proe的虛擬組合夾具

2013-07-19 by:廣州ProE/Creo培訓(xùn)中心來源:仿真在線

proe的虛擬組合夾具

由于現(xiàn)代經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展迅速,機械工業(yè)也發(fā)生了很大變化,這種變化的特點是新產(chǎn)品開發(fā)快,產(chǎn)品的品種、系列和規(guī)格愈來愈多,形成了多樣化的特點。新產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快,用戶要求的交貨期愈來愈短。在生產(chǎn)類型中,大批大量生產(chǎn)的比例下降,中小批量生產(chǎn)的比例增加。市場競爭激烈,產(chǎn)品即要質(zhì)量好,又要成本低?，F(xiàn)代機械加工業(yè)的發(fā)展,數(shù)控機床為基礎(chǔ)的現(xiàn)代柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(tǒng)(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(xiàn)自動組裝。

然而,多年來,對組合夾具的設(shè)計和組裝,由于時間、環(huán)境條件的限制,總體設(shè)計與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只能串行不能并行。夾具工藝師對工件的定位、裝夾設(shè)計主要依賴經(jīng)驗,定性分析較多,定量分析較少,且計算復(fù)雜,同時缺乏必要的優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計的圖樣不夠直觀。在裝夾過程中,工人要認(rèn)真消化圖樣,設(shè)計過程前期的潛在問題,在總裝時匯總,達不到預(yù)期的效果,甚至造成返工。設(shè)計過程中的裝配干涉問題,無法在設(shè)計中提前發(fā)現(xiàn),造成工人的勞動強度增大,已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)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(tǒng)的研制與開發(fā),提出了亟待解決的問題。同時該系統(tǒng)的成功應(yīng)用將為中小企業(yè)帶來更大的經(jīng)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(chǎn)品研制過程中,深入到設(shè)計、工藝過程的各個環(huán)節(jié),使設(shè)計人員徹底甩掉圖版,從繁瑣的重復(fù)勞動中解放出來,大大縮短了研制周期?，F(xiàn)在,大量三維實體造型軟件崛起,如proeNGINEER、UG、SolidWorks、Solid Edge等,推動了設(shè)計領(lǐng)域的新革命,由于這些三維軟件,不僅可創(chuàng)建三維實體模型,還可利用設(shè)計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學(xué)分析、強度分析等。同時由于組合夾具的組件全部是標(biāo)準(zhǔn)件,而且數(shù)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(biāo)準(zhǔn)組件庫的建立

    2.1 組合夾具庫的結(jié)構(gòu)
    組合夾具基本組件數(shù)量繁多,為便于歸類和方便檢索標(biāo)準(zhǔn)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(guī)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(chǔ)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(xiàn),而對一些型面復(fù)雜的零件,如彈簧、螺栓等,用高級功能的旋轉(zhuǎn)掃描變截面掃描等來完成,也很方便快捷。所有這些設(shè)計都成為單一特征,在開發(fā)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(zhì)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(xì)特征。對于重復(fù)性高、相似性大的零件(如螺絲、扳手等)或者標(biāo)準(zhǔn)件,不需要每個規(guī)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(shù)個零件。任何時候,只要調(diào)出族表內(nèi)任一個零件的名稱,即可自動產(chǎn)生一個照族表所示尺寸比例的零件。

族表提高了標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)板為例說明創(chuàng)建零件庫的操作步驟。

1)按照組合夾具標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)建方形基礎(chǔ)板的原始樣本三維模型。

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

簡式方形基礎(chǔ)板原始樣本組件

相應(yīng)符號對照

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

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

(5)建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫。具體為在規(guī)格較多的情況下,進入Excel進行編輯零件的零件表內(nèi)容,有效管理零件,產(chǎn)生子零件,如圖4所示。

(6)檢查子零件,存儲此基礎(chǔ)板零件庫。以類似的方法可以建立所有組合夾具的標(biāo)準(zhǔn)組件,形成組合夾具標(biāo)準(zhǔn)組件庫,以便調(diào)用。

