黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 在汽車發(fā)動機設計過程中，由于結構復雜，零件數(shù)目眾多，各個零件又不是規(guī)則的形狀，且它們之間的間隙也大小不一，所以很難考慮到零件之間的干涉問題，本設計就是在虛擬環(huán)境下針對此問題做出了有針對性的研究。 隨著計算機的普及以及在各行各業(yè)中的作用變得日益明顯起來，發(fā)動機的設計也基本上脫離了手工的時代，轉(zhuǎn)向了軟件時代，利用軟件在虛擬環(huán)境下設計發(fā)動機可以大大的節(jié)省基金的投入，減少設計人員的勞動強度，更加直觀的看到發(fā)動機的雛形，這就是人們選擇軟件設計的原因；但是，在虛擬環(huán)境下對發(fā)動機進行拆裝干涉實驗現(xiàn)在發(fā)展的還 不是很成熟，其主要原因是在眾多的設計類軟件中沒有一個專門的模塊來完成干涉的檢測操作。 本設計就是在已有的軟件 用此模塊對虛擬環(huán)境下的組合件進行拆裝干涉實驗，從而得出發(fā)動機在拆裝過程中拆裝工具是否與周圍的零件產(chǎn)生運動干涉，從而縮短設計周期，減少設計出的發(fā)動機因拆裝工具與零件之間的干涉而產(chǎn)生的麻煩。 關鍵詞： 汽車發(fā)動機； 涉檢查；參數(shù)化建模；操作工具 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 n is of so it is to is in a to of in of of to in a to of is in a to is is in of of a to is on G a to in so as to 龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 . I . 1 章 緒 論 . 1 題的意義及目的 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 . 1 . 2 計原則 . 3 . 3 . 3 . 3 成的內(nèi)容 . 4 第 2 章 系統(tǒng)的總體設計 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 7 . 10 . 10 具條的定義 . 15 . 15 . 16 第 3 章 干涉檢查 . 17 . 17 . 17 算法 . 18 . 18 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 . 19 第 4 章 操作界面的實現(xiàn) . 20 . 20 . 20 . 21 . 22 . 23 . 23 . 24 . 25 . 28 . 32 結 論 . 33 參考文獻 . 34 致 謝 . 36 附 錄 . 37 附錄 A . 37 附錄 B . 39 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 買文檔送全套 紙，扣扣 414951605 第 1 章 緒 論 題的意義及目的 各 種裝配工具，如扳手、螺絲刀、鉚釘槍、氣動套筒等，是在實際發(fā)動機裝配生產(chǎn)過程中必不可少的，它們在裝配過程中的可操作性不容忽視。每種工具都有其操作空間需求，如扳手需連續(xù)旋轉(zhuǎn) 60以上，而電動套筒只需一個無干涉的工作位置。它們的可操作性是對裝配設計、裝配序列規(guī)劃的一個重要檢查依據(jù)。有必要設計一種快速有效地裝配工具操作空間檢驗（簡稱工具檢驗）方法。不合理的序列可導致工具沒有足夠的空間完成安裝操作。目前在裝配序列規(guī)劃中考慮工具操作運動空間的研究較少。目前數(shù)字化制造應用越來越廣泛，但大多都只研究產(chǎn)品本身的數(shù)字化制造及建 模，對產(chǎn)品裝配所需工具的參數(shù)化建模考慮甚少。因此本課題要研究虛擬環(huán)境下拆卸工具參數(shù)化建模及操作空間檢驗。 