在零部件的裝配過程中，如果待裝配件能在裝配過程中自動改變尺寸以適應(yīng)相應(yīng)裝配基件的尺寸，如把一個(gè)軸套裝到軸上，若軸套的內(nèi)徑和軸的直徑不同（暫不考慮間隙、過渡和過盈配合情況），軸套在裝配時(shí)，能根據(jù)軸的直徑尺寸而自動改變其內(nèi)徑尺寸，以滿足裝配，且軸套的外徑或壁厚也同時(shí)發(fā)生相應(yīng)變化，這樣必能大大提高裝配設(shè)計(jì)的效率�；陉P(guān)聯(lián)和尺寸驅(qū)動原理，使用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)建立可重用的參數(shù)化智能圖素，調(diào)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的二次開發(fā)函數(shù)以及C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫（Standard Template Library，簡稱STL），通過參數(shù)名建立了不同特征尺寸之間的映射關(guān)系，以此來驅(qū)動相應(yīng)的尺寸值，在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)上，成功實(shí)現(xiàn)了自動裝配設(shè)計(jì)功能。
1 關(guān)聯(lián)原理
關(guān)聯(lián)是指事物之間所具有的彼此約束的關(guān)系。在機(jī)械產(chǎn)品中，關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在裝配實(shí)體模型中不同零件實(shí)體之間所具有的內(nèi)在聯(lián)系，通過一個(gè)零件實(shí)體的某一部分屬性，可以完整或部分地推導(dǎo)出另一個(gè)實(shí)體的某一部分屬性，具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件實(shí)體互為關(guān)聯(lián)單元。關(guān)聯(lián)可分為變量關(guān)聯(lián)和幾何關(guān)聯(lián)兩類。
1.1 變量關(guān)聯(lián)
變量關(guān)聯(lián)是在分屬不同參數(shù)集的變量間建立映射關(guān)系，以便對某個(gè)變量修改后，與之對應(yīng)的變量能自動修改。它適用于裝配環(huán)境下零件間尺寸約束的關(guān)聯(lián)。對于參數(shù)化特征造型系統(tǒng)，其構(gòu)造的特征模型可以表示為：
M={F＇i，Pi}
式中：M-系統(tǒng)所構(gòu)造的特征模型；
Fi——構(gòu)成特征模型的組成特征；
Pi——與特征相對應(yīng)的參數(shù)集。
于是，當(dāng)引入其它具有工程意義的尺寸控制參數(shù)集Qi，并建立參數(shù)集Qi與Pi的映射關(guān)系f，使得：Pi=f(Qi)。
那么，幾何模型就可具有另一種表示：
M={F＇i，f(Qi))
這樣，對新參數(shù)的修改，必然引起模型的更新。若新參數(shù)是其它零件的控制參數(shù)，那就意味著其它零件具有了驅(qū)動該零件的能力。
1.2 幾何關(guān)聯(lián)
幾何關(guān)聯(lián)是將一個(gè)零件的幾何信息提取出來，作為其它零件的基準(zhǔn)或控制結(jié)構(gòu)，以達(dá)到聯(lián)動的目的。它適用于有形狀或定位要求的場合。文中主要使用變量關(guān)聯(lián)。
2 尺寸驅(qū)動原理
待裝配件的重新生成是對相應(yīng)智能圖素進(jìn)行尺寸驅(qū)動的過程。尺寸驅(qū)動即在零件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的情況下，把零件的尺寸參數(shù)定義為尺寸變量，并定義出變量間的關(guān)系，當(dāng)給定不同的尺寸值，就可得到一組結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的零件。每一類待裝配件對應(yīng)一個(gè)智能圖素，在智能圖素中定義尺寸變量和變量間的關(guān)系。由于CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)智能圖素時(shí)沒有必要再做尺寸的約束求解，所以，零件的最后生成可以依靠CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的參數(shù)化功能來實(shí)現(xiàn)，即通過用新的尺寸值對事先準(zhǔn)備好的智能圖素進(jìn)行尺寸驅(qū)動，來生成一個(gè)新的待裝配件。
