畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PROE的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的仿真

XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 目前，隨著 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展，三維實(shí)體造型、虛擬技術(shù)、工況仿真模擬已成為CAD 的重要發(fā)展方向，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方面引起了重大變革。對(duì)有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的機(jī)械產(chǎn)品，建立三維動(dòng)態(tài)圖形和三維虛擬環(huán)境模擬，可以很好地描述其數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、裝配過程的合理性、作業(yè)過程 的動(dòng)態(tài)性、運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性。因此，了解和掌握三維建模方法和動(dòng)態(tài) 模擬技術(shù)十分重要。 此外，在機(jī)械產(chǎn)品零部件的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間干涉問題歷來都是令機(jī)械設(shè)計(jì)工程師深感頭疼的事。按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)人員在一些細(xì)節(jié)問題上耗費(fèi)了很大精力，降低了設(shè)計(jì)效率 。而有些錯(cuò)誤又往往具有很強(qiáng)的隱蔽性，給生產(chǎn)造成不應(yīng)有的損失。因此，利用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)工具合理地解決這些問題無疑具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 目前，許多國(guó)內(nèi)外的大型輔助設(shè)計(jì)軟件都包含了機(jī)械裝配和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的功能模塊，例如 PTC 的 PRO/ ME2 CHANICA， SDRC 的 I- DEAS， MATRA 的 EUCLID 軟件及 DES的 UG 等。這給設(shè)計(jì)人員提供了更完善的機(jī)械設(shè)計(jì) 途徑。文章主要基于美國(guó) PTC 公司的PRO/E(WILDFIRE)軟件， PRO/ENGINEER 無論從設(shè)計(jì)工作中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及裝配圖的形成方式，都有操作 容易、使用方便、修改方便的特點(diǎn)，因此在機(jī)械三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。 選擇翅片的自動(dòng)送料裝置作為本次設(shè)計(jì)和裝配對(duì)象，是因?yàn)殡S著機(jī)電一體化的迅猛發(fā)展，不用人工操作或者很少需要人工操作的自動(dòng)化設(shè)備已得到了廣泛的應(yīng)用，不 僅 將逐步取代人工加工的方式，目前國(guó)外的自動(dòng)化程度已經(jīng)達(dá)到了很高的程度，然而我國(guó)的自動(dòng)化程度還不是很高。 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 2 1 概述 1.1 裝配的基本概念 任何一臺(tái)機(jī)械，都是由許多零件和部件組成的。由零件組裝成整臺(tái)機(jī)械的全過程稱為裝配。由于機(jī)械的復(fù)雜程度不同，零件的組合情況不同，在 機(jī)械裝配中，根據(jù)零件組合的特點(diǎn)，把機(jī)械的組成單元作如下區(qū)分 ： 1） 零件是機(jī)械組裝的基本單元。它是由一塊材料制成的，不能再進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的分解。在裝配中，有的零件是裝配的基礎(chǔ)，它具有配合基準(zhǔn)面，可以保證裝配在它上面的零件具有正確的相對(duì)位置，這種零件稱為基礎(chǔ)零件。對(duì)于一臺(tái)機(jī)床來說，機(jī)座或機(jī)架就是它的基礎(chǔ)零件。 2） 組件由若干個(gè)零件組成，但不具有獨(dú)立功能。如活塞連桿組成一個(gè)組件，它由 連桿、活塞、活塞銷等零件組成，但它不能獨(dú)立發(fā)生作用，必須與缸體、 缸蓋和曲軸等到協(xié)調(diào)起來才能進(jìn)行工作。 3） 部件和總成由若干組件或零 件組成，具有結(jié)構(gòu)上和作用上的獨(dú)立性，這樣的組件稱為部件或總成。例如一個(gè)濾清器，只要讓流體從它的內(nèi)部流過，它就能對(duì)流體起濾清作用，這就可以稱為部件或總成。但習(xí)慣上是把直接組成機(jī)械的單元稱作總成。組成總成的單元稱作部件。例如發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)總成，而燃油泵、濾清器在性質(zhì)上也可稱作總成，但它們是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)總成上的，因此仍稱作部件。 圖 1-1 機(jī)械裝配路線示意圖 Fig 1-1 Mechanical assembly Map XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 機(jī)械裝配的過程，就是由零件組裝成組件、由組件組裝成部件、裝成總成和最后組裝成 機(jī)械的過程。圖 1-1 為這種過程的示意圖。 1.2 傳統(tǒng) 意義 的裝配 傳統(tǒng)制造業(yè)注重規(guī)模效益，以手工裝配為主的傳統(tǒng)的裝配的方法還是能夠適應(yīng)對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)的需要的。特別是在大規(guī)模生產(chǎn)下，新產(chǎn)品的開發(fā)也大都局限于對(duì)己有產(chǎn)品進(jìn)行局部的改進(jìn)設(shè)計(jì)，這時(shí)，由于設(shè)計(jì)人員及工人已對(duì)產(chǎn)品本身及裝配工藝比較熟悉，還是可以較順利的完成設(shè)計(jì)、試生產(chǎn)、裝配驗(yàn)證、最終成批生產(chǎn)的整個(gè)開發(fā)過程的 1 。 但是，隨著全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開發(fā)速度己成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一。近20 年來，制造業(yè)市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生 了巨大變化 ： 一方面表現(xiàn)為消費(fèi)者興趣的短時(shí)效性和消費(fèi)者需求日益主體化、個(gè)性化及多元化 ； 另一方面則是區(qū)域性、國(guó)際性市場(chǎng)壁壘的淡化或打破，使制造廠商不得不著眼于全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。快速將多樣化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)是制造商把握市場(chǎng)先機(jī)而求生存的重要保障。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶需求，其制造技術(shù)必須有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)迎合市場(chǎng)。面對(duì)這樣的市場(chǎng)現(xiàn)狀，傳統(tǒng)裝配的缺點(diǎn)就逐漸暴露了出來 ： 1） 必須等零件全部加工完成之后才可進(jìn)行裝配。 2） 不能體現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的思想。 3） 一般要反復(fù)修改，進(jìn)行多次試裝配、周期 長(zhǎng)、成本高、 不能適應(yīng)當(dāng)前敏捷制造的需要。 1.3 產(chǎn)品裝配的發(fā)展現(xiàn)狀 由于加工技術(shù)超前于裝配技術(shù)許多年，兩者已經(jīng)形成了明顯的反差，裝配工藝已經(jīng)成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于裝配研究的理論和實(shí)際操作方面出現(xiàn)了一些新的理論和方法 ， 近來，自動(dòng)裝配和柔性 裝配也得到了一定的發(fā)展 。