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1、 基于 CATIA 的机械零件虚拟装配方法 EE EE 指导教师 ee 摘要 装配设计是产品设计过程的重要环节 随着虚拟现实技术的日益成熟 虚拟装配已成为其应用的重要研究方向 虚拟装配也为面向装配的设计提供了一种新 的思路和方法 在传统的装配过程中 当一个零部件与另一个零部件装配失败后 只 能返回装配结果 重新设计 重新生成样品 重新用真实装配来检验 这种装配关系 的滞后检验 不但带来成本的巨大浪费 而且完全不符合快速反应市场的需要 随着 计算机软件硬件技术的发展 在机械制造领域中 零部件如何装配加工 各零部件是 否发生干涉等都能在虚拟装配环境中实现 借助虚拟装配技术 能在产品设计阶段就 能了
2、解设计结果的装配性 这种虚拟装配技术对小批量生产方式具有开发周期短 设 计质量高 开发成本低等特点 本文分析了目前虚拟装配技术的发展状况 归纳总结了虚拟装配的关键技术和基 本流程 介绍了装配的基本步骤及干涉检查的基本步骤 论文成功的实现了基于 CATIA 的装配及干涉检查 最后通过具体实例验证了方法的可行性和正确性 关键词 虚拟装配 CATIA 干涉检验 约束 检查碰撞 Virtual assembly of mechanical parts based on CATIA ee ee Tutor ee Abstract Assembly design is an important part
3、of product design process benefits mature mouth of virtual reality technology virtual assembly has become an important research direction of the application the virtual assembly design for assembly and evaluation of a new way of thinking and approach After the failure of the assembly of a component
4、with other components in the assembly process the only return to the assembly results re design re generated sample to test re use the real assembly This assembly between the lag test not only to bring the cost of enormous waste but does not meet the rapid response to market needs With the developme
5、nt of computer software and hardware technology in the field of machinery manufacturing spare parts how to assemble the processing the various parts of intervention can be implemented in a virtual assembly environment With the virtual assembly technology in the product design stage to understand the
6、 assembly of the design results This virtual assembly technology for a small batch has a short cycle of development high quality of design low cost of development This paper analyzes the current state of development of the virtual assembly technology and summarizes the key technologies and the basic
7、 process of the virtual assembly the basic steps of the basic steps of the assembly and interference checking A successful realization of CATIA based assembly and interference checking in the Paper and finally through concrete examples to verify the feasibility and accuracy of the method Keywords vi
8、rtual assembly CATIA interference test constraints checking the collision 目录 第一章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 内外虚拟装配环境技术的发展与现状 1 1 2 1 虚拟装配的发展现状 1 1 2 2 干涉检查的发展现状 3 1 3 研究背景及课题的提出 4 1 4 本章小结 5 第二章 CATIA 零件设计方法 6 2 1 利用 CATIA V5 进行零件设计的方法 6 2 1 1 草图 sketcher 设计工作介绍 6 2 1 2 零件的设计方法 6 2 1 3 生成二维工程图 7 2 2 设计举例 7 第
