天行业的应用14二、KM3DCAPP-A在电子行业的应用15第五节 章节小结15第四章 双变总成装配工艺仿真及应用16第一节 目前双变总成装配工艺状况及分析16一、双变总成传统工艺状况16二、工艺分析17第二节 3DCAPP-A工艺仿真18一、 三维模型与轻量化过程18二、 装配工序生成20三、 零部件组件的划分20四、 装配工艺三维仿真21五、 工艺装备的三维仿真22六、 工艺信息库的加载23第三节 研究成果与意义24一、研究成果24二、研究意义26第四节 章节小结27结束语28致谢29参考文献30第一章 绪论第一节 课题来源自二十世纪八十年代以来，制造业产品研发与制造环境的不断变化，制造业中的研发与制造技术也发生了重大变化。特别是将计算机技术引入到制造业研发与制造中，使得制造业中产品的研发过程时间大大缩短，研发人员能够更高效的参与产品的研发。为未来计算机技术与制造技术融合奠定基础。然而，之前研究出来的二维CAD技术在制造业企业中只能被用作电子板报指示图，虽然能够涵盖工艺产品制造的全部数据，但是对工艺产品的细节描述不直观和不完整，增加了作业人员的产品作业的难度。近年来，计算机技术在制造业中发展迅速，在制造业中运用计算机技术进行产品研发设计与工艺制造已是世界潮流趋势。因此，紧跟世界潮流，很多制造业企业都将三维CAD技术引入到产品研发设计与工艺制造中，用于减少企业对产品的研发设计周期时间与工艺制造生产时间，从而提高企业核心竞争力，创新能力和产品研发设计能力。实践证明，采用了三维CAD技术的制造业企业相对于同类型的其他制造业企业拥有更强的创新能力和产品研发设计能力，获得的企业效益也更好，企业发展更顺利。这使得三维CAD技术在制造业企业中受到越来越重视，这种变化是企业对三维CAD技术未来需求的主流方向，同时，这也是三维CAD技术以后的发展潮流趋势。多年以来，三维CAD技术在制造业企业中越来越广泛运用与普及，计算机辅助工艺设计（CAPP）技术作为制造业企业中生产制造信息技术集成系统中不能缺少的一部分，却还是处于运用二维CAD技术的产品相关信息来进行产品研发设计。而基于二维CAD技术去实现产品工艺研发信息的获取、表达、组织与管理又是很复杂，效率性不高，导致产品工艺研发的经验和方法不能够有效性的总结和积累，而且基于二维CAD技术也不可以直观地描述出复杂产品工艺的关键工艺特征，从而不能够对产品工艺过程的评价以及审核。因为这些不足的问题，会使二维CAPP运用于三维CAD技术时，三维CAD中的某些功能模块不能够正常使用，比如产品装配工艺BOM图的生成和编辑、零部件装配关系的检查和仿真、产品工艺性的评价和审核等问题。虽然采用CAD/CAM一体化的方法能够解决零件的加工工艺问题，但不能够解决装配工艺问题，特别是在研发繁琐结构的工艺产品的装配时。而在产品的制造过程中，装配作为制造产品的最后一步，具有非常意义。因此，基于三维CAD技术的装配CAPP技术已是制造业企业迫切的需求。随着制造业的发展与产品需求的变化，制造业企业产品的装配工艺研发也发生了变化。在制造业企业中运用信息化技术也越来越广泛与普遍，运用三维CAD技术和PLM（产品全生命周期管理）技术进行产品创新研发设计和数字化设计制造正在成为企业产品制造的基础，这对工艺设计与管理模式等产生了重大影响，同时也奠定了其应用的基础。运用三维产品数字模型（3D）的工艺装配规划技术已经成为当前CAPP（计算机辅助工艺设计）技术发展的重要方向和趋势之一。同时，由于现有的二维CAPP的装配工艺研发模式不能够满足制造业企业对工艺产品三维模型完整的表达与无障碍应用的要求，也无法适应制造业企业产品多元化，生产基地国际化的发展的需求，无法适应制造业企业发展的潮流。目前制造业企业产品装配工艺的编制存在的一些不足主要如下：一、二维工艺卡片主要采用EXLCE、WORD、二维CAPP等方式编制，对工艺产品装配的细节描述不直观和不完整，增加了作业人员的产品装配作业的难度；二、工作业人员在编制产品工艺的时候很难预计装配过程中装配环境的变化，比如产生装配干涉和不合理的现象，降低了作业人员的工作效益；三、装配人员的基础技能培训只能参照图纸讲解和培训平台的展示，这样的培训不仅培训周期长，而且也不利于员工的自主学习，同时占用了大量的人工成本和场地、展板等费用，降低了企业的效益。