但是，這些發(fā)展方向都不能很好地滿足縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期和并行工程的要求。 面對(duì)傳統(tǒng)裝配中出現(xiàn)的問題，許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)人員致力于產(chǎn)品的預(yù)裝配 虛擬裝配。這是因?yàn)?: 1） 在虛擬裝配中，由于沒有制造真實(shí)的產(chǎn)品，大大減少了產(chǎn)品開發(fā) 的成本。 2） 在虛擬裝配時(shí)可以盡可能地解決大部分裝配問題，這就使新產(chǎn)品開發(fā)的周期大為縮短，使企業(yè)盡早占領(lǐng)市場(chǎng)。 目前，虛擬裝配的研究取得了一些進(jìn)展 :在裝配的路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)仿真、產(chǎn)品的可裝 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 4 配性評(píng)價(jià)等方面都有一定的突破。但是這些又往往不能支持并行工程。而一些而向產(chǎn)品開發(fā)的軟件雖能支持并行工程。但又是不是面向裝配過程的。如何把二者結(jié)合起來是當(dāng)前的一個(gè)研究方向。本文在這方面做了一定的工作，使產(chǎn)品的開發(fā)軟件能夠更好地支持虛擬裝配過程。 1.4 虛擬裝配 近年來，世界機(jī)械制造業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為了 適應(yīng)變化迅速的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品研制周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)成為每一個(gè)現(xiàn)代企業(yè)必須面對(duì)的問題。近 20 年來的實(shí)踐證明，將信息技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品研制以及實(shí)施途徑的改造，是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的必由之路。同時(shí)，先進(jìn)的產(chǎn)品研制方法、手段以及實(shí)施途徑，實(shí)際上是產(chǎn)品研制質(zhì)量、成本、設(shè)計(jì)周期等方面最有利的保證。以波音公司為例，在數(shù)字化代表產(chǎn)品 -波音 777 的展示中，不像以往那樣重點(diǎn)宣傳新型飛機(jī)本身性能如何優(yōu)越，而是強(qiáng)調(diào)他們?nèi)绾纬浞掷脭?shù)字化研制技術(shù)以及產(chǎn)品研發(fā)人員的重新編隊(duì)等方面。波音 777 飛機(jī)項(xiàng)目順利完成的關(guān)鍵是依賴三維數(shù)字化 設(shè)計(jì)與集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì) IPT（ Integrated Product Development Team）（ 238 個(gè)Team） 的有效實(shí)施，保證了飛機(jī)設(shè)計(jì)、裝配、測(cè)試以及試飛均在計(jì)算機(jī)上完成。研制周期從過去的 8 年時(shí)間縮減到 5 年，其中虛擬裝配的工程設(shè)計(jì)思想在研制過程中發(fā)揮了巨大的作用 2 。 1.4.1 虛擬裝配的定義 “ 虛擬裝配 ” （ Virtual Assembly）是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在虛擬技術(shù)領(lǐng)域和仿真領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用研究。通常有 2 種定義： 1) 虛擬 裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段。該定義強(qiáng)調(diào)虛擬裝配技術(shù)是一種模型重新進(jìn)行定位、分析過程。 2) 虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。 1.4.2 虛擬裝配的基本設(shè)計(jì)思想及內(nèi)涵 1） 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配（ Design-Centered Virtual Assembly）是指在產(chǎn)品三維數(shù)字化定義應(yīng)用于產(chǎn)品研制過程中，結(jié)合產(chǎn)品 研制的具體情況，突出以設(shè)計(jì)為核心的應(yīng)用思想，這表現(xiàn)在以下三個(gè)層次，如圖 1-2 所示 ： 面向裝配的設(shè)計(jì)（ DFA）： 即在設(shè)計(jì)初期把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程與制造裝配過程有機(jī)結(jié)合，從XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 設(shè)計(jì)的角度來保證產(chǎn)品的可裝配性。引入面向產(chǎn)品裝配過程的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有良好的結(jié)構(gòu)，能高效地進(jìn)行物理裝配，能在產(chǎn)品研制初期使設(shè)計(jì)部門與制造部門之間更有效地協(xié)同工作。 圖 1-2 虛擬裝配層次圖 Fig 1-2 Virtual assembly hierarchical graph 自頂向下（ Top-down）的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)（ CPD） ： 并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程集成、并行地進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)開發(fā)人員從一開始就考慮產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)直至消亡的整個(gè)生命周期里的所有相關(guān)因素的影響，把一切可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤和矛盾盡可能及早發(fā)現(xiàn)，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 與 Master Model相關(guān)的可制造性設(shè)計(jì)和可裝配 性設(shè)計(jì) ： 產(chǎn)品研制是多部門的協(xié)同工作過程，各部門間的合作往往受到各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)條件等方面的限制，結(jié)合各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的可制造性、可裝配性，減少零部件模型的數(shù)量和特殊類型，減少材料種類，使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的零部件，是非常必要的 3 。以不同階段的Master Model 為核心，可以保證產(chǎn)品研制的不同階段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整一致，保證產(chǎn)品研制的各個(gè)部門協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn) CAD/CAM/CAE 系統(tǒng)的高度集成，有效提高產(chǎn)品的可制造性和可裝配性。 2） 以過程控 制為中心的虛擬裝配 以過程控制為中心的虛擬裝配（ Process-Centered Virtual Assembly）主要包含以下兩方面內(nèi)容。 實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制 。 在產(chǎn)品數(shù)字化定義過程中，結(jié)合產(chǎn)品研制特點(diǎn)，人為地將虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，該過程可以劃分為三個(gè)階段：總體設(shè)計(jì)階段、裝配設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。通過對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)階段的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制，以及虛擬裝配設(shè)計(jì)流程。 總體設(shè)計(jì)階段?？