proe的虛擬組合夾具

2013-07-19 by:廣州ProE/Creo培訓中心來源:仿真在線

proe的虛擬組合夾具

由于現代經濟和技術發展迅速,機械工業也發生了很大變化,這種變化的特點是新產品開發快,產品的品種、系列和規格愈來愈多,形成了多樣化的特點。新產品更新換代的速度加快,用戶要求的交貨期愈來愈短。在生產類型中,大批大量生產的比例下降,中小批量生產的比例增加。市場競爭激烈,產品即要質量好,又要成本低。現代機械加工業的發展,數控機床為基礎的現代柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(FMS)需要一種性能可靠、裝配時間短和靈活快速的夾具,并最終實現自動組裝。

然而,多年來,對組合夾具的設計和組裝,由于時間、環境條件的限制,總體設計與系統結構只能串行不能并行。夾具工藝師對工件的定位、裝夾設計主要依賴經驗,定性分析較多,定量分析較少,且計算復雜,同時缺乏必要的優化設計,設計的圖樣不夠直觀。在裝夾過程中,工人要認真消化圖樣,設計過程前期的潛在問題,在總裝時匯總,達不到預期的效果,甚至造成返工。設計過程中的裝配干涉問題,無法在設計中提前發現,造成工人的勞動強度增大,已經很難適應當今快速、多樣化的制造需求。這一特點為計算機輔助裝配系統的研制與開發,提出了亟待解決的問題。同時該系統的成功應用將為中小企業帶來更大的經濟效益和社會效益。在計算機逐步普及的過程中,二維繪圖CAD軟件在產品研制過程中,深入到設計、工藝過程的各個環節,使設計人員徹底甩掉圖版,從繁瑣的重復勞動中解放出來,大大縮短了研制周期。現在,大量三維實體造型軟件崛起,如proeNGINEER、UG、SolidWorks、Solid Edge等,推動了設計領域的新革命,由于這些三維軟件,不僅可創建三維實體模型,還可利用設計出三維模型進行模擬裝配和靜態干涉檢查、機構分析、動態干涉檢查、動力學分析、強度分析等。同時由于組合夾具的組件全部是標準件,而且數量有限,易于儲存和檢索,使利用proeNGINEER建立組合夾具站成為可能。

2、組合夾具標準組件庫的建立

    2.1 組合夾具庫的結構
    組合夾具基本組件數量繁多,為便于歸類和方便檢索標準件,將組合夾具進行分類,每一類型中又包括多個品種,每個品種中又有不同的規格。
    2.2 用proeNGINEER建立組件庫
    proeNGINEER三維元實體造型功能非常強大。簡單的組件如基礎板、壓板等,用拉伸、切割、打孔、加強筋、倒角等直觀指令即可實現,而對一些型面復雜的零件,如彈簧、螺栓等,用高級功能的旋轉掃描變截面掃描等來完成,也很方便快捷。所有這些設計都成為單一特征,在開發建立夾具站的全過程中可以修改。對組合夾具組件來說,同一類型中的組件,其形狀相似,用proeNGINEER中的族表功能會事倍工半。

proeNGINEER中的族表(Family table)是本質上相似的零件(或組件、特征)的集合,但在一兩個方面稍有不同,諸如大小或詳細特征。對于重復性高、相似性大的零件(如螺絲、扳手等)或者標準件,不需要每個規格都建立一個零件,而可以使用一個原始樣本零件(Generic part)及一族表(Family table),即可代表無數個零件。任何時候,只要調出族表內任一個零件的名稱,即可自動產生一個照族表所示尺寸比例的零件。

族表提高了標準化組件的用途。它們允許在proeNGINEER中表示實際的零件清單。同時,族使得組件中的零件和子組件容易互換,因為來自同一族的實例互相之間可以自動互換。下面,以方形基礎板為例說明創建零件庫的操作步驟。

1)按照組合夾具標準,創建方形基礎板的原始樣本三維模型。

(2)進入【Part】/【Modify】→【DimCosmetics】→【Symbol】,修改相應零件尺寸的數字元記號。

簡式方形基礎板原始樣本組件

相應符號對照

(3)定義尺寸關系式。具體為:【Part】/【Ralations】→【Add/Edit...Rel】定義、編輯尺寸關系式,限制零件形狀,如DL1=D1/2等。

(4)將尺寸及特征加入標準零件庫。具體為:【Part】/【Family Tab】→【Add/delete the table columns】圖標 →加入特征尺寸符號→【OK】。

