虚拟制造中的装配顺序规划

虚拟制造中的装配顺序规划

虚拟制造技术虚拟制造是新世纪制造业发展的重要方向之一，是计算机对现实制造过程的本质的实现。它能在虚拟状态下设计、制造、测试和分析产品,从而更迅速、更有效地进行产品开发和制造虚拟制造可以简单地理解为“在计算机内制造”,通过应用集成的、用户友好的软件系统生成“软样机”,对产品、工艺和整个企业的性能进行仿真、建模和分析。虚拟制造包括:虚拟设计、虚拟装配和虚拟加工过程。虚拟装配是虚拟制造的关键组成部分之一,它通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真,评价和预测产品模型,作出与装配相关的工程决策,不需要实际产品作支持。它通过统一的产品数据管理实现产品三维设计过程与产品零部件制造、装配过程的高度统一。虚拟装配技术主要包括虚拟装配建模方法、装配顺序规划、装配干涉检验技术和装配仿真技术。下面着重从装配顺序规划加以阐述:1、配线装置条件的求解装配顺序规划实质上就是在各种几何约束条件及工艺约束条件的制约下,求解出满足各种约束条件、性能优良的装配顺序。装配顺序是装配规划最基本的信息,产品中零件之间的几何关系、物理结构及功能决定了产品的装配顺序。1.1装配顺序规划根据产品中各部分的功能,将产品结构逐级细化,初步确定装配结构与装配顺序;使用拆卸顺序法获得零件组的装配顺序;对装配零部件结构逐级归纳与总结,最终得到产品的装配顺序。在进行装配顺序规划时,根据产品的分层状况,最低层可采用人机交互形式分析;其它各层采用人工分析形式较为简便。1.2装配件顺序规划(1)基于可拆卸法的装配顺序生成原理,以装配模型层次划分与子装配体为基础,引入各个层次的主矢方向干涉矩阵。干涉矩阵表示如下(仅以X向主矢干涉矩阵为例):建立干涉矩阵规则如下,(1)通过分析装配模型的具体结构采取相对的简化形式,以简化干涉矩阵的形式和降低装配顺序规划的搜索难度。(2)将子装配体视为独立的装配件。(3)在建立的三个主矢方向矩阵中,矩阵元素(eij﹑fij﹑gij)分别表示装配件与装配件j在该主矢方向上的装配干涉关系。(2)根据模型的具体装配情况,从三个主矢方向干涉矩阵中选择主要干涉矩阵,其余的矩阵可作为参考干涉矩阵。(3)在各层干涉矩阵中,存在i行的行向量全为零时,优先拆卸装配件i,并记录。并划去三个主矢方向矩阵的i行与i列,生成新矩阵。仍使用上述方法对新矩阵的进一步处理,依次得到该层的拆卸顺序。(4)逐级确定主要干涉矩阵与参考干涉矩阵,逐级生成新矩阵,直到剩下最后一个装配零件的元素为止,从而确定出装配体的拆卸顺序。(5)对层次模型的拆卸分析时,可选择“自上而下”式或“自下而上式”。(6)获取每一层模型的装配顺序信息后,该层模型(子装配体)再参加上一层模型的装配顺序规划研究。或者对下一层模型的自装配体按上述方法操作,获得拆卸顺序。重复上述过程,直至最终完成装配模型的顺序规划。2、拆卸法的应用锡锭连铸机组搭锭机构应用此方法,通过引入三个主矢装配干涉矩阵,仅采用普通的规划过程,即可得搭锭机构模型的装配顺序。2.1堆垛机组搭锭机构锡锭连续铸造机组是专门用于生产重熔锡锭的集机、电、光、液和气于一体的自动化成套冶金生产线。在PLC程序控制下,锡锭连续铸造机组可自动化完成锡锭的铸造、冷却、堆垛、打包和成品运输等生产工序。锡锭连续铸造机组主要由铸造机组、冷运机组和堆垛机组组成。堆垛机组的搭锭机构由两块滑道板﹑两块支持板﹑气缸﹑两根滑动轴﹑三根滚动轴﹑六个深沟球轴承﹑四个轴向档圈两根连接轴﹑四个内六角螺钉和四个弹簧垫圈组成,其中,气缸轴与滑动轴6存在螺纹连接,搭锭机构由内六角螺钉连接与整列机相连接。在搭锭机构的协助下,在锡锭搭接过程中,气缸根据信号将支持板架的相关零部件迅速抬起,使得偶数块锡锭作适当抬高以实现与奇数块铝锭(锡锭1、3或5)的物理轮廓相结合,从而实现顺利搭接和锡锭整列﹑进一步提高了锡锭连铸生产线的稳定性与可靠性。利用Pro/E软件中的mechanism模块建立机构的装配模型如图1所示。2.2模型的装配顺序按照上文所述,对装配模型逐层构建主矢方向矩阵。可以观察到在装配模型的第三层中,三个子装配体的装配情况相同(子装配体由滚动轴与两个深沟球轴承构成);四对螺纹连接情况相同(使用弹簧垫圈增加预紧力,内六角螺钉与连接轴相连);两个连接轴的装配情况相同;两个滑动轴的装配情况相同。在建立主矢方向矩阵时,可以选取1(支持板1)、2(支持板2)和子装配体c(滚动轴及两侧轴承)、6(右滑动轴)、9(右连接轴)以及9的联接件p1(右侧螺钉与弹簧垫圈)和m2(左侧螺钉与弹簧垫圈),以简化主矢方向矩阵形式。根据模型中装配零部件的拆卸干涉状况,建立模型的第三层三个主矢方向矩阵如图2所示。考察装配模型的零部件位置分布与零部件的拆卸方向,选择模型第三层中X向主矢干涉矩阵为主要顺序搜索矩阵,Y向与Z向主矢干涉矩阵为参考搜索矩阵。在该层X向干涉矩阵中,由于装配件p1的行向量皆为0,可优先拆p1,并划去X向、Y向与Z向主矢干涉矩阵中p1的行向量与p1的列向量。新X向主矢干涉矩阵中,装配件3的行向量为0,则拆去3,并划去新X向、Y向与Z向主矢干涉矩阵中3的行向量与3的列向量。使用该划分方法,将该层主矢干涉矩阵逐步拆分到最后一个装配件。采取同样的方法可依次确定第二层及第一层的拆卸顺序第三层的拆卸顺序为:p1→1→(c,6)→p2→9→2。装配顺序应与拆卸顺序相反,则装配顺序应为:2→9→p2→(c,6)→1→p1。其中,第三层子装配体c的装配顺序为深沟球轴承(左侧)→滚动轴→深沟球轴承(右侧);弹簧垫圈与内六角螺钉的装配顺序为弹簧垫圈→内六角螺钉。第二层装配顺序为:第二级子装配体→5(气缸)。同理,第一层装配模型的装配顺序为:第一级子装配体→轴向档圈→滑动板。最后,综合以上各层次中装配模型零部件的装配顺序,可得搭锭机构的装配顺序。3、零件满足装配顺序约束若零件装配和拆卸互为可逆过程,则可通过求解零件的拆卸顺序来得到零件的装配顺序。拆卸法求解装配顺序的优点是若判定某零件满足拆卸条件,则该零件一定满足序列约束。但装配过程中某一阶段