傮w設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品研制的初期階段，在此階段進(jìn)行產(chǎn)品初步的總體布局，主要包括：建立主模型（ Master Model）空間；進(jìn)行產(chǎn)品初步的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體布 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 6 局。 裝配設(shè)計(jì)階段。裝配設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的主要階段，在此階段產(chǎn)品三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，主要包括：產(chǎn)品模型空間分配（裝配區(qū)域、裝配層次的劃分）；具體模型定義（建立幾何約束關(guān)系、三維實(shí)體模型等）以及應(yīng)力控制。 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段為產(chǎn)品研制的完善階段，在此階段完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，主要包括 ：完成產(chǎn)品三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)，進(jìn)行產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)裝配，進(jìn)行全機(jī)干涉檢查。 過程控制管理 。 過程模型包含了產(chǎn)品開發(fā)的過程描述、過程內(nèi)部相互關(guān)系 和過程間的協(xié)作等方面內(nèi)容。通過對(duì)過程模型的有效管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程研制過程中各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果和加工工藝等產(chǎn)品相關(guān)信息的管理，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)過程的目的。 3） 仿真為中心的虛擬裝配 以仿真為中心的虛擬裝配（ Simulate-Centered Virtual Assembly）是在產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)模型中，融入仿真技術(shù)，并以此來評(píng)估和優(yōu)化裝配過程。其主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可裝配性。 優(yōu)化裝配過程 目的是使產(chǎn)品能適應(yīng)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，合理劃分成裝配單元，使裝配單元能并行地進(jìn)行裝配 4 。 可裝配性評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)品裝配的相對(duì)難易程度，計(jì)算裝配費(fèi)用，并以此決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否需要修改。 1.4.3應(yīng)用研究 基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境 ： 虛擬裝配技術(shù)在焊接小車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要以一定的基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境作為平臺(tái)，主要包括以下幾個(gè)方面：協(xié)同工作環(huán)境、統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)以及機(jī)械通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。 1） 協(xié)同工作環(huán)境。有一個(gè)協(xié)同工作的基礎(chǔ)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)支持異地設(shè)計(jì)、異地裝配、異地測(cè)試的工作環(huán)境，特別是基于網(wǎng)絡(luò)的三維圖形的異地快速傳遞、過程控制、人機(jī)交互的基礎(chǔ)環(huán)境是非常必要的 2） 統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)。焊接小車的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系 統(tǒng)工程，各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)在IPT 內(nèi)部以及 IPT 之間進(jìn)行合理流動(dòng)，因此有效的管理是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，必須能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)，又能對(duì)各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和傳遞，保證在正確的時(shí)間把正確的信息以正確的方式傳遞給正確使用的人。因此，采用統(tǒng)一的信息編碼系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。 XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2 Pro/ENGINEER 的虛擬裝配與運(yùn)動(dòng)仿真 本章在前一章的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究在 Pro/ENGINEER 環(huán)境下的虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真的一些內(nèi)容。 2.1 Pro/ENGINEER 簡(jiǎn)介 PRO/E 是美國(guó) PTC 公司的大型三維 CAD/CAM/CAE 一體化軟件。 是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件， PRO/E 以其基于特征的參數(shù)化造型、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世，具有很強(qiáng)的實(shí)體造型和虛擬裝配能力。 被廣泛的用于造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析及相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等的各個(gè)領(lǐng)域。Pro/Engineer 軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能 5 。 Pro/E 能夠讓多個(gè)部門同時(shí)致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對(duì)大型 項(xiàng)目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。 新版推出的工程軟件 PRO/E Woildfire2.等， 它的主要基本功能與以前的版本基本相同，并擴(kuò)展了許多方面的功能 ，賦予軟件 400 多項(xiàng)增強(qiáng)型功能 。 PRO/E Woildfire2.0 的界面非常友好，清楚明確，以工具條代替文字，使人視覺和心理都有一種輕松感，它把功能的一部分，像三維平面、坐標(biāo)系、軸線、實(shí)體、外觀等設(shè)置成工具條，使工作效率、方便程度大為提高。 2.1.1 Pro/E 功能模塊介紹 1) 工業(yè)設(shè)計(jì) (CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要用 于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，以前，在零件未制造出時(shí)，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用 3DS 可以生成實(shí)體模型，但用 3DS生成的模型在工程實(shí)際中是 “中看不中用”。用 PRO/E 生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上， PRO/E 后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。 