(5)建立標準零件數據庫。具體為在規格較多的情況下,進入Excel進行編輯零件的零件表內容,有效管理零件,產生子零件,如圖4所示。

(6)檢查子零件,存儲此基礎板零件庫。以類似的方法可以建立所有組合夾具的標準組件,形成組合夾具標準組件庫,以便調用。

    2.3 組合夾具動態虛擬裝配
    加工工件在組合夾具上的定位夾緊和最終裝配是設計的關鍵部分,要把工件合理準確地組裝到位并不容易。而虛擬裝配(VA)是產品數字化定義中的一個重要環節。在對部件或整體進行有限元分析或動態分析之前,要將它們先裝配起來。其內涵就是在計算機上完成產品零部件的實體造型,進行計算機裝配、干涉分析等多次協調的設計過程,并通過統一的產品數據管理實現三維設計過程與產品零部件制造、裝配過程的高度統一。基于proeNGINEER平臺的動態虛擬裝配模塊很好地解決了這一問題,建立組合夾具組件庫后,允許設計人員用粘貼、插入、對齊、同向等直觀命令來完成裝配設計。proeNGINEER完成這項工作非常方便,只須定義出工件與各組合夾具組件之間的關系,系統就會根據給出的約束關系,將工件和夾具組件自動安裝到位。如果改變原有設計,與其相關的夾具組件位置就會自動改變。夾具組件的尺寸可以在裝配中加入關系或進行約束。零件的高級功能則支持大型、復雜的裝配,復制功能提供用戶坐標系為基準,平移或旋轉復制零部件。下面以圖5所示的加工管接頭外圓為例,說明其組合夾具的裝夾過程
(1) 分析零件結構,確定定位面和夾緊位置。
    (2) 虛擬裝配。具體為:【File】/【New】→【Assembly】→不選【Use default template】→【OK】→選mmns-asm-design→【OK】進入裝配環境。
    (3) 【Assembly】→【Component】→【Assemble】→從組合組件庫中調出需要的組件,依次類推,進行工件的裝配。最終此工件的組合夾具裝配體建成(如圖6所示)。
    本夾具采用環抱式結構,是車床夾具一種比較典型的六點組裝法結構,這種結構的特點是結構剛度好,定位精度穩定,組件分布較均勻,偏重小,有利于減少簡單平衡塊的數量,從而減輕夾具的重量。

2.4 裝配體的分析(Analysis)
對夾具裝配體的結構、大小和轉動慣量等的分析是總體設計的重點之一,傳統的設計過程中,裝配體的大小、質量、質心、轉動慣量只能靠手工計算,大多數情況只是依靠經驗,準確度不宜保證,給總體設計帶來困難。使用proeNGINEER軟件,使得裝配間隙的調整和裝配干涉的檢查變得更加準確、直觀、快捷,尤其是對于檢驗設備不能接近的部位,間隙也能得到控制,使干涉問題消除在方案階段。

圖6 車接頭外圓夾具

首先在菜單【Model】→【Part】→【Set up】→【density】的提示行,給出材料密度,并且在菜單【Model】→【Part】→【Set up】→【Units】下定義質量、長度單位。進入【Analysis】主菜單,可以對距離、模型、曲線、曲面等進行實時分析。例如,進入【Analysis】 →【Measure】對話框的(Type)中選擇距離、角度、面積等基本幾何參數,進行測量。進入【Analysis】 →【Model Analysis】對話框的(Type)中對質量屬性分析、模型截面質量分析、單邊體積計算、兩特征間公差分析、兩組件間公差分析、曲面與實體間的干涉分析、兩組件間干涉分析、邊的長度分析、邊的種類分析、厚度分析。其中【Analysis】 →【Model Analysis】→【Assembly Mass properties】可以實時顯示體積、表面積、平均密度、質量、質心、相對與坐標系的轉動慣量、相對與質心的轉動慣量、主轉軸慣量等。【Analysis】 →【Model Analysis】→【Global Interference】,可以檢查零件的干涉情況,選取干涉屬性時,干涉的零件會自動變亮色,以確定對其修改。

對不合理的組件進行調換,不合理的位置進行修改,由proeNGINEER的全相關性決定了,對組件的尺寸、大小、規格稍作變化,其裝配體會相應更改,直到完全滿足設計要求。