    2.3 組合夾具動態(tài)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(shè)計的關(guān)鍵部分,要把工件合理準(zhǔn)確地組裝到位并不容易。而虛擬裝配(VA)是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。在對部件或整體進行有限元分析或動態(tài)分析之前,要將它們先裝配起來。其內(nèi)涵就是在計算機上完成產(chǎn)品零部件的實體造型,進行計算機裝配、干涉分析等多次協(xié)調(diào)的設(shè)計過程,并通過統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)三維設(shè)計過程與產(chǎn)品零部件制造、裝配過程的高度統(tǒng)一。基于proeNGINEER平臺的動態(tài)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(shè)計人員用粘貼、插入、對齊、同向等直觀命令來完成裝配設(shè)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(guān)系,系統(tǒng)就會根據(jù)給出的約束關(guān)系,將工件和夾具組件自動安裝到位。如果改變原有設(shè)計,與其相關(guān)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(guān)系或進行約束。零件的高級功能則支持大型、復(fù)雜的裝配,復(fù)制功能提供用戶坐標(biāo)系為基準(zhǔn),平移或旋轉(zhuǎn)復(fù)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(jié)構(gòu),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(huán)境。
    (3) 【Assembly】→【Component】→【Assemble】→從組合組件庫中調(diào)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(huán)抱式結(jié)構(gòu),是車床夾具一種比較典型的六點組裝法結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)剛度好,定位精度穩(wěn)定,組件分布較均勻,偏重小,有利于減少簡單平衡塊的數(shù)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(jié)構(gòu)、大小和轉(zhuǎn)動慣量等的分析是總體設(shè)計的重點之一,傳統(tǒng)的設(shè)計過程中,裝配體的大小、質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量只能靠手工計算,大多數(shù)情況只是依靠經(jīng)驗,準(zhǔn)確度不宜保證,給總體設(shè)計帶來困難。使用proeNGINEER軟件,使得裝配間隙的調(diào)整和裝配干涉的檢查變得更加準(zhǔn)確、直觀、快捷,尤其是對于檢驗設(shè)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(zhì)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(shù),進行測量。進入【Analysis】 →【Model Analysis】對話框的(Type)中對質(zhì)量屬性分析、模型截面質(zhì)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(zhì)量、質(zhì)心、相對與坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動慣量、相對與質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量、主轉(zhuǎn)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(diào)換,不合理的位置進行修改,由proeNGINEER的全相關(guān)性決定了,對組件的尺寸、大小、規(guī)格稍作變化,其裝配體會相應(yīng)更改,直到完全滿足設(shè)計要求。

2.5 爆炸圖和工程圖的生成
當(dāng)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(dǎo)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(tài)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(tǒng)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(fù)雜的組裝圖,簡單的向視圖不能清楚表達裝配關(guān)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(zhuǎn)、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(zhǔn)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(yè)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(xì)

2.6 信息的提取和實際裝配
傳統(tǒng)的組合夾具設(shè)計中,夾具工藝師對組合組件的信息統(tǒng)計費事費時,而proeNGINEER平臺上,在視圖完成后,自動地完成零件數(shù)量的統(tǒng)計和明細(xì)表的填寫等相關(guān)信息,為組裝工人建立指導(dǎo)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(guān)系模型尺寸等。例如【Info】→【Model】→【Top level】→【Apply】,可以列出裝配順序主從關(guān)系基本尺寸等,建立基本信息明細(xì)表,工藝師可以編輯明細(xì)表,為組裝工人提供組裝依據(jù),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(xì)表進行實際裝配。
3、結(jié)束語

proeNGINEER智能化的三維軟件為夾具設(shè)計帶來方便,也為機械行業(yè)帶來更大效益。由以上方法建立的夾具站已初步用于生產(chǎn)加工中,顯示了強大的使用價值。當(dāng)然這種方法也適合于專用夾具設(shè)計,隨著機器人的發(fā)展,組合夾具的實際裝配更趨于自動化,由proeNGINEER設(shè)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(shù)更加適合現(xiàn)代制造的需要。

proe與CAD/CAM軟件之間的圖樣轉(zhuǎn)換

proeNGINEER是一套具有優(yōu)秀的三維造型功能、強大的參數(shù)化設(shè)計和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫管理等特點的CAD/CAM軟件,而AutoCAD有完善的二維工程圖樣設(shè)計功能。因而,結(jié)合proeNGINEER的特點進行產(chǎn)品的三維參數(shù)化設(shè)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(yè)中應(yīng)用較普遍,但其CAD部分功能相對較弱,進行復(fù)雜曲面、實體造型時較困難。因而,可以結(jié)合

proeNGINEER的特點進行產(chǎn)品的參數(shù)化實體設(shè)計,再導(dǎo)入MasterCAM中進行NC程序的編制。

2 圖樣轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換成為可能。

3 圖樣轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)

