本文介紹了懸臂式掘進(jìn)機(jī)后支撐的ProE虛擬裝配設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。

　　虛擬裝配的主要目的是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖和裝配順序?qū)嵤ρb配結(jié)構(gòu)的分析和評價。在虛擬裝配階段可對設(shè)計提出修改建議，進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以便于加工及裝配，減少加工和裝配的時間。對提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，降低產(chǎn)品設(shè)計成本有重要的意義。

　　1 基于Pro/E自頂向下的設(shè)計方法

　　Top-down設(shè)計是自頂向下設(shè)計的簡稱，其含義是先確定總體思路、設(shè)計總體布局，然后設(shè)計零件和子組件，從而完成一個完整的設(shè)計。自頂向下設(shè)計從一個系統(tǒng)的角度，計劃所有的設(shè)計過程，建立整個系統(tǒng)或設(shè)計與組件和次組件系統(tǒng)之間的關(guān)系。在Pro/E中用戶獲得設(shè)計意圖的自頂向下設(shè)計方法有：

　　(1)布局(Layout)-定義設(shè)計產(chǎn)品最主要的參數(shù)和尺寸及其相互之間的關(guān)系。

　　(2)骨架(Skeleton)-定義設(shè)計產(chǎn)品最主要的空間位置是對layouts定義思路的3D細(xì)化。

　　(3)Pacl擴(kuò)定義設(shè)計產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)，將零部件粗略定位在裝配中。

　　(4)Publish Geometry-提取設(shè)計產(chǎn)品的重要原則和設(shè)計數(shù)據(jù)，將其傳遞到整個產(chǎn)品設(shè)計中。

　　(5)復(fù)制幾何實體(Copy Geometry)-提取和接受設(shè)計產(chǎn)品的重要數(shù)據(jù)。

　　(6)關(guān)系(Relations)-設(shè)定各尺寸、各參數(shù)間的關(guān)系。

　　2 后支撐的功能與結(jié)構(gòu)分析

　　掘進(jìn)機(jī)屬長臂類的機(jī)器，較長的截割臂在截割作業(yè)時，產(chǎn)生很大的截割力，此時行走履帶所受的外力比正常行走時將顯著增加，改變了正常行走時履帶與地面合理接地比壓的分布狀態(tài)，形成整機(jī)的不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生劇烈振動和傾翻。而后支撐的后部撐壓在地面上，可以增加機(jī)器的接地長度，以防止和緩解履帶的接地比壓偏移，進(jìn)而增加整機(jī)的穩(wěn)定性。主要由支架、支撐腿、支架與二運(yùn)部連接架、二運(yùn)部回轉(zhuǎn)臺、銷軸和襯套等組成。

　　3 利用top-down設(shè)計后支撐

　　(1)草圖設(shè)計

　　草圖即布局，是Pro/Engineer所提供的一個單獨(dú)模塊，其作用是可以通過簡單的線條和符號來描繪產(chǎn)品的大概輪廓，布局的核心就是定義產(chǎn)品的主要參數(shù)和主要尺寸。而它在整個裝配中的作用就體現(xiàn)在：通過聲明(Declare)建立各個零部件之間的關(guān)系，從而實現(xiàn)各個零部件之間自動裝配的目的，有利于設(shè)計過程中對整個產(chǎn)品的控制。圖l給出了利用Pro/E軟件對后支撐做出的總成布局圖，即頂級布局模型houzhichengbuju.lay。

　　圖1中設(shè)置的尺寸是全局關(guān)鍵幾何參數(shù)，其具體說明見表1。

圖1 后支撐總體布局圖

　　1 支架;2 支承腿;3 連接架;4 二運(yùn)連接銷;5 二運(yùn)回轉(zhuǎn)臺;6 銷軸

表1 后支撐關(guān)鍵幾何參數(shù)