2.5 爆炸圖和工程圖的生成
當然,在虛擬裝配完全滿足性能要求后,為建立一套直觀的指導組裝工人的實際組裝文件,首先在裝配圖上,可采用3D爆炸形式,動態模擬整個裝配體從組件到形成裝配體的安裝過程和安裝方式。拋棄傳統的圖樣方式,使裝配更具有空間感和方位感。裝配體的工程圖制作變得較為簡單,在菜單上指定一個命令就能立即完成,對于較為復雜的組裝圖,簡單的向視圖不能清楚表達裝配關系時,作必要的剖面,完成工程圖時,選擇這些剖面作出主視、向視、投影、局部放大、旋轉、展開等種類視圖。同時能將三維組裝模型作為獨立視圖,縮放后放于圖樣右上角,大大提高了工程人員的閱讀速度,作為三級審簽的校對、審核、批準也省去了圖面檢查時間,可以投入更多的精力進行功能性審查,同時也克服了非專業人員溝通的困難。proeNGINEER能將圖樣的低級錯誤率降到最低。圖7為自動生成的管接頭組合夾具二維工程圖。

管接頭組合夾具二維工程
管接頭夾具出配明細

2.6 信息的提取和實際裝配
傳統的組合夾具設計中,夾具工藝師對組合組件的信息統計費事費時,而proeNGINEER平臺上,在視圖完成后,自動地完成零件數量的統計和明細表的填寫等相關信息,為組裝工人建立指導性文件,使實際組裝更加條理化。在主菜單【Info】列表中,可以顯示出特性信息裝配體模型的所有組成組件特征主從關系模型尺寸等。例如【Info】→【Model】→【Top level】→【Apply】,可以列出裝配順序主從關系基本尺寸等,建立基本信息明細表,工藝師可以編輯明細表,為組裝工人提供組裝依據,圖8為提取的以上管接頭夾具裝配體的部分資料。

最后是組裝工人依靠建立的三維裝配模型、爆炸圖、二維視圖、信息明細表進行實際裝配。
3、結束語

proeNGINEER智能化的三維軟件為夾具設計帶來方便,也為機械行業帶來更大效益。由以上方法建立的夾具站已初步用于生產加工中,顯示了強大的使用價值。當然這種方法也適合于專用夾具設計,隨著機器人的發展,組合夾具的實際裝配更趨于自動化,由proeNGINEER設計完成裝配體后,建立的裝配信息控制機器人自動裝配,工人工作量減到最低,可以使裝配技術更加適合現代制造的需要。

proe與CAD/CAM軟件之間的圖樣轉換

proeNGINEER是一套具有優秀的三維造型功能、強大的參數化設計和統一數據庫管理等特點的CAD/CAM軟件,而AutoCAD有完善的二維工程圖樣設計功能。因而,結合proeNGINEER的特點進行產品的三維參數化設計,利用AutoCAD強大的二維繪圖功能,進行圖樣的處理和方案保存,是一種可行而有效的方法。又如,MasterCAM在中小型模具制造企業中應用較普遍,但其CAD部分功能相對較弱,進行復雜曲面、實體造型時較困難。因而,可以結合

proeNGINEER的特點進行產品的參數化實體設計,再導入MasterCAM中進行NC程序的編制。

2 圖樣轉換可行性

IGES(Initial Graphics Exchange Specification)、DXF(Drawing eXchange File)圖形交換文件格式是proeNGINEER、MasterCAM、UG和AutoCAD都支持的文件格式,它們是具有專門格式的順序文件,可以用各種編輯軟件進行編輯,也可以用高級語言來讀寫。IGES、DXF文件在四種設計軟件中均具有操作簡易性和雙向性的特點,這使得proeNGINEER與MasterCAM、AutoCAD、UG之間圖樣的相互轉換成為可能。

3 圖樣轉換的實現

3.1 proeNGINEER與MasterCAM 3D圖樣轉換

3.1.1 proeNGINEER圖樣導入MasterCAM實現過程

(1) 在proeNGINEER中打開要輸出的文檔。

(2) 單擊“File→Export→Model→IGES”,輸入文件名,然后單擊“√”,彈出“Export IGES”對話框(如圖1所示)。

圖1 輸出IGES格式文件對話框

(3) 在Export IGES對話框中進行相應參數設置,默認項“Surfaces”是將proeNGINEER的3D模型輸出為曲面數據;“Wireframe Edges”項僅輸出3D模型的邊界線;“Datum Curves and Points”項僅輸出3D模型上的點和曲線資料。利用“Quilts”按鈕選擇3D模型上的曲面,可以僅輸出含有該曲面的IGES數據。在完成相應參數設置后,單擊“Ok”,文件轉換完畢。