為了進行有效的發(fā)動機虛擬拆卸中的操作工具的操作空間檢驗，虛擬環(huán)境中的操作工具是必不可少的，在動態(tài)仿真之前，要進行操作工具的實體參數(shù)化建模，用這些虛擬工具模型，去模擬實際中的操作工具，并進行操作空間干涉性檢驗。 在發(fā)動機設計過程中在虛擬環(huán)境下進行拆裝工具參數(shù)化建模及操作空間檢驗有如下重要性及意義： （ 1） 提高工作效率減少資金投入：將真實環(huán)境里的發(fā)動機拆卸實驗改在虛擬環(huán)境下，因不需要生產(chǎn)出真實的零件，故減 少了資金的投入提高了工作效率。 （ 2） 優(yōu)化設計方案：在虛擬環(huán)境下設計出的發(fā)動機可以在虛擬環(huán)境下進行拆卸空間的檢驗，對拆卸工具進行參數(shù)化分析，以便對不合理處進行優(yōu)化處理。 （ 3） 縮短設計周期：采用虛擬環(huán)境的空間檢驗，對不合理出的修改更加容易，便利，并且可在任意時間進行檢驗，這樣大大的縮短了設計的周期。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 參數(shù)化建模方面的研究 隨著計算機輔助技術應用的日益廣泛 , 如何在零件生產(chǎn)中充分利用計算機輔助技術 , 提高零件的生產(chǎn)效率 , 縮短生產(chǎn)周期 , 全面提升零件生產(chǎn)技術水平 , 已成為 近幾黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 年來研究的重要課題之一；因此在通用 臺上進行二次開發(fā) ,建立符合國家標準 , 適合企業(yè)應用的專業(yè)化、集成化的標準件庫 , 可以提高生產(chǎn)效率 , 同時對推廣標準件的應用 , 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期具有重要意義 3。標準零部件的設計是一項費時費力且?guī)в泻艽笾貜托缘墓ぷ?, 因此國內(nèi)外許多企業(yè)、高校紛紛在不同的 臺上研究建立參數(shù)化的標準件庫 , 但研究的重點基本都放在標準件的參數(shù)驅(qū)動和標準件庫的管理方面 , 而能夠方便地嵌入不同的 臺 , 并且集標準件查詢、 模、零件裝配定位、 自動生成等功 能于一體的零件庫系統(tǒng)尚不多見 6。 稱 軟件起源于美國麥道飛機公司，當時為了設計和制造 斗機 ,而形成了 品。 件在 表現(xiàn)出了強大的功能，但 通用支撐軟件系統(tǒng)僅具有 基本功能，沒有提供專用產(chǎn)品所需要的完整 C A D / C A M 功能。由于機械產(chǎn)品的千變?nèi)f化，需要針對具體對象在選用的 件平臺上進行二次開發(fā)，來設計出界面友好、功能強大和使用方便的專用產(chǎn)品的 統(tǒng)。 隨著計算機的應用和發(fā)展以及三維數(shù)控 設備的引進，近年來國內(nèi) 件二次開發(fā)取得了很大的進步，特別是在 就是 計方面軟件二次開發(fā)已有相當多的成果，如上海交通大學國家模具 程研究中心的覆蓋件沖模智能設計系統(tǒng)、同濟大學的 中科技大學的 U G 軟件二次開發(fā)等，但是在 控加工方面軟件二次開發(fā)的研究相對來說就少了，國內(nèi)主流的數(shù)控加工編程軟件有，主流的三維設計軟件有 、 ，很多公司一般用 、 進 行數(shù)控加工編程 21。很顯然， 、 G 這三大軟件中， 遍被同時用來設計和加工，可以實現(xiàn)設計與加工之間的無縫接口，使用起來不會有不同文檔之間的兼容問題，比較方便。既然這樣，那么 控加工方面軟件二次開發(fā)的研究應是值得的。 空間干涉方面的研究 在發(fā)動機的設計之初就要考慮到發(fā)動機的拆裝，除了要考慮到各個零部件的裝配空間外，還要考慮到裝配工具的移動空間，以防止工具與各個零部件之間的干涉現(xiàn)象。這些在虛擬狀態(tài)下就比較容易實現(xiàn) 5。