3DCAPP（三维装配工艺规划技术）代表了一种全新的制造工艺体系和模式，因为其可以和三维CAD技术相结合、可视化效果好，受到企业界和学术界的高度重视。国家“十五”和“十一五”期间，国家科技部、工信部等政府部门组织相关单位进行3DCAPP相关技术的研究和攻克。在今天这个“工业4.0”时代，全新的产品研发设计与制造模式，全世界都在推动制造业的发展，以新一代计算机技术、信息技术、制造技术等为根本点，推动新一代信息通讯技术和制造技术的深入融合为切入点。为推动国家制造业的发展，在最新的关于国家未来制造业的发展中国制造2025通知中，国务院重点提出，加大力度推动信息化与工业化的深度融合。能够料到，基于3DCAPP技术的研发将会成为今后一段时间内专家们研究的一个重点内容。第二节 3DCAPP技术的国内外发展状况一、3DCAPP技术的国外发展状况国外的3DCAPP技术研究与开发可以追溯到二十世纪八十年代末，美国是世界上第一个发起研究并取得突破性成果的国家。美国许多研究组织和机构在美国政府的大力支持下，建立了研究三维装配技术的工作站。其中，美国参数技术公司（PTC)深入研究并推出了Pro/E操作软件系统，该软件系统采取模块化的功能模块方式，使用户能够按照自身的需求进行功能模块选择，而不必安装所有的功能模块。产品研发设计者根据Pro/E的特征模块方式，可以将研发设计阶段至生产制造整个过程集成在一块，达到产品制造工艺的并行工程设计。Pro/E在产品的设计研发阶段就能够对产品的可装配性进行仿真评估，从而不需要到实际生产装配时才发现产品装配工艺存在问题。Pro/E能够和参数和CAD软件之间实现数据共享，产品的三维模型以及结构树可以从CAD软件中自动转出。并且可以在三维CAD环境下，获取产品的装配约束信息，基于这些信息可以有效地规划装配顺序和装配路径，对于规划过程中存在的问题还可以给予修改建议。作为全世界PLM（产品生命周期管理）领域的先进技术领头羊，法国制造业的达索系统公司（Dassault Systeme）为客户提供一整套数字化设计、制造、维护、数据管理的PLM平台。对于达索系统里面，又涵盖了一个关于工艺产品制造过程的“数字化制造”子系统DELMIA。作为“数字化企业精益制造集成式解决方案”的缩写，DELMIA研究主要方向是关于产品复杂制造工艺过程与产品后期维护过程的三维仿真和有关工艺产品数据的管理和协同。运用三维仿真技术对产品制造全周期和产品后期维护过程进行三维仿真和数据分析。能够获得产品制造工艺的可视性、可达性以及可制造性与产品后期可维护性等等相关的完整数据信息。同时，DELMIA能够很好与CATIA、ENOVIA、SMARTEAM、LMS等系统的完整集成，能够很好的利用产品研发设计的数据信息，也能够获取产品制造过程中有关的专业知识信息，使最佳的产品制造生产经验能够反复使用。运用DELMIA进行产品研发设计与制造生产，能够提高企业生产效率、安全性系数与产品质量等方面，同时降低产品研发设计与制造生产成本。此外，对于三维装配仿真技术的研究并取得一定成果案例还有许多，例如由美国的参数技术公司（PTC）的技术副总裁与CV公司的副总裁发起组织并研发的SolidWorks 软件系统，该软件系统能够很好的运用于机械行业产品的装配工艺研发设计。美国西门子自动化与驱动集团(A&D)旗下机构Siemens PLM Software研发的Solid Edge软件系统，该软件系统能够很好的运用于通用机械行业产品的装配工艺研发设计。以及还有美国AutoDesk公司研发的Inventor软件系统。二、3DCAPP技术国内发展状况国内有关三维装配CAPP技术的研究与探索起源于二十世纪九十年代期间，其了展现了一种全新的产品工艺研发设计与制造生产方式。由于能够和三维CAD技术很好的融合，并且能够有效地解决产品研发设计与装配工艺编制过程中不能够实现的动态仿真特性而让制造业企业越来越普遍注重，得到了迅速发展。当今，三维装配CAPP技术已经在国内航空航天、船舶、汽车等相关机械行业开展了运用与技术研究探索。当今国内有一定进展的现有装配CAPP主要有检索式和创成式两种。