3.1 proeNGINEER與MasterCAM 3D圖樣轉(zhuǎn)換

3.1.1 proeNGINEER圖樣導(dǎo)入MasterCAM實現(xiàn)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(yīng)參數(shù)設(shè)置,默認(rèn)項“Surfaces”是將proeNGINEER的3D模型輸出為曲面數(shù)據(jù);“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(shù)據(jù)。在完成相應(yīng)參數(shù)設(shè)置后,單擊“Ok”,文件轉(zhuǎn)換完畢。

(4) 開啟MasterCAM,單擊“File→Converters→IGES→Read File”,打開上一步轉(zhuǎn)換生成的IGES文件,系統(tǒng)彈出“IGES Read Parameters”對話框(如圖2所示),在對話框中采用默認(rèn)值或進行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置后,單擊“Ok”,即完成文檔導(dǎo)入。

圖2 輸入IGES格式文件對話框

3.1.2 MasterCAM圖樣導(dǎo)入proeNGINEER實現(xiàn)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(zhuǎn)換。

(3) 開啟proeNGINEER,單擊“File→Import→Creat New Model”,選擇上一步轉(zhuǎn)換生成的IGES文件,單擊“Ok”,系統(tǒng)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(rèn)值或進行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置后,單擊“Ok→Close”,即完成了文檔導(dǎo)入。

3.2 proeNGINEER與 AutoCAD工程圖樣轉(zhuǎn)換

3.2.1 proeNGINEER圖樣導(dǎo)入AutoCAD實現(xiàn)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(zhuǎn)換。

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

3.2.2 AutoCAD圖樣導(dǎo)入proeNGINEER實現(xiàn)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(dǎo)入。

3.3 proeNGINEER與 UG 3D圖樣轉(zhuǎn)換

3.3.1 proeNGINEER圖樣導(dǎo)入UG實現(xiàn)過程

(1)在proeNGINEER中完成IGES格式文件的轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換方法前面已詳細(xì)介紹)。

(2) 開啟UG軟件,單擊“File→Import”,完成圖樣的轉(zhuǎn)換。

值得注意的是,當(dāng)在NT平臺上將IGES文件轉(zhuǎn)換到UG軟件中時,有時會發(fā)生錯誤,錯誤的原因有很多,而IGES文件格式不對是最經(jīng)常發(fā)生的錯誤原因,可用NOTEPAD 打開IGES 文件來進行判定。產(chǎn)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(zhuǎn)換成MS-DOS文本文件格式,然后再導(dǎo)入UG軟件。轉(zhuǎn)換方法有以下三種: 其一是在UNIX環(huán)境下, 利用UNIX相應(yīng)的命令,將UNIX格式的IGES文件轉(zhuǎn)換成MS-DOS文本文件格式;其二是在WINDOWS2000環(huán)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(huán)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(dǎo)入proeNGINEER實現(xiàn)過程

(1)UG的3D圖樣可以被轉(zhuǎn)換為IGES格式文件,這個轉(zhuǎn)換過程可以在UG內(nèi)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(zhuǎn)換,則不能選擇輸出文件的路徑, 因為外部轉(zhuǎn)換程序在運行時,根據(jù)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(tǒng)默認(rèn)路徑。要改變這兩個變量的設(shè)置,可選擇“我的電腦-屬性-高級-環(huán)境變量”,在“環(huán)境變量”對話框中,選擇“新建”來設(shè)置或選擇編輯來修改。當(dāng)重新執(zhí)行轉(zhuǎn)換時(即重新選擇一次轉(zhuǎn)換程序),新變量才起作用。

(2)將IGES文檔導(dǎo)入proeNGINEER軟件的方法前面已有詳細(xì)講述。

實踐證明,在具有相應(yīng)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(zhuǎn)換,對于提高設(shè)計、編程效率是大有益處的。

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