采用虛擬裝配技術對產(chǎn)品的裝配干涉進 行分析 ,給出相應的結構修改建議 , 這樣就可以在設計階段進行驗證 ,確保設計的正確性 , 避免損失。干涉檢驗的研究在數(shù)控加工過程仿真中具有重要的意義 , 而干涉檢驗的有效實現(xiàn)尤為重要。它可以為干涉回避提供較好的參考依據(jù) , 以便真正實現(xiàn)加工仿真的目的。 虛擬裝配的干涉檢驗技術主要包括零部件組選擇、干涉和間隙體積計算、干涉零件創(chuàng)成干涉檢驗報告生成等 23。對于機床產(chǎn)品的虛擬裝配及裝配干涉檢驗主要包括 : 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 對零件及組件進行合理裝配 ;利用相對位置及尺寸定義零件間的關系 ;通過動畫 , 利用干涉檢驗或可視檢查裝配部件和組件的物理 性能分析。裝配干涉檢驗主要可按對象屬性分為幾何可行性分析和機械可行性分析 8; 按對象觀測狀態(tài)可分為靜態(tài)干涉檢驗和動態(tài)干涉檢驗 ,在此做靜態(tài)干涉檢驗和動態(tài)裝配路徑上的幾何可行性分析零部件靜態(tài)干涉檢驗是對產(chǎn)品零部件設計的評估 , 可以在主任設計師確定裝配結構和總體設計后 , 由多個設計人員進行零部件細化設計 , 最后由主任設計師進行裝配件的靜態(tài)干涉檢查得到裝配件的干涉和間隙體積計算 , 生成干涉檢驗報告幾何可行性分析是指對于組成產(chǎn)品、各個級別的裝配體的零部件進行集合上的干涉檢查 ,這里的檢查包含有零部件在裝配體中的靜態(tài) 空間位置的相交性也包含零部件在構成產(chǎn)品的裝配過程中在空間上的幾何干涉檢查。靜態(tài)的幾何可行性分析 , 可以在三維 境狀態(tài)中通過觀測產(chǎn)品構成進行具體來說可以對產(chǎn)品的觀測視角進行調(diào)整進行局部區(qū)域的縮放 ,對于零部件的顏色進行不同的標示 4。動態(tài)裝配路徑上的幾何可行性分析 ,利用虛擬裝配的功能模塊來實現(xiàn)。該模塊具有進行零部件裝配過程裝配姿態(tài)調(diào)整零部件的消隱等功能通過以上的功能可以實現(xiàn)按用戶設置的路徑、姿態(tài)順序動畫演示零部件的裝配過程 , 演示過程中可進行裝配過程中的動態(tài)幾何可行性分析機械可行性分析是指能否建立起零 部件之間的裝配關系 ,如工具、操作手或機械手可否進人作業(yè)點裝配操作的空間是否足夠大等等。系統(tǒng)中對于這樣一種可行性的研究可以通過“ 虛零件” 的方法解決即可以將手和裝配工具等作為組成產(chǎn)品的虛擬零件 , 這些虛擬零件與實際零部件之間也存在與裝配關系等同的“ 虛裝配關系” ,這樣機械可行性分析與幾何可行性分析一樣可以由三維 統(tǒng)來完成這樣就可以用簡化求交算法來提高檢測效率 , 同時也滿足了實際應用安全余量的要求 17。這樣就可以用簡化求交算法來提高檢測效率 , 同時也滿足了實際應用安全余量的要求。 計原則 用性原則 無論是汽油發(fā)動機還是柴油發(fā)動機都可適用，用戶操作方便，沒有繁瑣的操作。 靠性原則 新開發(fā)出的參數(shù)模塊在應用時應該具有一定的穩(wěn)定性，使客戶可以放心的使用。 范性原則 對開發(fā)出的模塊應該符合行業(yè)的工具尺寸標準。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 成的內(nèi)容 本課題主要完成的設計內(nèi)容是利用在 境下開發(fā)出的參數(shù)化拆裝工具模塊對發(fā)動機進行虛擬環(huán)境的拆裝，同時對拆裝空間進行檢驗，具體內(nèi)容如下： （ 1） 對發(fā)動機的拆裝工具進行參數(shù)化建模，也就是在 境下利用 軟件對其進行二次開發(fā)，完成模 塊的建立； （ 2） 對發(fā)動機進行測量，掌握發(fā)動機的各個零件的數(shù)值以及各個零件之間的間隙； （ 3） 在虛擬環(huán)境下即 境下把拆裝工具當做發(fā)動機的一部分進行安裝； （ 4） 對拆裝工具在發(fā)動機部件中進行動態(tài)與靜態(tài)的檢查，以檢查拆裝空間是否允許工具的運動要求。