检索式指的是把工艺产品的制造生产装配工艺文件录入系统当中，当开始某一种工艺产品制造生产的装配工艺研发时，检索类似工艺产品制造生产的装配工艺研发。如果检索到，就会基于此基础之上展开更改，从而研发设计出新的工艺产品的制造生产装配工艺文件。对于创成式则是事先将一些与产品制造生产装配工艺设计相关的规划录入了其中，然后借助计算机的逻辑推理功能生成新的产品制造生产装配工艺文件。在三维装配CAPP研究方面，国内有一些机构与单位有一定突破性进展，具体有如下：（一）天河智造（北京）科技股份有限公司组织与研发出的THCAPP工艺设计及管理系统。该软件系统涵盖网络、数据库，具有实用、智能以及能够达到各行业研发设计要求与产品工艺系统集成的需求。该软件系统提供了产品工艺集成与数据信息互换、产品工艺规划、工艺设计、工艺仿真等众多强大功能模块，能够很好的达到企业集成信息化技术与产品制造技术的结合要求。（二）金叶西工大软件股份有限公司组织与研发的GLCAPP软件系统，该软件系统主要对于工艺全生命周期进行规划，促进产品制造生产工艺标准化、模范化。该软件系统运用“协同集成”的方式和依据知识信息的“快速规范”的产品工艺研发和产品工艺管理方式，能够把产品工艺研发、产品制造工艺整个周期管理集成在一起，能够将产品工艺信息与知识信息共享与反复利用，使企业新产品达到基于知识信息的产品迅速研发与工艺管理。能够使产品制造生产过程中的工程数据具有“唯一数据源”和“完整准确”，保证了企业产品工艺研发与产品制造生产过程中工艺过程管理模块的“设计协同、数据唯一、过程受控”。（三）华天软件组织与研发出的三维CAPP软件系统，该软件系统提供了复杂产品工艺制造生产阶段综合的解决方案。为企业工艺研发中心与工艺制造部门提供了先进的三维数字化工艺研发设计以及完善的产品制造生产过程与产品数据管理解决方案。使产品工艺研发与产品信息管理由二维朝向三维的发展，增强了产品工艺制造生产阶段产品、工艺信息、工厂等方面的数据信息和制造生产过程管理能力。此外，华天软件还组织与研发出了SINOVATION软件系统，该软件系统是借助日本UEL公司CRUX基础平台技术而研发运用汽车、汽车零部件、通用机械等行业的三维装配工艺规划软件。总的来说，目前的三维装配CAPP系统还处于初级阶段。未来，三维装配CAPP的发展方向将会是基于3D虚拟技术的创成式装配CAPP系统。第3节 研究目的及内容为了有效解决目前制造业企业中产品制造生产存在的问题，本文采用3DCAPP-A技术，以某型号装载机双变总成装配工艺为试点，开展产品三维装配工艺研究。研究三维装配技术在产品装配工艺设计应用时的关键技术及关键内容，探索三维装配技术在产品制造线上实施的可行性。本文通过分析目前某型号双变总成的装配工艺，运用3DCAPP-A技术，通过三维模型轻量化、装配工序划分、零部件组件划分、装配工艺三维仿真设计完成某型号双变总成三维装配工艺设计，为某型号装载机整机三维装配工艺试点先行，为实现制造业智能制造奠定基础。第二章 双变总成本课题以装载机某型号双变总成开展研究。某型号双变总成采用双涡轮液力变矩器、超越离合器自动楔紧和松脱以及各档位摩擦片离合来实现动力传输。其变矩器拥有很大的变矩比，很宽的高效区域，采用油当作介质，用来减少外来的不利因素影响，保护了柴油机的传动系统。变矩器与超越离合器共同工作可以自动调节输出扭矩和转速，自动实现了低速重载和高速轻载的转换，减轻了司机操作的劳动强度，从而提高了装载机的舒适度。第1节 双变总成的重要性装载机当中的双变总成是由变矩器总成和变速箱总成共同组合在一起构成的。它的作用是将动力装置输出的动力按需要传递给驱动轮和其他操纵机构，其具有以下作用。1、 降低转速，增大转矩：柴油机输出的动力具有扭矩小、转速高、转矩和转速变化范围小的特点，这个特点与要求装载机在作业时所需的较大扭矩、较低速度和转矩与速度两者变化范围相对较大之间构成冲突。为此，采用双变总成将发动机的动力按需要适当降低转速、增加转矩后传到驱动轮上，使之适应装载机运行或作业的需求。2、 实现装载机的倒退行驶：装载机作业或行驶过程中，需要倒退行驶，而柴油机不能反向旋转，所以需要双变总成来保证在柴油机旋转方向不变的情况下，使驱动轮反向旋转。3、 必要时中断传动：柴油机不能带负载荷启动，并且在启动以后，转速也一定要保证高于或者等于最低稳定转速，不然就会导致熄火。