基于UG灌裝機(jī)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真

基于UG灌裝機(jī)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真摘要：隨著科學(xué)發(fā)展越來(lái)越迅速，機(jī)械設(shè)計(jì)由以前簡(jiǎn)單的CAD二維制圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)字化建模越來(lái)普遍，UG是被越來(lái)越多人使用。本文采用UG來(lái)設(shè)計(jì)灌裝機(jī)的整體設(shè)計(jì)和裝配序列仿真以及運(yùn)動(dòng)仿真，來(lái)測(cè)試灌裝機(jī)整體設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)通過(guò)灌裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熟練的掌握UG的使用方法。關(guān)鍵詞：灌裝機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裝配仿真1.前言灌裝機(jī)主要是包裝機(jī)中的一小類(lèi)產(chǎn)品，從對(duì)物料的包裝角度可分為液體灌裝機(jī)、膏體灌裝機(jī)、粉劑灌裝機(jī)、顆粒灌裝機(jī)；從生產(chǎn)的自動(dòng)化程度來(lái)講分為半自動(dòng)灌裝機(jī)和全自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線(xiàn)。我國(guó)的灌裝設(shè)備主要是應(yīng)用在酒業(yè)、飲料的灌裝上，從灌裝原理上大體可分為負(fù)壓灌裝機(jī)、常壓灌裝機(jī)、等壓灌裝機(jī)、定量灌裝機(jī)、料位灌裝機(jī)等幾種類(lèi)型。但是目前各個(gè)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家的灌裝機(jī)在灌裝能力、效率、適宜瓶型范圍及自動(dòng)化程度等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同程度地制約著產(chǎn)品包裝質(zhì)量和生產(chǎn)率。本文介紹了機(jī)械產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真相關(guān)內(nèi)容，并且以UG為三維軟件平臺(tái)，通過(guò)三維數(shù)字特征建模、參數(shù)化建模、裝配建模技術(shù)，完成灌裝機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)與建模；依據(jù)產(chǎn)品零部件裝配可視化原則與裝配序列規(guī)劃相關(guān)原理，完成灌裝機(jī)爆炸視圖與裝配序列的生成；根據(jù)灌裝機(jī)在實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)特性，完成該灌裝機(jī)特定動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)仿真。2.機(jī)械產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真2.1機(jī)械產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真內(nèi)容數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢(shì)，其內(nèi)涵包括三個(gè)層面：以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字化制造技術(shù)、以控制為中心的數(shù)字化制造技術(shù)、以管理為中心的數(shù)字化制造技術(shù)。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是指工程技術(shù)人員以三維模型為核心來(lái)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的各項(xiàng)工作，如零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)等，以達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本的目的。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于物理樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證為主的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，其主要流程為：物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)→物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭圃炫c試驗(yàn)→修改設(shè)計(jì)→產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是借助三維數(shù)字樣機(jī)來(lái)部分或全部取代物理樣機(jī)的方法，是一種基于數(shù)值模擬與性能仿真預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)方法，其主要流程為：三維數(shù)字樣機(jī)建?！鷶?shù)值模擬仿真與試驗(yàn)→修改設(shè)計(jì)→產(chǎn)品制造[4]。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)思想是采用“基于模型的設(shè)計(jì)技術(shù)”進(jìn)行早期驗(yàn)證，判斷產(chǎn)品是否滿(mǎn)足功能要求，并不斷迭代修改設(shè)計(jì)直到滿(mǎn)意為止。2.2機(jī)械產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用目前已經(jīng)有很多成熟的商業(yè)CAD、CAE軟件在航空航天、機(jī)械電子、汽車(chē)制造、工程機(jī)械、造船、鐵路等各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)三維CAD設(shè)計(jì)方面有Pro/Engineer、UG、SolidWorks、CATIA等。目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到協(xié)同設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)的重要性，形成了一些多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真集成平臺(tái)的軟件。