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 第 2 章 系統(tǒng)的總體設計 數(shù)化建模工具簡介 為提高對專用功能的支持， 供了 序設計模塊、 個 輔助開發(fā)模塊，利用它們可以開發(fā)出符合自己要求的 統(tǒng)。 要用來調(diào)用 以實現(xiàn)強大的圖形繪制、裝配和工程圖等功能，利用 可以提高系列化產(chǎn)品的設計效率。 序一般在 境下編制，具有獨立的開發(fā)工具、編譯連接過程、程序語法和文件格式。 供的另外一種功能強大的二次開發(fā)模塊，具有與高級語言C/C+的開發(fā)接口，出了可以實現(xiàn) 造型、裝配、分析和設計等各項功能外，還可以利用 所支持的全部功能，具有很大的靈活性。 各項程序都以于 C/C+程序設計具有極好的兼容性， 序得到了最為廣泛的應用。 以生成自己的菜單，將 原有菜單替換也可以實現(xiàn)對 個菜單的編輯并生成自己的菜單。編輯菜單的方法靈活，語法簡單，可以滿足大多數(shù)用戶的要求。 供的用來創(chuàng)建對話框的專用模塊，利用它可以生成包括按鈕、文本框、列表 框和單選按鈕在內(nèi)的對話框要素的創(chuàng)建，可以實現(xiàn)它們的任意組合，從而創(chuàng)建具有 格的各種對話框，在存儲對話框時，系統(tǒng)同時保存相應的C/C+文件，通過對 C/C+程序的編制最后生成動態(tài)鏈接庫文件， 數(shù)化建模 數(shù)化建模的流程 本設計的參數(shù)化建模主要應用的軟件為 ， 在 以很好的執(zhí)行需要完成的任務。 參數(shù)化建模大體可以分為四個過程，而且每個過程又是環(huán)環(huán)相扣的，它們之間的聯(lián)系是非常緊密的， 即：（ 1）三維實體參數(shù)化建模、（ 2）設置環(huán)境變量、菜單定制文件和 的動態(tài)鏈接庫工程、（ 3）程序編寫、（ 4）生成文件。具體流程如圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 圖 （ 1）三維實體參數(shù)化建模：在 境下利用獲得的數(shù)據(jù)畫出一個實體模型，通過電子表格把所有的相關數(shù)據(jù)輸入，生成數(shù)據(jù)庫形式的數(shù)據(jù)流。 （ 2）設置環(huán)境變量、菜單定制文件和 動態(tài)鏈接庫工程：對軟件中的變量進行設置，使 軟件可以在 （ 3）程序編寫：用 進行程序編寫，上面的聯(lián)系起來。 （ 4）生成文件：生成可以在 數(shù)化建模實現(xiàn)方法 1、系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束 能在草圖設計時，將輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，并且在此后的設計中進行可視化修改，從而到達最直接的參數(shù)驅(qū)動建模的目的。用系統(tǒng)參數(shù)驅(qū)動圖形的關鍵在于如何將從實物中提取的參數(shù)轉(zhuǎn)化到 來控制三維模型的特征參數(shù)。尺寸驅(qū)動是參數(shù)驅(qū)動的基礎，尺寸約束是實現(xiàn)尺寸驅(qū)動的前提。 過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制。設計時必須以完整的尺寸參考為出發(fā)點（ 全約束），不能漏注尺寸或多注尺寸。尺寸驅(qū)動是在二維草圖 面實現(xiàn)的。當草圖中的圖形相對于坐標軸位置關系都確定，圖形完全約束后，其尺寸和位置關系能協(xié)同變化，系統(tǒng)黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 將直接把尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。 