(4) 開啟MasterCAM,單擊“File→Converters→IGES→Read File”,打開上一步轉換生成的IGES文件,系統彈出“IGES Read Parameters”對話框(如圖2所示),在對話框中采用默認值或進行相應參數設置后,單擊“Ok”,即完成文檔導入。

圖2 輸入IGES格式文件對話框

3.1.2 MasterCAM圖樣導入proeNGINEER實現過程

(1)在MasterCAM中打開要輸出的文檔。

(2)單擊“File→Converters→IGES→Write file”,輸入文件名,指定文件存放目錄,完成IGES格式文件的轉換。

(3) 開啟proeNGINEER,單擊“File→Import→Creat New Model”,選擇上一步轉換生成的IGES文件,單擊“Ok”,系統彈出“Import New Model”對話框(圖3)。

圖3 輸入新模型對話框

(4)在對話框中采用默認值或進行相應參數設置后,單擊“Ok→Close”,即完成了文檔導入。

3.2 proeNGINEER與 AutoCAD工程圖樣轉換

3.2.1 proeNGINEER圖樣導入AutoCAD實現過程

(1) 在proeNGINEER中打開要輸出的工程圖文檔。

(2)單擊“File→Export→Model→DXF”或“DWG”, 輸入文件名,然后單擊“√”,既完成了文件轉換。

(3)開啟AutoCAD2000(簡體中文版),單擊“文件→打開”,選擇上一步轉換生成的DXF或DWG文件,單擊“打開”,即完成了工程圖文檔導入。

3.2.2 AutoCAD圖樣導入proeNGINEER實現過程

(1)在AutoCAD中,將要輸出的工程圖文檔存為DXF格式文檔。

(2)在proeNGINEER中新建一個工程圖文檔,然后,在工程圖中單擊“File→Import→Append To Model”,選擇上一步生成的DXF格式文檔,單擊“Ok→Yes”,完成工程圖文檔的導入。

3.3 proeNGINEER與 UG 3D圖樣轉換

3.3.1 proeNGINEER圖樣導入UG實現過程

(1)在proeNGINEER中完成IGES格式文件的轉換(轉換方法前面已詳細介紹)。

(2) 開啟UG軟件,單擊“File→Import”,完成圖樣的轉換。

值得注意的是,當在NT平臺上將IGES文件轉換到UG軟件中時,有時會發生錯誤,錯誤的原因有很多,而IGES文件格式不對是最經常發生的錯誤原因,可用NOTEPAD 打開IGES 文件來進行判定。產生這種錯誤最根本的原因是該IGES文件是UNIX文件格式,與MS-DOS文本文件格式有差異。所以必須首先將UNIX格式的IGES文件轉換成MS-DOS文本文件格式,然后再導入UG軟件。轉換方法有以下三種: 其一是在UNIX環境下, 利用UNIX相應的命令,將UNIX格式的IGES文件轉換成MS-DOS文本文件格式;其二是在WINDOWS2000環境下,利用Write命令打開IGES文件,將其另存為MS-DOS文本文件格式;最后一種方法是在WINDOWS NT4.0環境下,利用ULTRAEDIT打開IGES文件,將其另存為MS-DOS文本文件格式。

3.3.2 UG圖樣導入proeNGINEER實現過程

(1)UG的3D圖樣可以被轉換為IGES格式文件,這個轉換過程可以在UG內部用“File→Export”進行操作;也可以在外部選擇“開始→程序→Unigraphics NX→Translators”來進行,但如果是在外部進行轉換,則不能選擇輸出文件的路徑, 因為外部轉換程序在運行時,根據變量HOMEDRIVE/HOMEPATH來決定輸出文件所在路徑。如你希望的輸出路徑為“H:\ug_parts”,必須定義HOMEDRIVE為“H:”,定義HOMEPATH為“\ug_parts”,如操作者沒有改變這兩個變量,則輸出的文件存入系統默認路徑。要改變這兩個變量的設置,可選擇“我的電腦-屬性-高級-環境變量”,在“環境變量”對話框中,選擇“新建”來設置或選擇編輯來修改。當重新執行轉換時(即重新選擇一次轉換程序),新變量才起作用。

(2)將IGES文檔導入proeNGINEER軟件的方法前面已有詳細講述。

實踐證明,在具有相應許可的情況下,熟練掌握運用proeNGINEER與MasterCAM、AutoCAD、UG之間圖樣的相互轉換,對于提高設計、編程效率是大有益處的。

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