通過(guò)數(shù)字化仿真，可以模擬零部件的力學(xué)性能，以保證零件滿(mǎn)足需要的性能，從而達(dá)到提高材料利用率、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品的最大承載能力和產(chǎn)品的疲勞壽命的目標(biāo)。3.數(shù)字化建模技術(shù)產(chǎn)品數(shù)字化模型不僅是產(chǎn)品性能仿真的基礎(chǔ)，而且也是生產(chǎn)系統(tǒng)建立、工藝路線(xiàn)確定和工藝過(guò)程建模的基礎(chǔ)。產(chǎn)品數(shù)字化建模技術(shù)主要研究的是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用什么樣的數(shù)字化模型來(lái)描述、存貯和表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品，包括產(chǎn)品的幾何形狀、結(jié)構(gòu)、性能與行為狀態(tài)等信息[3]。數(shù)字化建模就是將產(chǎn)品零部件用UG等三維軟件設(shè)計(jì)并且畫(huà)出三維模型出來(lái)，而且要有具體尺寸參數(shù)，更加形象且真實(shí)的表達(dá)出設(shè)計(jì)人員對(duì)零部件的設(shè)計(jì)構(gòu)想。如果覺(jué)得模型不合適可以很方便的修改模型尺寸和形狀。根據(jù)灌裝機(jī)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出灌裝機(jī)，使用此旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以提高灌裝效率。通過(guò)三維數(shù)字化建模技術(shù)應(yīng)用軟件UG8.0，完成齒輪、電動(dòng)機(jī)、減速器等零部件的建模，然后根據(jù)灌裝所需要完成的動(dòng)作，裝配成整機(jī)模型。4.數(shù)字化裝配技術(shù)數(shù)字化裝配技術(shù)是在產(chǎn)品零部件三維數(shù)字化實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)等人機(jī)交互手段，來(lái)規(guī)劃與仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程[4]。產(chǎn)品裝配建模是對(duì)構(gòu)成裝配體的零件和零件之間的關(guān)系進(jìn)行的描述，包括裝配零件建模、裝配結(jié)構(gòu)建模、裝配關(guān)系建模和裝配公差建模[5]。灌裝機(jī)通過(guò)整體-部件-零件的分層模式，建立灌裝機(jī)器的爆炸分層。通過(guò)裝配工藝規(guī)劃和裝配可視化功能，建立灌裝機(jī)的裝配序列。為提高操作人員裝配速度、提高裝配質(zhì)量和效率，建立可視化裝配工藝。5.數(shù)字化運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)[6]。機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化運(yùn)動(dòng)仿真：能在3D環(huán)境下仿真模擬各種具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的設(shè)備和工裝夾具，分析設(shè)備運(yùn)動(dòng)的可行性、可達(dá)性、運(yùn)動(dòng)過(guò)程的干涉以及設(shè)備之間的協(xié)同、設(shè)備與人之間的協(xié)調(diào)等，以便盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備和工裝夾具設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤，加速投產(chǎn)速度，降低制造成本；運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的研究范圍主要在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，其核心是利用計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以確定系統(tǒng)及其構(gòu)件在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，同時(shí)通過(guò)求解代數(shù)方程組確定引起系統(tǒng)及其各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)所需的作用力及其反作用力。灌裝機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌裝。6.結(jié)語(yǔ)綜上所述，我國(guó)的灌裝機(jī)械產(chǎn)品品種缺口約30%-40%；灌裝機(jī)械產(chǎn)品的性能、外觀(guān)質(zhì)量有一定差距。故本文設(shè)計(jì)以UG為三維軟件平臺(tái)，通過(guò)三維數(shù)字特征建模、參數(shù)化建模、裝配建模技術(shù)，完成灌裝機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)與建模；依據(jù)產(chǎn)品零部件裝配可視化原則與裝配序列規(guī)劃相關(guān)原理，來(lái)效驗(yàn)本文所設(shè)計(jì)的灌裝機(jī)是可行的。參考文獻(xiàn)[1]熊煥云.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在灌裝生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：武漢：廣東工業(yè)大學(xué)，2003.[2]王寧紅，高妹芬.我國(guó)包裝機(jī)械業(yè)現(xiàn)狀及對(duì)行業(yè)發(fā)展的思考[J].機(jī)電信息2003，（52）：18-20.[3]寧汝新，劉檢華.數(shù)字化制造中的建模和仿真技術(shù).機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006，42（7）：132-133.[4]徐建新，楊傳東.三維數(shù)字化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用.煤炭科技，2010，4：72-73.[5]寧振波.數(shù)字樣機(jī)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)