包括 ： PRO/3DPAINT(3D 建模 )、 PRO/ANIMATE(動(dòng)畫模擬 )、 PRO/DES 工 GNER(概念設(shè)計(jì) )、 PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成 )、 PRO/PERSPECTA-SKETCH(圖片轉(zhuǎn)三維模型 )、 PRO/PHOTORENDER(圖片渲染 )幾個(gè)子模塊。 2) 機(jī)械設(shè)計(jì) (CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對(duì) XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 8 曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。用 PRO/E 生成曲面僅需 2 步到 3 步 的動(dòng) 作。 Pro/E 生成曲面的方法有 :拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E 可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其 它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持 GB, ANSI, ISO 和 JIS 等標(biāo)準(zhǔn)。包括 ： PRO/ASSEMBLY(實(shí)體裝配 )、 PRO/CARL 工 NG(電路設(shè)計(jì) )、 PRO/PIP 工 NG(彎管鋪設(shè) )、 PRO/REPORT(應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示 )、 PRO/SCAN- TOOLS(物理模型數(shù)字化 )、 PRO/SURFACE(曲面設(shè)計(jì) )、 PRO/WELDING(焊接設(shè)計(jì) ) 3) 功能仿真 (CAE)模塊 功能仿真 (CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握，機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了 一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計(jì)。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近 20%，而其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。 包括 :PRO/FEM-POST(有限元分析 )、 PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS(自定義載荷輸入 )、 PRO/MECHANICAEQUAT(第三方仿真程序連接 )、 PRO/MECHANICAMOTION(指定環(huán)境下的裝配體運(yùn)動(dòng)分析 )、 PRO/MECHANICA THERMAL(熱分析 )、 PRO/MECHANICA TIRE MODEL(車輪動(dòng)力仿真 )、 PRO/MECHANICA VIBRATION(震動(dòng)分析 )、 PRO/MESH (有限元網(wǎng)格劃分 )。 4) 制造 (CAM)模塊 在機(jī)械行業(yè)中用到的 CAM 制造模塊中的功能是 NC Machining(數(shù)控加工 )。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件 CAMMAX， 加工出高精度、低噪聲的潛艇推進(jìn)器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重 。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術(shù)，受到了嚴(yán)厲的制裁。在這一事件中出盡風(fēng)頭的 CAMMAX 軟件就是一種數(shù)控模塊。 PRO/E 的數(shù)控模塊包括 ： PRO/CASTING( 鑄造模具設(shè)計(jì) )、 PRO/MFG( 電加 )、PRO/MOLDESIGN(塑料模具設(shè)計(jì) )、 PRO/NC-CHECK (NC 仿真 )、 PRO/NCPOST(CNC 程序生成 )、 PRO/SHEETMETAL(鈑金 設(shè)計(jì) )。 5) 數(shù)據(jù)管理 (PDM)模塊 Pro/E 的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 找出造成 產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對(duì)癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。它就像Pro/E 家庭的一個(gè)大管家，將觸角伸到每一個(gè)任務(wù)模塊。并自動(dòng)跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個(gè)管家通過一定的機(jī)制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。 它包括 ： PRO/PDM(數(shù)據(jù)管理 )、 PRO/REVIEW(模型圖紙?jiān)u估 )。 6) 數(shù)據(jù)交換 (Geometry Translator)模塊 在實(shí)際中還存在一些別的 CAD 系統(tǒng)，如 UGH、 EUCLID、 CIMATRTON、 MDT 等，由于它們門戶有別， 所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對(duì)方所識(shí)別。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的 CAD 數(shù)據(jù)。這時(shí)幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會(huì)發(fā)揮作用。 Pro/E 中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個(gè)，如 :PRO/CAT(PRO/E 和 CATIA 的數(shù)據(jù)交換 )、PRO/CDT(二維工程圖接口 )、 PRO/DATA FOR PDGS (PRO/E 和福特汽車設(shè)計(jì)軟件的接口 )、PRO/DEVELOP(PRO/E 軟 件 開 發(fā) ) 、 PRO/DRAW( 二 維 數(shù) 據(jù) 庫 數(shù) 據(jù) 輸 入 ) 、PRO/INTERFACE( 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 數(shù) 據(jù) 交 換 格 式 擴(kuò) 充 ) 、 PRO/INTERFACEFOR STEP (STEP/IS010303 數(shù)據(jù)和 PRONE 交換 ) 、 PRO/LEGACY( 線架 / 曲 面 維 護(hù) ) 、PRO/LIBRARYACCESS (PRO/E 模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)入 )、 PRO/POLT (HPGL/POSTSCRIPTA 數(shù)據(jù)輸出 ) 6 2.1.2 Pro/E功能 簡(jiǎn)介 Pro/ENGINEE 軟件的基本功能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a） 零件設(shè)計(jì) 1) 生成草圖特征、 包括凸臺(tái)、凹槽以及沖壓的、旋轉(zhuǎn)的、沿二維草圖掃掠過的槽 或兩個(gè)平行 截面間拼合的槽。 2) 生成標(biāo)準(zhǔn)特征， 包括孔、倒角、圓角、殼、規(guī)則圖、法蘭盤、棱等。 3) 草圖裝飾特征。 4) 生成參考基準(zhǔn)面、軸、點(diǎn)、曲線、坐標(biāo)、以及非實(shí)體參考基準(zhǔn)的圖。 5) 修改、刪除、壓縮、重定義和重排列特征以及只讀特征。 6) 通過向系列表中添加尺寸生成表驅(qū)動(dòng)零件。 7) 產(chǎn)生工程信息，包括零件 的質(zhì)量特性、相交截面模型、參考尺寸。 8) 在模型上生成幾何拓?fù)?關(guān)系的曲面及粗糙度。 9) 在模型上給定密度、單位、材料特性或用戶 專用的質(zhì)量特性。 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 10 10) 可以通過 Pro/FEATURE 定義高級(jí)特征以增強(qiáng)系統(tǒng)功能。 b) 裝配設(shè)計(jì) 1) 使用貼合 （ mate） 、插入 （ Insert）、 對(duì)齊 （ Align） 等命令生成裝配和子裝配，最終 生成整個(gè)產(chǎn)品的裝配。 2) 從一個(gè)裝配中拆開裝配的組件。 3) 修改裝配時(shí)設(shè)置的偏移。 4) 生成和修改裝配的基準(zhǔn)面、坐標(biāo)系和剖面圖。 5) 修改裝配模型中的零件尺寸。 6) 產(chǎn)生工程信息、材料清單、參考尺寸和裝配質(zhì)量等特性參數(shù)。 