因此，在准备启动装载机的时候，一定要通过双变总成把柴油机与驱动轮之间的动力连接线路中断。此外，在柴油机不停止运转的情况下，为了使装载机能够暂时停驻等，必要时通过双变总成切断动力。4、 差速作用：装载机在道路上过弯前行的时候，由于装载机的左右两个车轮在相同时段内前行的路程不相同，这会导致装载机在过弯的时候有可能会发生“打滑”，引起装载机转向困难，也会导致车轮轮胎磨损严重等问题。为此，通过双变总成能够使左右车轮可以以不同的角速度旋转，能够很好解决装载机过弯时发生的问题。因此，双变总成就好比是人类的心脏一样，是装载机的“心脏”，对于装载机是不可缺少的。第2节 双变总成的组成双变总成指的是变矩器总成和变速箱总成（如图2-1），其左半部分为变矩器总成（图2-2），右半部分为变速箱总成（图2-3）。通常，口头上说的变速箱指的就是双变总成而非仅仅是变速箱总成。 图2-1 双变总成 图2-2 变矩器总成 图2-3 变速箱总成一、变矩器（1） 分类根据装载机液力变矩器的结构和性能特点，其能够划分为下面几类。（1） 正转和反转液力变矩器在正常运转条件下，涡轮旋转方向与泵轮相同的液力变矩器称为正转液力变矩器；涡轮与泵轮转向相反的液力变矩器称为反转液力变矩器。在结构上，正转液力变矩器的工作液是按照B（泵轮）-T（涡轮）-D（导轮）依次滚动的，如图2-4（a）所示。反转型液力变矩器为了改变方向，将导轮布置在涡轮前面，其工作液是B-D-T方向流动的，如图2-4（b）所示。图2-4 正转与反转变矩器简略图（2） 单级和多级液力变矩器根据液力变矩器循环圆中涡轮叶片的列数或者刚性连接在一起的涡轮数目，能够将液力变矩器划分为单级、两级以及多级这三种，如图2-5所示。循环圆中只有一个涡轮的液力变矩器称为单级液力变矩器，装载机上装用的双涡轮液力变矩器由于涡轮之间无刚性连接，所以仍为单级涡轮变矩器。图2-5 多级液力变矩器简图（3） 单相和多相液力变矩器按液力变矩器在工作时可以组成多少个工况可以分为单相、两相和多相液力变矩器。液力变矩器的相是指变矩器在某种工作状态下改变了变矩器的工作状态的转换数（例如导轮固定与转动转换），装载机上所用的单涡轮和双涡轮变矩器都是单相变矩器。一个液力变矩器可以根据各个工作轮共同作用时的组合不同，以及使某个工作轮的工作状况不同（如将导轮空转或者不转），获得具有单相或多相的功能。（4） 向心式、轴流式与离心式液力变矩器当液力变矩器涡轮进口处的半径大于出口处的半径时，涡轮的液流是流向液力变矩器轴心的，这种形式的液力变矩器称为向心式涡轮液力变矩器；当液力变矩器涡轮进口处的半径等于出口处的半径时，涡轮的液流基本上是在轴向流动的，这种形式的液力变矩器称为轴流式液力变矩器；当液力变矩器的进口处的半径小于出口处的半径，涡轮内的液流是流向远离液力变矩器中心的，这种形式的液力变矩器称为离心式涡轮液力变矩器。如图2-6所示。图2-6 向心式、轴流式、离心式涡轮简图本课题研究的某型号双变总成采用双涡轮液力变矩器结构。（2） 结构液力变矩器至少由泵轮、导轮、涡轮与导轮座等四种零部件构成，如图2-7所示。液力变矩器采用单级双相双涡轮结构，两个涡轮单独工作或者共同工作，可以使重载低速时的效率提高，也能减少变速箱的档位设置，简化了变速箱的结构。泵轮：接收柴油机的机械能并将机械能变换成油液的动能。涡轮：装油液的动能还原为机械能。导轮：将反射力矩转移并叠加到涡轮，改变涡轮力矩，达到变矩的可能。导轮座：支撑齿轮、泵轮、导向轮，同时是液力变矩器的进出传动油的油道。图2-7 液力变矩器组成结构（3） 工作原理液力变矩器使用液体作为传动媒介。液力变矩器在平常状态下运转的时候，储蓄在内部的工作液不仅仅有环绕其轴心做圆周运动，还有在循环圆中沿图2-8图示方向进行循环流动，将扭矩从泵轮由导轮传递到涡轮。导向轮是固定不动的，它给涡轮一个反作用力，涡轮不仅受到泵轮的冲击力而且还受到了导轮的反作用冲击力，从而使涡轮的输出扭矩增大。根据能量守恒定律，在泵轮输入功率不变的情况下，涡轮输出扭矩的增大必然伴随着涡轮转速的降低。图2-8 工作液循环流动方式二、变速箱（一）分类根据装载机变速箱的结构和性能特点，变速箱能够划分为下面几类。