3 CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)及二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)是一個(gè)全功能的CAD軟件，采用拖方式的實(shí)體造型，并結(jié)合智能捕捉與三維球定位技術(shù)，使得沒有其他造型軟件在設(shè)計(jì)效率和速度上能與其相匹配。拖方式是指能夠來回用鼠標(biāo)拖放標(biāo)準(zhǔn)件和自定義的設(shè)計(jì)元素。智能捕捉是一個(gè)動態(tài)的三維約束算法工具，它為圖形方式下的特征和圖素拖動提供精確定位和對齊功能。三維球工具為各種對象的平移、旋轉(zhuǎn)或各種復(fù)雜三維變換提供了精確定位方法。結(jié)合幾何智能捕捉工具，可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜零件的裝配與修改。智能圖素是參數(shù)化的三維模型體。為避免重復(fù)勞動，提高設(shè)計(jì)效率，標(biāo)準(zhǔn)件、常用件及標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)化模型庫的建立，是CAD系統(tǒng)走向?qū)嵱没谋厝悔厔�。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的元素庫體現(xiàn)了這種思想。
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了一個(gè)二次開發(fā)向?qū)?ICAddinAppWizard.awx)，它可以幫助用戶創(chuàng)建一個(gè)基于Add-in的ATL工程。將其添加到VC++的Common\MSDev98\Template\目錄下，這樣用戶可以通過VC++的IDE來創(chuàng)建自己的工程。
在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)二次開發(fā)環(huán)境中，開發(fā)人員可以獲得/設(shè)置子坐標(biāo)系相對于其父坐標(biāo)系的變換矩陣ChildToParent。開發(fā)人員也可以獲得/設(shè)置錨(Anchor)的變換矩陣，錨是一個(gè)對象依附于其他對象的點(diǎn)。子對象的錨變換矩陣A是指子對象的錨相對于子坐標(biāo)系的變換矩陣。通過CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的交互界面(UI)，用戶可以獲得子對象的錨在父坐標(biāo)系中的精確位置。位置變換矩陣P是子對象的錨相對于父坐標(biāo)系中的變換矩陣。錨、位置和ChildToParent變換矩陣的關(guān)系如圖1所示。
圖1 錨、位置和Child To Parent變換矩陣的關(guān)系
在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)中，每個(gè)設(shè)計(jì)界面有一個(gè)全局坐標(biāo)系，界面上的每個(gè)零件有一個(gè)局部坐標(biāo)系，零件上的每個(gè)特征也有一個(gè)局部坐標(biāo)系。在選中零件的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動三維球，則零件的局部坐標(biāo)系將隨著三維球一起轉(zhuǎn)動。對于裝配情況，裝配基件的坐標(biāo)系是父坐標(biāo)系，待裝配件的坐標(biāo)系是子坐標(biāo)系。文中只考慮子坐標(biāo)系對父坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，這樣即使轉(zhuǎn)動裝配基件的三維球，在裝配時(shí)也不用考慮此動作對待裝配體的影響。
4 標(biāo)準(zhǔn)模板庫(STL)
STL是一個(gè)高效的C十十程序庫，它是ANSI/ISO C++標(biāo)準(zhǔn)中的一部分。該庫包含了諸多常用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本算法，為程序員提供了一個(gè)可擴(kuò)展的應(yīng)用框架，高度體現(xiàn)了軟件的可復(fù)用性。從邏輯層次來看，在STL中體現(xiàn)了泛型化程序設(shè)計(jì)的思想；從實(shí)現(xiàn)層次看，整個(gè)STL是以一種類型參數(shù)化的方式實(shí)現(xiàn)的。STL主要由兩種組件構(gòu)成：一是容器，包括vector，list，map等類。另一種是用以操作這些容器類的泛型算法。map是一對對的key/valuP組合，key用于搜索，value用來表示要存儲或取出的數(shù)據(jù)。
5 自動裝配設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
自動裝配設(shè)計(jì)使用STL容器map類的實(shí)例，key表示參數(shù)名，value表示參數(shù)值。自動裝配設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)和參數(shù)的個(gè)數(shù)無關(guān)。裝配基件和待裝配件的參數(shù)名可以任取，但是要在自動裝配過程中裝配基件的參數(shù)能正確驅(qū)動待裝配件相應(yīng)的參數(shù)，則必須使它倆相對應(yīng)的參數(shù)名一致且唯一，整個(gè)自動裝配設(shè)計(jì)流程如圖2所示。
圖2 自動裝配設(shè)計(jì)流程
詳述如下：
Step1.鼠標(biāo)拖出/拾取裝配基件，輸入待裝配體要裝入的距離值（默認(rèn)的距離值是零，即待裝配體裝配在所選擇的裝配基件的裝配面上），將距離值存儲下來。