7) 可通過 Pro/ASSEMBLY 進(jìn)行復(fù)雜、大型的裝配設(shè)計(jì)以增強(qiáng)系統(tǒng)功 能。 c) 設(shè)計(jì)文檔 1) 生成多種類型的工程圖，包括總圖、投影圖、附屬圖、細(xì)節(jié)圖、分解圖、局部圖 和透視圖。 2) 完成對(duì)擴(kuò)大視圖的修改，包括視圖比例和局部邊界或細(xì)節(jié)圖的修改，增加投影圖、 剖面圖的箭頭和生成快照?qǐng)D。 3) 用多模型生成繪圖，從繪圖中刪除一個(gè)模型，對(duì)當(dāng)前繪圖模型進(jìn)行設(shè)置和增加亮度。 4) 用草圖作為參數(shù)繪圖格式。 5) 操作方式包括顯示、擦除、開關(guān)視圖、觸發(fā)箭頭、移動(dòng)尺寸、文本或附加點(diǎn)。 6) 修改尺寸值和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 7) 生成顯示、 移動(dòng)、擦除、和用于標(biāo)準(zhǔn)注釋和開關(guān)視圖。 8) 包括在繪圖注釋中己有的幾何關(guān)系。 9) 更新幾何模型的組成設(shè)計(jì)。 10) 專門繪圖的 IGES 文件。 11) 對(duì)標(biāo)志繪圖指示作更改。 12) 通過 Pro/DETA I L 進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以增加系統(tǒng)繪圖功能。 d) 通用功能 1) 數(shù)據(jù)庫管理命令。 2) 在層和顯示層上放置零件的層控制。 XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3) 用于距離的測(cè)量，幾何角度、間隙和在零件間以及裝配時(shí)的干涉檢查。 4) 對(duì)于掃視、變焦距、旋轉(zhuǎn)、陰影、重新定 位模型和繪圖的觀察能力。 2.2 基于 Pro/E 的裝配 2.2.1 裝配的方法分類 Pro/E 虛擬裝配設(shè)計(jì)有自底向上 （ Bottom-up） 設(shè)計(jì)和自頂向下 （ Top-down） 設(shè)計(jì)兩種。其中前者是指在設(shè)計(jì)過程中，先設(shè)計(jì)單個(gè)零部件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配生成總體設(shè)計(jì)。這種裝配建模需要設(shè)計(jì)人員交互的給定配合構(gòu)件之間的配合約束關(guān)系，然后由 Pro/E 系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算構(gòu)件的轉(zhuǎn)移矩陣，并實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。然而，交互給定構(gòu)件之間的配合約束關(guān)系不僅費(fèi)事，并且當(dāng)構(gòu)件之間的配合較多時(shí)，容易出現(xiàn)約束不當(dāng)或約束出錯(cuò)等的情況。也只有在進(jìn)行裝 配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)是否合理，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就要對(duì)零件重新設(shè)計(jì)，重新裝配，再發(fā)現(xiàn)問題再進(jìn)行修改，而 Top-down 的設(shè)計(jì)方式正避免了以上缺點(diǎn)，可以方便、直接的進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 Top-down 的設(shè)計(jì)方法是指在裝配環(huán)境中創(chuàng)建與其它部件相關(guān)的部件模型，是在裝配部件的頂級(jí)向下產(chǎn)生子裝配和零件的裝配設(shè)計(jì)方法。即先由產(chǎn)品的大致形狀特征對(duì)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)裝配情況對(duì)零件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì) 7 。這種設(shè)計(jì)方法是一個(gè)由粗入精的過程，多用于全新的開發(fā)過程，可以保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品相互間有一個(gè)合理 的位置?；?Top-down的裝配設(shè)計(jì)技術(shù)也與工程實(shí)際相符合，而 Pro/E 的裝配建模技術(shù)完全支持 Top-down 的設(shè)計(jì)方法 。 在設(shè)計(jì)應(yīng)用的過程中，發(fā)現(xiàn)基于 Top-down 生成的裝配體由于構(gòu)件之間不是以配合約束關(guān)系聯(lián)系在一起的，因而不支持設(shè)計(jì)后的約束驅(qū)動(dòng)修改，對(duì)于后期的設(shè)計(jì)驗(yàn)證造成一定的困難。為了讓基于 Top-down 虛擬裝配技術(shù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品方便支持后期的開發(fā)和研究，本文在此基礎(chǔ)上提出在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)讓 PRO/E 系統(tǒng)完成配合約束的識(shí)別，動(dòng)態(tài)維護(hù)該約束，從而改善在虛擬環(huán)境下基于 Top-down 的產(chǎn)品虛擬裝配設(shè)計(jì)。 2.2.2虛擬裝配體系的要求 建立虛擬裝配體系是一個(gè)很重要的工作，它應(yīng)能體現(xiàn)裝配過程中的各個(gè)方面，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下功能 : 1) 體現(xiàn)產(chǎn)品的功能要求，這是十分重要的，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品，如果功能不能實(shí)現(xiàn)，其 它將無從談起。 2) 應(yīng)能對(duì)裝配進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出裝配方法的優(yōu)劣。 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 12 3) 能夠滿足并行工程的需要。 4) 能夠使裝配的產(chǎn)品系列化，以適應(yīng)市場(chǎng)。 虛擬裝配體系的建立過程 : 1) 建立產(chǎn)品的裝配模型。 2) 規(guī)劃產(chǎn)品的裝配順序。 3) 規(guī)劃每個(gè)產(chǎn)品裝配的路徑。 4) 對(duì)產(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行 評(píng)價(jià)。 2.3 Pro/E 的運(yùn)動(dòng)仿真 PRO/ MECHANICA MOTION 模塊 ， 是一個(gè)完整的三維實(shí)體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和逆動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊 ， 是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析強(qiáng)有力的工具。 在裝配設(shè)計(jì)中，確定零件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系，給定主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)，可以模擬顯示整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通過動(dòng)態(tài)仿真可以檢查機(jī)器各零部件間的位置約束和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的正確性。 在 PRO/E 操作界面就可以使用集成的 PRO/ MECHANICA MOTION 中的函數(shù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真的一般過程如圖 2-1 所示。 圖 2.1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真過程圖 Fig.2.1 Mechanical system simulation process map 總體方案設(shè)計(jì)主要是利用已知條件 ， 以及希望達(dá)到的目的或機(jī)械應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能 ， 進(jìn)行機(jī)械的全局設(shè)計(jì) ， 在頭腦中構(gòu)思形成比較完善的設(shè)計(jì)方案 8 。 