9、三章 虚拟装配环境的设计基础 10 3 1 虚拟装配的定义 10 3 2 虚拟装配流程 10 3 3 虚拟装配的关键技术 10 3 3 1 面向虚拟装配的建模技术 10 3 3 2 虚拟装配设计环境技术是虚拟装配技术的基础 11 3 3 3 装配规划技术和装配信息的记录 12 3 3 4 干涉检查 13 3 3 5 装配约束 14 第四章 管道阀门的装配及干涉检 实例 16 4 1 零件的装配 16 4 2 管道阀门的装配过程 16 4 3 管道阀门的干涉检验过程 23 4 3 1 干涉分析的步骤 24 第五章 结论 33 参考文献 34 致谢 36 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 引言
10、引言 随着计算机在产品设计和制造中的应用发展 新产品的开发过程发生了巨大的变 化 以计算机技术 仿真技术和信息技术为支撑的虚拟产品设计 使新产品开发流程 向着数字化 集成化的方向发展 对产品进行构思 设计 装配 分析和测试 摆脱 了传统的产品开发的设计过程 由二维设计向三维设计的转变 几何模型向虚拟的产 品模型的转变 实现了产品的设计评价 装配评价 测试分析和试生产 逐步由计算 机仿真技术的虚拟装配过程所替代 从而解决了企业在产品开发过程中速度 质量 成本和服务等问题 大大提高了企业在市场中的竞争力 1 21 2 国内外虚拟装配环境技术的发展与现状国内外虚拟装配环境技术的发展与现状 1 2 1
11、1 2 1 虚拟装配的发展现状虚拟装配的发展现状 虚拟装配 Virtual Assembly VA 是虚拟产品的一个重要组成部分 是实际装配过程 的本质在计算机上的反映 它可以解决设计与装配的对象在研制过程中难以实现的动 态性能 通过计算机仿真反映装配的本质是虚拟装配的特点 也就是说 虚拟装配设 计是在计算机上完成所设计零部件的装配模型 将不同的零件组装成一个装配体 其 基本功能是定义不同零件之间的相对位置约束关系 生成爆炸视图 进行零件之间的 动态干涉检查 发现零部件设计上的不合理的地方 以改进设计 并完成该装配体的 动态模拟设计 因此 虚拟装配的实现有助于对产品进行虚拟分析和虚拟设计 有助
12、 于解决产品从设计到生产所出现的技术问题 以达到缩短产品开发周期 降低生产成 本以及优化产品性能等目的 据国外统计 目前制造业应用虚拟装配技术节约了 25 的研制经费 并大大缩短了研制周期 虚拟环境 Virtual Environment VE 就是将人与计算机系统集成到一个环境中 由计算机生成交互式的三维仿真 并通过视觉 听觉 触觉作用到人 使人产生身临 其境的感觉 虚拟装配是在虚拟环境中完成的 是虚拟环境技术在 CAD 领域的应用 在给定了一套装配过程模型和有效的装配过程模拟技术的情况下 产品装配的所有结 果和可能存在的问题都能够在一个在线的虚拟环境中表示出来 利用虚拟环境可以避 免开发昂
13、贵的物理模型的原型 同时可以与其他的计算机辅助设计技术兼容 并使用 户能在更丰富 更直观的环境下运用虚拟环境的硬软件来设计和规划装配 目前 虚拟装配技术在工业发达国家己经得到了广泛深入的研究和应用 美国 Seattle 波音高级技术中心开发的虚拟空间实验 VSX 飞行器相当于一 个飞行 器的虚拟原型机 英国 Tecnomatix 技术有限公司开发的计算机辅助生产工程 CAPE 产品 涉及到了设计 优化 制造等技术 德国 BMW 公司建立了 Virtual Process Week 体系 利用虚拟技术对汽车装配流程的合理性加以测试 Rossler 等在虚拟环境中利用自动和交 互技术相结合的方法
14、研究了虚拟环境中原型产品的可拆性 日本的 N Abe 等开发了机 械零件装配性验证和装配机器可视化系统 支持设计者在虚拟环境中进行装配分析和 性能评估 初学者在装配机器时可以进行系统的操作训练 Jung 等开发了一个基于知识 的虚拟装配系统 CODY 允许设计者通过三维操作或简单的语言命令进行产品装配 AutoDesk 公司开发的 CTL Division 公司开发的 DVS 等系统 描述了物体装配关系和运 动规则 在国内 由于虚拟制造技术研究和应用起步相对较晚 直到最近几年 虚拟装配 技术的研究才开始受到人们的重视 才成为最近几年来工业技术界的研究热点之一 因此 虚拟装配技术目前还处于研究阶
15、段 离实际应用尚有一定距离 大多数研究也 仅是居于纯理论或基于 Pro E UG 软件平台基础上的研究和探索 不过 在装配建模 装配约束 装配序列规划和装配干涉等方而 还是取得了一 定的进展 上海交通大学建立了分布式虚拟制造系统的框架体系 DVMS 浙江大学国家重点实 验室设计的虚拟装配设计系统 Virtual Design and Virtual Assembly System VDVAS 实 现了在同一虚拟环境中修改尚未满足装配条件的零件的几何 而无需在虚拟环境与 CAD 系统间进行数据转换和传输 提高了系统的可靠性并对基于语义的产品装配设计 技术进行了研究 实现了基于语义的产品装配操作
16、对进一步提高产品装配效率与质 量具有重要意义 西南交通大学机械工程研究所对基于虚拟现实技术的原型设计机理 进行了研究 把虚拟现实技术与 CAD 设计环境结合起来 刘振宇等研究了装配设计中 的装配语义的识别和和约束的转化问题 孙军华等建立了基于虚拟现实建模语言 Virtual Reality ModelingLanguage VRML 的交互式虚拟装配平台 实现了从静态装配 体的 VRML 文件到动态交互式虚拟 装配的 VRML 文件的转化 谭国锋综合应用 Pro E AutoCADPhotoshop CorelDraw 等 CAD 软件形成虚拟制造 虚拟装配 VirtualManufacture Virtual Assembly VM VA 技 术应用与产品的成型过程 取得了良好的效果 2 22 2 干涉检查的发展现状干涉检查的发展现状 碰撞干涉检查是虚拟装配的重要组成部分 也是虚拟装配研究的关键技术和重要内 容 干涉检查的根本问题是求交和测试问题 干涉检查的关键问题是如何减少计算量 提高精度 近十年来 国内外许多学者对干涉问题进行了深入的研究 并提出了多种 方法 Youn 和 Woh