（1）按操作方法的不同分类根据操作方法的不同能够划分为人力换挡变速箱和动力换挡变速箱。人力换挡变速箱是通过操纵机构来使齿轮转动或者转动啮合套进行变换挡位。人力换挡变速箱的工作原理如图2-9所示。图2-9（a）为固定连接，其表示齿轮与轴为固定连接。齿轮通常与键或者花键一起连接到轴上，并且轴向定位，不能轴向移动。图2-9（b）为空转连接，其表示齿轮与轴承一起装在轴上，可相对轴转动，但不能轴向移动。图2-9（c）为滑动连接，其表示齿轮与花键一起连接到轴上，能够进行轴向运动，但是不可以进行相对轴向运动。图2-9（d）为拨动齿轮换挡，其表示双联滑动齿轮ab用花键与轴相连接，移动该齿轮使齿轮副aa或bb相啮合，从而改变传动比，即所谓换挡。图2-9（e）为拨动啮合套换挡，其中齿轮c、d与轴相连接到一起；齿轮c、d分别与齿轮c、d为常啮合齿轮副。但因齿轮c、d是用轴承装在轴上，属空转连接，不传递动力。啮合套与轴相连接到一起，只要将啮合套的齿圈依次和齿轮c（或d）的外齿圈互相啮合连接在一起，齿轮c（或d）与轴连接在一起，就可以实现换挡。图2-9 人力换挡示意图人力换挡变速箱具有结构简单，工作可靠等特点。但采用人力操纵，劳动强度大。当其在换挡的时候，需要花较多的时间才能够切断动力。由于存在这些不利的因素，装载机作业的效率受到了严重的影响，并使装载机在恶劣路面上行驶时的通过性差。所以，除了极少数小型装载机外，人力换挡变速箱已经很少使用。动力换挡变速箱的工作原理如图2-10所示，其齿轮a、b通过与轴承连接在一起，并支承在轴上，与轴是空转连接。若相关的离合器连接在一起则齿轮和轴相互连接到一起，若离合器彼此分开则齿轮就会在轴上做空转运动。换挡离合器的分离与接合，一般由液压操纵，液压油是由发动机带动的油泵供给，可见换挡的动力是由发动机提高的，所以称为“动力换挡”。图2-10 动力换挡示意图动力换挡变速箱具有结构复杂，体积也比较大的特点。然而动力换挡操作却是很轻便，能够迅速换挡，非常短暂就能够切断动力，能够实现在大负载荷的情况下换挡不停车，这大大有利于提高装载机的工作效率。由于装载机作业时换挡频繁，迫切需要改善换挡操作，因此，动力换挡变速箱运用于大多数装载机中。（2） 按轮系的不同分类根据轮系的不同能够划分为定轴式与行星式变速箱两种变速箱结构。对于变速箱中的齿轮，如果它们是有固定不变的旋转中心轴线，则称这种变速箱为定轴式变速箱。对于变速箱中的齿轮，如果它们是没有固定不变的旋转中心轴线，则称这种变速箱为行星式变速箱。本课题研究的某型号双变总成采用行星式变速箱结构。（2） 结构对于行星式变速箱，其结构组件主要是有箱体，超越离合器，行星变速机构，摩擦片离合器，各档位的油缸、活塞，变速泵，变速操纵阀，以及轴和齿轮等零部件如图2-11所示。图2-11 行星式变速箱组件（三）工作原理对于行星式变速箱，其结构是由许多基本行星排列构成的。如图2-12所示，简单行星排由太阳轮、齿轮、行星架和行星轮组成。因为结构中的行星轮轴线旋转和外面相连有很大的难度。因此，在行星排结构当中只有太阳轮1、齿圈2与行星架3这三个零部件能够与外面相连通，称之为基本零部件。在变速箱结构中的变速泵能把存在箱体中的油液体通过滤油器后吸出，并传输到变速操纵阀当中，装载机司机可以借助变速操纵杆，然后再根据自身需要，通过操作变速操纵阀将压力油通入选定的档位，完成液压换挡。图2-12 简单行星排简图1太阳轮；2齿圈；3行星架；4行星轮第三节 章节小结本章节介绍了双变总成的重要性，变矩器与变速箱的种类、结构以及工作原理，同时也介绍了某型号装载机双变总成采用双涡轮液力变矩器与行星式变速箱两种机构组合的优点。装载机采用这样组合的双变总成，可以减轻了司机操作的劳动强度，提高了装载机的舒适度。第三章 KM3DCAPP-A简介本课题借助KM3DCAPP-A软件系统进行某型号双变总成装配工艺研究，其是国内研究与开发的一款三维装配工艺规划软件，也是一款专业的三维装配设计软件。这款软件通过与国内现有装配工艺的基本情况，通过三维装配技术，使制造业企业能够进行产品工艺三维装配过程工序与工步可视化的规划、仿真等等。也能够将产品工艺的三维装配过程输出到产品装配车间进行指导。这将有效帮助企业提高产品装配效率，缩短产品装配周期，提高企业在市场中的竞争力。