1) 建立運(yùn)動(dòng)模型是指進(jìn)行機(jī)械各部分的具體設(shè)計(jì) ， 首先確定各零件的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和公差等 ， 并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行二維繪圖和三維實(shí)體造型 ， 然后通過裝配模塊完成各零XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 件的組裝 ， 形成整機(jī)。裝配是運(yùn)動(dòng)仿真的前提保障 ， 裝配關(guān)系的正確與否直接影響著運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果 ， 裝配前首先要確定運(yùn)動(dòng)的各構(gòu)件以及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副。確定好各構(gòu)件及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副之后 ， 即可通過選擇構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成機(jī) 構(gòu) ， 最后由各機(jī)構(gòu)組成整機(jī)。并為仿真做 準(zhǔn)備。 2) 設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境 是定義機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所必需的各種條件 ， 比如 :運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源 ， 初始位置和狀態(tài)等。在復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中 ， 要定義多重的動(dòng)力驅(qū)動(dòng) ， 并要定義不同驅(qū)動(dòng)之間的大小方向等的關(guān)系 ， 還要約束機(jī)構(gòu)的最大和最小運(yùn)動(dòng)極限 ， 使系統(tǒng)能在合理的范圍中運(yùn)動(dòng)。在已建立運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上 ， 此步驟將賦予模型運(yùn)動(dòng)的屬性。系統(tǒng)將在此定義下完成要求的運(yùn)動(dòng)。分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是定義要分析的 屬性。在 PRO/ M 中包括裝配分 析 、 速度分 析 、 靜態(tài)分 析 、 運(yùn)動(dòng)分析等多種分析類型。通過對(duì)系統(tǒng)的各種動(dòng)態(tài)分析 ， 可迅速得到相關(guān)的信息 ，以此設(shè)計(jì)和完善構(gòu)件。獲取分析結(jié)果是將分析的結(jié)果通過可視化的方法表現(xiàn)出來 ， 主要包括運(yùn)動(dòng)回放 ， 可分析干涉檢驗(yàn) ， 運(yùn)動(dòng)包絡(luò)等 。 還可測(cè)量系統(tǒng)中需要跟蹤的參數(shù) ， 并將其變化趨勢(shì)通過圖表的形式直觀的表現(xiàn)出來。 3) 分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是定義要分析的屬性。在 PRO/M 之中包含裝配分析、速度分析、靜態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)分析等分析類型。通過對(duì)系統(tǒng)的各種動(dòng)態(tài)分析，可以迅速得到相關(guān)信息，以此設(shè)計(jì) 和完善構(gòu)件。 在整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真的過程中 ， 各步驟之間并非絕對(duì)的線性或單方面 ， 而是相互關(guān)聯(lián)和影響的 ， 通過分析反饋信息 ， 完善運(yùn)動(dòng)模型 ， 變化運(yùn)動(dòng)環(huán)境 ， 以及分析的結(jié)果對(duì)比 ，各步驟之間綜合的調(diào)整和作用 ， 才會(huì)使最終結(jié)果趨向滿意。 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 14 3 基于 PRO/E 的自動(dòng)送料裝置的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)分析 本章對(duì)送料裝置的料庫、傳動(dòng)裝置 以及座架進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模，和裝配，尤其是對(duì)傳動(dòng)裝置的仿真運(yùn)動(dòng)分析和干涉檢查，以充分體現(xiàn) PRO/E 在設(shè)計(jì)過程中相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。并且深入研究 PRO/E 的分層裝配技術(shù)，以及這些技術(shù)在 中型功能體的虛擬裝配 中的應(yīng)用 。 3.1 送料裝置 簡(jiǎn)介 本機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作 ，并且使 料庫的 同傳動(dòng)裝置一起來回 往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 經(jīng)過計(jì)算和調(diào)整，可使散熱器的芯體精確的送到工作臺(tái)排齊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)梳齒之間，以便進(jìn)行排齊工作和以后的壓裝擴(kuò)口 。而且通過激光記數(shù)器可以控制每次料庫的行程，這些工作都可以由電路控制系統(tǒng)來完成，以大大簡(jiǎn)化 操作，增強(qiáng)設(shè)備的自動(dòng)化程度。 3.1.1 主要參數(shù)的選取與設(shè)定 1) 電機(jī)的選擇 按照已設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們選定某國(guó)產(chǎn) 的 交流感應(yīng)伺服電機(jī) ， 該電機(jī) 具有優(yōu)越的伺服性能、更多的規(guī) 格范圍、精致的全規(guī)格制模外殼，中 、低慣量規(guī)格選擇， 其中我們選取其基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為 n=750 轉(zhuǎn) /分鐘、功率 1.2KW、 扭矩范圍 8-45Nm。 該型號(hào)電機(jī)的特點(diǎn)： a) 力矩特性強(qiáng)勁有力，在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù) 2.8 倍 ， 基點(diǎn)以下為恒轉(zhuǎn)矩特性，基點(diǎn)以上可達(dá) 2-3 倍功率恒定區(qū)域，可以支持快速加減速的力矩要求。 b) 接近線性化設(shè)計(jì)，力矩 /電流 CONST，便于控制和載荷力矩判定。 c) 采 用 低慣量設(shè)計(jì)，部分機(jī)種有二種慣量設(shè)計(jì)（低 、 中慣量），以支持高動(dòng)態(tài)響應(yīng) d) 全封閉自制冷卻風(fēng)機(jī)， F 級(jí)、 IP54，高防護(hù) 、高可靠性、長(zhǎng)壽命、使用 安全 。 e) 編碼器機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，確保 PG 與主軸同心度，編碼器輸出線采用專用接線端子，連接可靠便于接線，在結(jié)構(gòu)上保證可靠屏蔽，避免干擾。 2) 我們?cè)O(shè)定絲杠的導(dǎo)程為 L=0.9mm， 為了提高傳動(dòng)效率，采用多線螺紋，設(shè)定絲杠的螺旋線數(shù)為 3，可得送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為 V=nL/60=（ 750*0.9） /60=11.25mm/s 3) 齒輪、齒條設(shè)計(jì) 選定齒輪的模數(shù) m=1.5，齒輪（一）的齒數(shù) Z1 =22， 分度圓直徑 d=33mm；如圖 3-1： XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 3-1 齒輪（一） Fig 3-1 Gear（一） 我們已經(jīng)知道， 齒輪（一）與齒條的相對(duì)速度為 11.25mm/s， 可知傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度 n1 =11.25/33=0.34 轉(zhuǎn) /秒； 齒輪（二）與齒輪（一） 參數(shù)相同； 齒輪（三）的模數(shù) m=1.5，齒數(shù) Z2 =176，分度圓直徑 d=260mm；如圖 3-2： 圖 3-2 齒輪（三 ） Fig 3-2 Gear（三） 齒輪（二）與齒輪（一）的傳動(dòng)比 i=33/264=1/8； XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 16 可得曲柄的轉(zhuǎn)速為 : n3=0.34*8=2.72 轉(zhuǎn) /秒； 則每?jī)蓚€(gè)翅片之間的間距為： l=11.25/2.72=4.12mm； 不過這只是送料裝置的送料的速度，翅片的間距最終由排齊機(jī)構(gòu)的梳齒決定，送料裝置的任務(wù)是將翅片送入兩個(gè)梳齒之間，以后的裝配工作由其他機(jī)構(gòu)完成。 