Step2.檢查map類的實(shí)例是否為空，如果不為空，則清空。
Step3.遍歷裝配基件的每一個(gè)特征，對于每一個(gè)特征，如果有參數(shù)，將參數(shù)名和參數(shù)值存人map類的實(shí)例中。
Step4.將設(shè)計(jì)圖素庫中已設(shè)置好參數(shù)的待裝配件拖出，放在第一步所選的裝配基件的相應(yīng)裝配面上。
Step5.檢查map類的實(shí)例是否為空，如果為空，再檢查距離值是否為零，如果為零，則不做任何改變；若距離值不為零，則將待裝配件按所選裝配基件的相應(yīng)裝配面的法線方向上，平移第一步輸入的距離值。
Step6.如果map類的實(shí)例不為空，則遍歷待裝配體的每個(gè)特征，對于每個(gè)特征，如果有參數(shù)，則搜索map類的實(shí)例中的參數(shù)名，如果存在一致的參數(shù)名，則提取此參數(shù)名對應(yīng)的參數(shù)值，將待裝配體相同的參數(shù)名對應(yīng)的參數(shù)值改成此值，然后將map類的實(shí)例中的這個(gè)參數(shù)對刪除，這樣可以提高以后搜索map類實(shí)例參數(shù)名的效率，接著繼續(xù)搜索待裝配體的下一個(gè)參數(shù)，重復(fù)上面所述操作，直到遍歷完待裝配體所有的參數(shù)，然后按新的參數(shù)值重新生成待裝配件；再檢查距離值是否為零，如果為零，則待裝配件不做任何平移；若距離不為零，則將新生成的待裝配件按所選裝配基件的相應(yīng)裝配面的法線方向上，平移第一步輸入的距離值。
Step7.將距離值設(shè)為零，將map類的實(shí)例清空，此時(shí)完成一次自動裝配設(shè)計(jì)。
下面是一簡單的實(shí)現(xiàn)原型。使用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)做出圖3所示的裝配基件和待裝配件，此時(shí)要正確設(shè)定特征之間的約束關(guān)系；再按圖上所示的參數(shù)分布，通過參數(shù)表設(shè)定好參數(shù)名和參數(shù)值。圖4是裝配基件的參數(shù)設(shè)定，待裝配件也同樣這樣設(shè)定；然后將設(shè)定好參數(shù)的裝配基件和待裝配件拖到設(shè)計(jì)元素庫，方便以后重用。
圖3 裝配基件(左)和待裝配件的參數(shù)分布
圖4 裝配基件的參數(shù)設(shè)定
從設(shè)計(jì)元素庫將裝配基件拖出，用鼠標(biāo)拾取，輸入裝入的距離值，然后從設(shè)計(jì)元素庫中，將待裝配體件拖出放在裝配基體最上面上，智能捕捉點(diǎn)是面的中點(diǎn)，可以看到拖入開始的效果如圖5a所示，然后待裝配件得到相應(yīng)的裝配基件的尺寸后重新生成并平移，裝配基件和待裝配件就成功地裝配在一起了，如圖5b所示。
圖5 智能裝配設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
自動裝配設(shè)計(jì)通過搜索相同的參數(shù)名來建立不同特征尺寸之間的映射關(guān)系，并以此來驅(qū)動相應(yīng)的尺寸值，因而裝配基件和待裝配件的設(shè)定只和拖出的前后順序有關(guān)。此過程也適用于部件的裝配，但是如果參數(shù)個(gè)數(shù)很多，則汁算量將較大，并且零件的特征之間的約束關(guān)系的設(shè)定，以及所有參數(shù)的命名也是需要仔細(xì)注意的地方。
6 結(jié)論
基于關(guān)聯(lián)和尺寸驅(qū)動原理，使用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)建立可重用的參數(shù)化智能圖素，調(diào)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的二次開發(fā)函數(shù)以及C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫，通過參數(shù)名建立了不同特征尺寸之間的映射關(guān)系，以此來驅(qū)動相應(yīng)的尺寸值，在CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)上成功實(shí)現(xiàn)了自動裝配設(shè)計(jì)功能，并給出應(yīng)用實(shí)例原型。此功能已應(yīng)用于國家“八六三”計(jì)劃先進(jìn)制造與自動化領(lǐng)域CIMS主題目標(biāo)的發(fā)展項(xiàng)目《面向家電產(chǎn)品的三維CAD創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)》之中，可以增強(qiáng)裝配設(shè)計(jì)的方便性以及提高設(shè)計(jì)效率，并且此方法也同樣適用于其它的CAD軟件。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/
本文標(biāo)題：基于關(guān)聯(lián)的自動裝配設(shè)計(jì)
本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/solutions/14019317179.html
相關(guān)文章