　　(2)建立骨架模型

　　對于一個產(chǎn)品來說，骨架就是產(chǎn)品裝配的構(gòu)架，產(chǎn)品的裝配應(yīng)該按照骨架模型裝配。有了骨架，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、大小和尺寸就由骨架確定了，此時在骨架上裝上各個零部件，裝配也就完成了。可以把骨架文件理解為3D化的布局Layout文件，它同樣是一個設(shè)計思路和參考標(biāo)準(zhǔn)，骨架是一些立體化的、有位置、有尺寸的點(diǎn)、線、面，這些點(diǎn)、線、面就像布局中的平面軸線一樣為裝配提供依據(jù)和基準(zhǔn)。在產(chǎn)品的自頂向下設(shè)計中，主設(shè)計首先完成布局的設(shè)計，通過點(diǎn)線面包含了產(chǎn)品的主要形狀、位置等信息，然后把整個項目分給多個子項目，隨同骨架模型一同分給不同的小組和個人，子項目再以骨架為參考，骨架改變后，子項目自動改變。如圖2所示，為后支撐的骨架模型。

圖2 后支撐骨架模型

　　(3)連接設(shè)計信息

　　連接設(shè)計信息是自頂向下設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)，通過布局或骨架的方式，把設(shè)計信息傳遞到各個零部件中，以達(dá)到對裝配件控制的目的。在自頂向下設(shè)計中，可以通過布局和骨架向各個零部件傳遞設(shè)計信息。

　　通過布局向零部件中分配信息，需要在零部件中聲明，把零部件的各種信息聲明到布局中去，所聲明的參數(shù)必須與布局中的參數(shù)一致。當(dāng)作完聲明之后，在打開零部件的參數(shù)窗口中，就會發(fā)現(xiàn)參數(shù)窗口中多了布局中的參數(shù)值。

　　骨架的信息傳遞就是映射幾何特征，即(Geometry的傳遞，它是通過Publish Geometry和Copy GeometrY實現(xiàn)的。通過復(fù)制點(diǎn)、曲面和表面幾何和特征作為參考基準(zhǔn)，再建立新的幾何特征。通過復(fù)制過來的這些點(diǎn)、曲面和表面作為參照，從而保證建立的零件具有復(fù)制元件的幾何特征。Geometry傳遞的是比較具體的形狀和數(shù)據(jù)，如點(diǎn)的位置、曲線和曲面的形狀等，這些形狀和數(shù)據(jù)主要用于零件特征的建立。圖為后支撐的總成模型。

圖3 掘進(jìn)機(jī)后支撐總成模型

　　4 基于總成模型的干涉檢測

　　產(chǎn)品裝配設(shè)計的干涉檢測目標(biāo)是：提高裝配效率和裝配質(zhì)量，降低裝配成本。其具體目標(biāo)為在功能確定的條件下，產(chǎn)品零部件數(shù)量盡量少，易于裝卸，具有最優(yōu)的零部件定位方案和最少的裝配調(diào)整操作。進(jìn)行干涉檢測主要是對裝配關(guān)系進(jìn)行檢測，在Pro/E中，全局干涉檢測的操作步驟為：分析一模型分析一全局干涉。進(jìn)而觀察計算結(jié)果，若存在干涉，則需要回頭修改布局或骨架以求最終的無干涉。本論文中的總成模型經(jīng)全局干涉檢測后，并無干涉存在，證明各個零件在各方向上相對距離合理，滿足虛擬裝配的要求。

　　5 結(jié)語

　　綜上所述，基于Top-Down思想的參數(shù)化設(shè)計方法的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，由于整個設(shè)計過程是從頂層開始的，從一開始就控制著產(chǎn)品的整體設(shè)計目標(biāo)和性能狀況。結(jié)合各方面因素，不斷調(diào)整設(shè)計方案，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化，如在方案設(shè)計階段就可以對產(chǎn)品骨架模型進(jìn)行運(yùn)動分析，對關(guān)鍵零件進(jìn)行剛度、強(qiáng)度校核。隨著設(shè)計層次的逐漸下行，頂層的參數(shù)逐步得到印證，結(jié)構(gòu)不斷細(xì)化，并根據(jù)需要加以調(diào)整，從而保證了設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時縮短了設(shè)計周期。這種設(shè)計方法對于規(guī)模越大、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的企業(yè)，效果就越明顯。

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