第一节 KM3DCAPP-A的功能KM3DCAPP-A是三维CAD在企业的深化应用，对于复杂产品的装配工艺过程，它能够很好的规划出工艺产品的整个装配工艺过程、以及定义产品工位装配线的每一个步骤与细分装配步骤中的装配件清单以及装配过程中所用的工艺装备和规划装配过程中使用工艺装备的装配活动、仿真产品装配的整个装配过程并验证产品工艺设计的可靠性、规划产品装配线生产制造过程节拍并提升产品装配效率等等（如图3-1所示）。制造业企业运用3DCAPP-A技术，能够加快工艺产品上市速度，以及提高企业竞争力，使企业对市场的需求变化能够做出迅速反应，为企业的发展注入动力。3DCAPP-A具备以下功能：图3-1软件框图装配模型管理：能够将工艺产品的三维模型转换为统一的轻量化模型文件，以及通过系统中工艺装配结构的管理功能，规划出能够达到产品装配工艺性要求的装配结构，为后续设计的装配工艺过程规划奠定基础。装配过程规划：装配过程规划是三维工艺设计的重要部分内容，主要包括装配顺序、装配节拍、装配路径、制造资源规划、装配过程仿真试验验证等等，通过装配结构规划、方法规划、节拍规划、路径规划等方式，使KM3DCAPP-A能够实现产品整个装配过程的工艺规划，装配过程规划的优劣程度会直接影响到产品的可装配性、装配质量以及装配效率和装配成本，从而影响到了企业的实际效益。工艺信息发布：KM3DCAPP-A系统提供了各种灵活的装配工艺输出手段，可以支持装配过程仿真以及录像输出、各种用于指导现场生产的装配工艺卡片输出以及车间现场的三维工艺轻量化浏览等等，具有方便的指导现场生产等优势。系统集成应用：KM3DCAPP-A系统提供了功能强大的集成接口功能，通过插件3DCAPP-A能够轻松地集成到CAPP、PDM、MES等软件中，从而可以实现企业中各种信息化工具间的数据交互与共享，并且打通了设计、工艺、制造信息流。第二节 KM3DCAPP-A的价值在三维装配技术方面，国外已有少许发达国家的制造业企业进行较深入的研发和推广，并且取得了一定的突破性进展。例如，美国波音公司研制的波音系列飞机就是运用数字化三维装配技术参与设计研发的范例。其在产品研发阶段建立产品三维模型，运用三维装配技术，生成了产品三维装配工艺规划；同时，在产品现场生产装配线中，产品装配作业工人能够清晰地参照产品三维装配工艺和产品装配看板提供的产品装配示例进行产品工艺装配，这将大大提升了产品装配效率和装配质量，从而提高了企业效益，促进了企业的发展。目前，现有研发的三维装配CAPP技术还是处于初级进程，其在制造业中的运用为数不多，通过在制造业企业中的应用，主要实现了以下价值：提升产品上市速度：在产品设计到产品交付的过程中，通过采用数字化预装配进行装配工艺规划，可以帮助企业通过装配过程的模拟分析，尽早的发现和解决装配过程中出现的问题，同时，可以优化装配方案，为设计与工艺、制造的并行提供了条件，从而大大提高了装配设计、现场工艺装配的工作效率，缩短了工艺产品交付期，提高企业竞争力。提高装配质量：通过三维装配仿真，模拟和预估产品装配性能以及可装配配件来及早的发现并更正潜在的装配冲突与缺陷，同时，在实际现场装配中，装配操作人员可以通过装配看板提供的示例，清晰地按照装配工艺和看板提供的示例进行工艺装配。降低成本：通过数字化装配模拟的方式验证和优化装配工艺，能够有效的减少实物打样成本；通过装配仿真动画输出，能够使现场装配过程、装配要求清晰直观地展示出来，从而可以保证产品的装配质量，降低对装配作业人员的技术技能要求，得以控制人工成本，提高企业效益。优化售后服务：可以帮助用户快速形成动态、直观的产品维修手册和用户培训教材，以动画的形式去帮助企业用户快速熟悉使用方法和维修过程，从而可以降低企业服务成本，提高了客户满意度。第3节 KM3DCAPP-A优势在国内外众多三维装配工艺软件系统的相对于其他三维装配软件系统，KM3DCAPP-A具有以下几大强大的优势。1、 深厚的行业底蕴：作为目前国内基于产品制造生产工艺数字化技术的领导者，研发出国内第一个三维装配CAPP软件系统，拥有航空、航天、船舶、汽车、装备、工程机械等行业的企业客户众多客户。 二、国内首创产品：花费多年心血研制与开发的KM3DCAPP-A，其是国内第一个三维装配CAPP软件系统，推动了产品二维研发与制造到三维研发与制造的步伐，谱写了装配工艺规划的新篇章。 