3.1.2 各部件概述 1) 料庫部分設(shè)計(jì) 料庫采用固定式設(shè)計(jì)，即料庫被固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的前梁上，隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在主卡緊裝置的上方做往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 散熱器的芯體被放入料庫的滑軌中，由傳動(dòng)裝置的落料桿壓入左 右排齊機(jī)構(gòu)的梳齒中 。 2) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個(gè)送料裝置的關(guān)鍵部分，因?yàn)樗鼪Q定了料庫的行走速度、落料的頻率，而且它的精度直接影響整個(gè)設(shè)備的工作，因此要精確的計(jì)算齒輪之間、齒輪和齒條以及絲杠和送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)比關(guān)系，以保證送料機(jī)構(gòu)與左（右）排齊 機(jī)構(gòu)和主卡緊裝置之間的配合。 3) 左（右）座架的設(shè)計(jì) 左（右）座架是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支撐部分，其上裝配有滑軌、滑塊，可保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另外也可在座架上裝配控制系統(tǒng)，方便操作人員的控制，而且整個(gè)送料裝置的動(dòng)力 電動(dòng)機(jī)，也裝配在右座架上 。 3.2 裝配 3.2.1 裝配方法 本次裝配屬中型裝配體，因此其涉及的零部件數(shù)量和種類都很多，如果我們 不加分類地將所有零件裝入同一個(gè)裝配體的話，那么裝配過程將十分煩瑣，而且這樣裝配的思路也不夠清晰，因此我們就需要采用一種合理的方法來對(duì)送料裝置進(jìn)行裝配。 我們都知道在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)方法有 自底向上（ Bottom-up）設(shè)計(jì)和自頂向下（ Top-down）設(shè)計(jì)兩種 ，被我們經(jīng)常采用的設(shè)計(jì)方法是第二種 自頂向下（ Top-down）設(shè)計(jì)的方法，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)完成之后 ， 進(jìn)行裝配的時(shí)候 ， 通常被我采用的則是 自底向上（ Bottom-up）的進(jìn)行裝配 。 此外在 PRO/E 環(huán)境下，如果我們裝配到裝配體中的零件數(shù)量過多的話， PRO/E 就會(huì)將裝配關(guān)系按照裝配時(shí)的先后順序依次添加到此裝配組中，所以在單個(gè)零件的基礎(chǔ)上進(jìn)XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 行整臺(tái)機(jī)械設(shè)備的裝配時(shí)，就會(huì)造成裝配關(guān)系過大，不利于設(shè)計(jì)人員對(duì)裝配關(guān)系進(jìn)行編輯和修改。 而且如果我們?cè)谘b配的時(shí)候，以零件為單位依次添加裝配關(guān)系，那么當(dāng)別人想要修改此設(shè)計(jì)時(shí)，所有的裝配工作就基本上要從頭開始了，這樣的設(shè)計(jì)通用是很差的，在設(shè)計(jì)過 圖 3-3Down-Top 設(shè)計(jì)方法 Fig.3-3 Down-Top Design Method 程中，我們總是希望自己的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的通用性，以便在以后的設(shè)計(jì)中 能夠重復(fù)利用已有的設(shè)計(jì)結(jié)果，減少重復(fù)勞動(dòng)、減少裝配設(shè)計(jì)時(shí)間 、降低失誤次數(shù)、提高設(shè)計(jì)效率 。如果我們能夠從一個(gè)個(gè)的小部件開始裝配，那么在以后的設(shè)計(jì)過程能中我們就有機(jī)會(huì)重復(fù)利用這樣的小部件。 3.2.2 各部件裝配 圖 根據(jù) 自底向上（ Bottom-up） 的裝配方法，下面我們自動(dòng)將送料裝置有單個(gè)組裝成小功能體，在有一個(gè)個(gè)具有一定功能的部件最終組裝成為總體，即總體裝配的圖樣。 1) 料庫 料庫的功能是存放散熱器的芯體， 它由 左（右）支架、擋板、橫梁、軸、卡環(huán)、限位塊、外擋板、可調(diào)擋板、左（右）套、銅套等 19 個(gè)零件一些其他的螺栓螺母等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件組成。 如圖 3-4： 2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 在前面的篇幅中我們已經(jīng)談過，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是整個(gè)自動(dòng)送料裝置的關(guān)鍵部件，而且直接影響整臺(tái)設(shè)備的工作，因?yàn)樗母鞣N運(yùn)動(dòng)需要與其他部件相配合，比如要通過它精確地 將散熱器芯體送入左（右）排齊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)叔齒之間，然后才能進(jìn)行以后的排齊、 壓裝擴(kuò)口、釬焊等工作 。 送料機(jī)構(gòu)由齒輪（一）、半聯(lián)軸器、連桿軸、墊圈、傳動(dòng)軸、連桿、落料桿、襯套、 XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 18 曲柄、緊定法蘭套等 32 個(gè)零件以及其他螺母螺栓等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零件組成。如圖 3-5： 圖 3-4 料庫裝配圖 Fig3-4 Material Database assemble 圖： 3-5 送料機(jī)構(gòu) Fig3-5 Taking materials Device assemble 因?yàn)榇搜b配體較大，我們特意將送料機(jī)構(gòu)的局部放大，以便能更清晰的看到送料機(jī)構(gòu)XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，如圖 3-6 與圖 3-7： 圖 3-6：落料桿 Fig3-6: Blanking Kon 圖 3-7：嚙合齒輪 Fig3-7: Meshing gear XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 20 3) 右座架 右座架被固定在床身上，它的功能是與左座架一起支撐送料機(jī)構(gòu)和料庫，并且其上固定有滑軌，通過滑軌可使送料機(jī)構(gòu)在其上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)送料裝置的動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī)，就是被裝在右座架上，電機(jī)的工作可以受設(shè)備的 PLC 自動(dòng)控制，也可以進(jìn)行人 工控制，如圖 3-8 所示： 圖 3-8 右座架 Fig3-8 right Pedestal 為了能更清晰的看到送料機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，我們將此組件局部放大，入圖3-9 所示： 圖 3-9 局部放大圖 Fig3-9 Local Click XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4) 左座架 左座架的作用與右座架大致相同，不過左座架 與右座架一起 只是單純的起支撐作用，如圖 3-10 所示： 圖 3-10 左座架 Fig3-10 Left Pedestal 通過以上四個(gè)較大部件的裝配完成，下面我們就可以將這些部件組裝到一起，完成 整個(gè)自動(dòng)送料裝置的裝 配，一些不十分的清晰的地方，之前已經(jīng)做過局部放大，可供參照，在此就不在贅訴，如圖 3-11 所示： 圖 3-11 總裝圖 Fig3-11 the overall assemble diagram XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 22 3.3 運(yùn)動(dòng)分析 在 Pro/E 的裝配模塊中對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝然后轉(zhuǎn)入 Pro/Mechanism 中進(jìn)行仿真分析，由于機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤比較多，所以采用部分裝配再仿真、分析，仿真、分析數(shù)據(jù)正確后再加入新部件，再分析 、仿真的方法逐漸由部分到整體的實(shí)現(xiàn)送料裝置模型的正確建立 9 。