三、专业的装配工艺规划：通过与国内现有装配工艺的基本情况，通过三维装配技术，使制造业企业能够进行产品工艺三维装配过程工序与工步可视化的规划、仿真等等。并能够将产品工艺的三维装配过程输出到产品装配车间进行指导生产。 四、强大的集成能力：通过软件系统提供的集成接口，能够与CAPP、PDM、MES等系统完整集成在一起，打造企业完整产品研发设计到装配生产制造通畅的信息流，打通了产品工艺研发设计与产品制造生产以及产品数据信息管理的全三维可视化技术障碍。 五、简单易用：产品装配工艺人员不需要会操作三维设计软件，只要了解产品的装配工艺，就可轻松使用KM3DCAPP-A进行装配工艺规划。第四节 KM3DCAPP-A行业应用一、KM3DCAPP-A在航空航天行业的应用（一）应用需求航空航天行业的产品具有复杂的结构、数量众多的零部件、装配精度要求较高等特点，传统的装配工艺设计具有用表格和文字难以清晰表示装配工艺、不能事先对装配质量进行分析等问题。故，其主要有下面几种方面的需求：（1）在三维装配CAPP中能够显示完整的产品装配结构，可以浏览产品三维模型。 （2）在三维装配CAPP装配视图下，可灵活地定义装配步骤、装配活动等，并生成能指导现场生产的动画文件。 （3）与二维CAPP表格集成。（二）实施方案（1）产品三维模型的导入和产品装配结构的管理。 （2）产品装配工艺过程中的工艺规划。 （3）装配过程仿真（含干涉等工艺性评价）。 （4）装配工艺输出（包括与二维CAPP集成输出工艺表格和生成三维动画）。（三）应用效果（1）通过专业的装配工艺设计工具进行装配路径的规划，从而提高工艺装配设计的效率；通过三维装配工艺的仿真、可行性分析、装配工艺过程的优化，大幅度提升了产品工艺研发设计的质量。（2）通过在三维环境下动态显示装配过程，能够让产品工艺装配过程更加直观、产品生产线装配人员能够更容易明白装配工艺步骤，大幅度提高了装配人员的装配效率和装配质量。二、KM3DCAPP-A在电子行业的应用（一）应用需求（1）实现产品三维模型信息的导入和轻量化处理。（2）在EBOM及CATIA模型基础上，能够进行产品三维装配工艺研发设计，并且能够在产品三维装配工艺研发设计后生成GXK格式工艺文件。（3）实现现场三维装配工艺的浏览。（4）实现在工艺管理系统中进行三维装配工艺的管理，包括创建、编辑、检入、检出、签审和批量导入导出等，能够与MES、ERP系统集成在一起应用。（二）实施方案（1）产品三维模型的导入和产品装配结构管理。（2）产品装配工艺过程中的工艺规划。（3）装配过程仿真、分析。（4）装配工艺输出。（三）应用效果（1）专业的装配工艺规划和仿真、验证分析，大大提高了装配工艺设计的效率和质量。（2）“所见即所做”的三维仿真装配和拆卸，大幅度提升了产品现场工作人员装配效率和装配质量。（3）基于PDM平台的模型数据网络化管理，能够保证产品数据信息的共享性、唯一性、访问权限、流程、更改等得到很好的管理。第五节 章节小结KM3DCAPP-A是将国内制造业中传统的产品装配工艺规划中所包含的内容用三维仿真技术展示的一种全新产品研发设计与制造生产的三维装配CAPP技术。通过借助三维数字化产品模型，利用目前的计算机技术、信息技术以及人工智能技术，再利用虚拟仿真技术等手段，用以规划与仿真产品的研发设计装配工艺过程，并能够输出装配工艺信息到装配生产制造现场进行指导。其能够有效地解决传统的产品装配工艺研发设计依靠作业人员的工艺装配经验和知识，以及产品研发设计困难、产品优化程度不足等现存问题。第四章 双变总成装配工艺仿真及应用本课题采用KM3DCAPP-A软件系统进行某型号装载机双变总成的装配工艺设计研究，目前的双变总成装配工艺研发设计效率不高、现场生产线装配效率不高，通过KM3DCAPP-A软件系统将传统的产品装配工艺设计中所体现的内容，进行三维仿真，并输出到现场生产线进行装配指导。能够有效解决目前产品现场生产装配线与产品研发设计等存在的问题。第1节 目前双变总成装配工艺状况及分析一、双变总成传统工艺状况目前关于某双变总成的部分传统装配工艺如图4-1所示、如图4-2所示、如图4-3所示、如图4-4所示：图4-1 图4-2图4-3 图4-4 二、工艺分析根据目前某双变总成传统装配工艺分析，可以了解到目前存在以下的问题。