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)包括自由度的計(jì)算、各個(gè)構(gòu)件位移、速度和加速度的計(jì)算以及構(gòu)件會(huì)不會(huì)干涉、還有如何改變構(gòu)件的尺寸來滿足設(shè)計(jì)的需要等內(nèi)容。 3.3.1 MXD 的操作流程 1) 以 connections 方式建立欲分析的機(jī)構(gòu)組裝 。 2) 補(bǔ)足相關(guān)的運(yùn)動(dòng)配合條件 。 3) 設(shè)定初始位置 。 4) 加入驅(qū)動(dòng)條件 （ 讓機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作，必須加入動(dòng)力條件 ） 。 5) 設(shè)定分析條件并仿真 。 6) 播放、輸出分析結(jié)果 。 3.3.2仿真制作和 運(yùn)動(dòng)干涉檢查 機(jī)構(gòu)的仿真是建立在裝配的基礎(chǔ)上來完成的， 我們知道機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副 雖然不 是在裝配 的過程中定義的， 但是在裝配的時(shí)候我們必須設(shè)定好機(jī)構(gòu)的自由度，結(jié)構(gòu)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 裝配的時(shí)候我們可以選擇放置的裝配方式，也可以選擇連接的方式來對(duì)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配。 二者的區(qū)別是：如果進(jìn)行放置裝配的話，那么這個(gè)裝配的零件是不能動(dòng)的，如果用連接的方式進(jìn)行裝配的話，那么給機(jī)構(gòu)加一個(gè)動(dòng)力源的話就 會(huì)按照我們定義的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)， 我們所說的運(yùn)動(dòng)副就是用連接的裝配方式進(jìn)行定義的 10 。 如圖 3-12 和圖 3-13 所示： 當(dāng)我們以 connections 方式建立欲分析的機(jī)構(gòu)組裝 以后，就需要定義必要的運(yùn)動(dòng)副，在自動(dòng)送料裝置的仿真中， 存在轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副等，以銷釘、滑塊作為連接方式。其工作原理是 當(dāng)右座架上的電機(jī)工作時(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使送料機(jī)構(gòu)沿著座架上的滑軌移動(dòng)，帶動(dòng)送料機(jī)構(gòu)上的齒輪旋轉(zhuǎn)，然后通過曲柄將轉(zhuǎn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化為落料桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到送料的目的 . 1) 定義運(yùn)動(dòng)副：由于篇幅限制的原因，我們只列舉性的說明齒輪副的定義方法： 首先選擇“應(yīng)用程序” “機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)模式； XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 3-12 放置裝配 圖 3-13 連接裝配 Fig 3-12 Placing assembly Fig 3-13 Link assembly 選擇 圖標(biāo)，進(jìn)行齒輪副的定義，我們新建一個(gè)齒輪副， 我們必須定義齒輪 （ 一 ）與齒輪 （ 二 ） 的連接軸（即定義齒輪主體），以及兩個(gè)齒輪的節(jié)圓直徑大小，另外如果我們要定義齒輪和齒條的齒輪副的話，只需將 “類型”改為“齒輪和齒條”即可， 如圖 3-14： 圖 3-14 定義齒輪副 Fig 3-14Definition gear XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 24 2） 定義動(dòng)力源 選擇 按鈕， 定義連接軸、運(yùn)動(dòng)的形式，比如位置、速度、加速度等。如圖 3-15 所示： 圖 3-15 定義動(dòng)力源 Fig 3-15 Power Source Definition 3） 運(yùn)動(dòng)仿真 當(dāng)初始條件設(shè)定好以后，我們就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真了，不過為了方便起見，一般都要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行快照，選擇 按鈕即可進(jìn)行定義，在這里我 們就不再贅述。 選擇 按鈕就可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析，這里我們只進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，其中我們需要定義的是：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間的長(zhǎng)短、間隔時(shí)間，禎頻的大小等，如圖 3-16： 另外我們還可以將仿真過程錄制 mpg 文件，在其他的視頻軟件上播放。 3.4 干涉檢查 在進(jìn)行總布置設(shè)計(jì)時(shí)，一項(xiàng)重要的工作就是對(duì)各相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。其中包括 齒輪或曲柄 的運(yùn)動(dòng)干涉情況。在 Pro/ENGINEER 中，干涉檢查是靜態(tài)的，只有當(dāng)用戶發(fā)出命令時(shí)才進(jìn)行。但可以通過 Analysis 中的 Modle Analysis 來輸入一定參數(shù)，從而進(jìn)行初步分析 11 。 XXXXXXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 3-16 運(yùn)動(dòng)分析 Fig 3-16 Motion Analysis 我們用回放以前運(yùn)動(dòng)分析的功能就可進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真干涉的檢查，點(diǎn)擊 ，選擇一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析，我們可以讓 Pro/E 進(jìn)行無干涉檢查回放，兩個(gè)零件的干涉檢查以及全局的干涉檢查回放，如圖 3-17： 3.5 生成工程 圖 Pro/ENGINEER 中提供了相應(yīng)的功能模塊來創(chuàng)建三維實(shí)體零件所對(duì)應(yīng)的各種工程圖。工程圖中的各個(gè)視圖以及三維實(shí)體都是相互關(guān)聯(lián)的 ，如果在一個(gè)視圖中修改了尺寸，那么所有視圖、實(shí)體模型中的相關(guān)部分都會(huì)被更新并且重新生成，反之亦然。各種尺寸標(biāo)注、注釋、表格和文本等都可以經(jīng)過約定和共用模板進(jìn)行操作。完成三維模型建模，確定各部件總成狀態(tài)后，就可以從整車模型中取出所需的零件、部件的三維模型，并轉(zhuǎn)化為二維工程圖，同時(shí)，分總成可以通過建立連接關(guān)系，自動(dòng)生成相應(yīng)的明細(xì)表。 下圖為自動(dòng)送料裝置的工程圖： XX：基于 PRO/E 的自動(dòng)送料 機(jī)構(gòu) 的仿真 26 圖 3-17 干涉檢查 Fig 3-17 Interference Detection 6 6 7 1 0 0110412122 0 6 2406行程7506203 03 0101.5420168.1251.94570500178.52 32 51 6 2 . 53 4 92 52 4 4 07 8 72 1 6 8 . 55 08 02080298653 07 21 0 1 51 4 9 51959 5 7 . 51 0 0