（一）目前二维工艺卡片主要采用EXLCE、WORD、二维CAPP等方式编制，对工艺产品装配的细节描述不直观和不完整，增加了作业人员的产品装配作业的难度。（二）目前作业人员在编制产品工艺的时候很难预计装配过程中装配环境的变化，比如产生装配干涉和不合理的现象，降低了作业人员的工作效益。（三）目前装配人员的基础技能培训只能参照图纸讲解和培训平台的展示，这样的培训不仅培训周期长，而且也不利于员工的自主学习，同时占用了大量的人工成本和场地、展板等费用，降低了企业的效益。（四）目前Cero软件不具备工艺文件概念，对工艺数据、工艺规划、工艺资源、工艺输出、集成等缺乏相应支持。（五）目前Cero软件不可直接生成可以直接用于指导生产的工艺文件，其生成的工艺文件不具备作为工艺文件使用的条件。第二节 3DCAPP-A工艺仿真工艺产品的三维模型包含了产品的三维尺寸、公差、质量、位置关系等综合信息；在产品工艺装配制造过程中除了需要涵盖产品设计的信息外，还需要涵盖产品零部件的装配顺序及其过程、装配方法、工艺装备、关键质量控制要素、生产安全及法规等更全面的信息。两者相比，具有前后的继承性，同时也有相辅相成的性质。工艺产品的三维模型为三维装配工艺提供了必要的基本零部件信息，而工艺产品的三维装配工艺设计过程也是对工艺产品设计的可行性验证，形成反馈环节，提供了客观的优化策略，促进零部件和三维模型的改进。因此，三维装配工艺的生成需要建立在三维设计模型及传统的工艺方法的基础上。本课题基于武汉开目信息技术有限责任公司研发的3DCAPP-A三维装配仿真技术，以某型号装载机双变总成的典型装配制造工艺为基础上研究三维装配工艺的生成，从而验证计算机三维装配工艺研发模式的优越性。主要实现步骤如下:一、 三维模型与轻量化过程提取工艺产品三维模型中装配工艺必须的产品零部件的质量、材料、零件号、零件名称、尺寸及其公差、相对位置、装配关系等工艺产品信息，将从产品到零部件的所有元素包含的制造信息分化，同时减轻计算机的三维计算负担，如图4-5所示，如图4-6所示，如图4-7所示，图4-8所示。图4-5 产品三维模型图4-6 双变总成三维模型轻量化图4-7 轻量化后的文件图4-8 导入3DCAPP-A中的模型二、 装配工序生成经过拆分处理之后的装配体单元中零部件与产品之间，零部件与零部件之间，零部件与工艺信息之间的关系都可在KM3DCAPP-A软件中得到清晰的呈现，装配技术人员可以根据计算机呈现的三维视角、专家的经验及模拟过程，合理规划工序之间的先后顺序，指导生工序、工步的生成。经过实践试验证明，这样的产品装配工艺工序生成方法更能提高产品装配工艺设计者在装配产品工艺之间的可行性、合理性设计上全方面的把控能力，提升了工艺设计者设计的工艺可行性。其划分后的结构树型图如图4-9所示。图4-9 三维装配工序、工步结构树规划三、 零部件组件的划分产品零部件的划分是装配工艺产品活动中的重要组成部分，直接影响装配物流配送的准确率以及有效性。由于各工序（工位）划分的零部件组件繁多的特点，传统的工艺需要人工区分，出错率居高不下，同时，在工艺变更后更是增加了作业人员很多的无效工作作业时间，降低了作业效率。而在计算机辅助设计的环境下，技术人员仅仅需要根据装配工序划分以及工步作业内容涉及的零部件组件进行划分即可由计算机自主生成组件划分方案，消除了作业人员梳理零部件的作业时间，提高了作业效率，如图4-10所示。图4-10 零部件组件的划分四、 装配工艺三维仿真计算机三维仿真支持技术人员对三维产品模型的实际装配过程任意角度的观察以及展示，本课题以某型号装载机的双变总成的装配工艺为基础，进行产品装配工艺过程的三维仿真设计研究。在计算机虚拟仿真环境下可直观的演示与展示双变总成的装配过程中零部件之间的空间关系，超前地呈现产品的装配过程，并能自主预知产品在实际生产制造过程中产生的干涉、装配顺序不可逆以及装配结构设计不合理性等方面的问题。并能够及时反馈给产品研发设计者，使研发设计者及时发现问题并采取更改措施，实现装配工艺与产品研发设计的同步进行，减少了产品制造的成本风险系数，减少工艺产品研发的周期，加快工艺产品的上