2、特征和表達式驅(qū)動圖形 模塊中提供各種標準設計特征，各標準特征突出關鍵特征尺寸與定位尺寸，能很好的傳達設計意圖，并且易于調(diào)用和編輯，也能創(chuàng)建特征集，對特征進行管理。特征參數(shù)與表達式之間能相互依賴，互相傳遞數(shù)據(jù)，提高了表達式設計的層次，使實際信息可以用工程特征來 定義。不同部件中的表達式也可通過鏈接來協(xié)同工作，即一個部件中的某一表達式可通過鏈接其它部件中的另一表達式建立某種聯(lián)系，當被引用部件中的表達式被更新時，與它鏈接的部件中的相應表達式也被更新。 3、利用電子表格驅(qū)動圖形 電子表格 (供了在 一個智能接口。在建模應用里， 息可以從部件被抽取到電子表格中，在被用來更新部件前進行手工處理。事實上，表格驅(qū)動的界面及機內(nèi)函數(shù)為相關的、參數(shù)化設計提供了方便 而有力的工具。 數(shù)化建模實例 下面通過對開口扳手的 三維模型的創(chuàng)建實例來說明參數(shù)化建模方法。 1、 分析零件模型提取特征參數(shù) 在起初選擇工具圖的時候選擇一實物作為模板，這樣我們在得到尺寸及形狀約束的時候可以保證準確，不會出現(xiàn)大的偏差。 圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 如圖所示開口扳手工具實物圖，可將此扳手的主要尺寸作為主要驅(qū)動扳手尺寸。扳手 的模型可通過拉伸得到，在建模時應特別注意拉伸體 和 倒角這 兩 個主要特征以及他們的關系。 2、扳手底面在草圖中的尺寸約束 首先進入草圖模式，通過默認為主要參考坐標系，如圖所 示，繪制兩條平行線，與 5度夾角，接著繪制出外輪廓，使各個點約束，標注尺寸。同理，繪制出另一頭的扳手，由平行線進行連接。確定出尺寸。完成草圖的繪制。如圖 圖 圖 3、拉伸實體 單擊【插入】中的【成型特征】中的【拉伸】命令，系統(tǒng)將彈出拉身體的參數(shù)輸黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 入值，進行參數(shù)輸入，單擊【確定】完成草圖對草圖進行拉伸，如圖 圖 至此，我們在虛擬空間建立了扳手的實體模型。 4、表達式更名 單擊【工具】中的【表達式】，系統(tǒng)彈出對話框， 將表達式進行更名，將 更名為 di, 更名為 d2,00更名為 l，結果如圖 圖 5、生成部件族 單擊【工具】中的【部件族】命令，系統(tǒng)將彈出如圖 示的【組建組】黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 對話框。在【可用的列】列表框中雙擊待提取參數(shù) l，這是這些表達式將出現(xiàn)在【選定的列】列表框中，對保存的路徑進行更改，單擊創(chuàng)建按鈕，進行零件庫的創(chuàng)建。 圖 建族】對話框 這時系統(tǒng)將彈出 作表，在該表中，系統(tǒng)產(chǎn)生了 3 個數(shù)據(jù)列，分別對應于剛剛提取的參數(shù)。將扳手的系列參 數(shù)數(shù)據(jù)錄入到 圖 擊【部件族】的【生成部件】，進行驗證如圖 )7*8 扳手圖、 (2)8*10扳手圖所示： 數(shù)化建模的二次開發(fā) 次開發(fā)程序的研究 用戶二次開發(fā)的結果，在 件 )可通過主菜單項 序可通過主菜單項 菜單項 直接執(zhí)行。這種 方法功能比較簡單，一次只能執(zhí)行一個 能將由多個 且用戶必須確切知道要執(zhí)行的 龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 際上， 交互接口，即在 主菜單中有一菜單項 來調(diào)用二次開發(fā)的 話框。缺省的 單有如下三個菜單項： 單項用于調(diào)用由環(huán)境變量 菜單定義文件中的 話框或工具條， 。 單項用于重新調(diào)用由環(huán)境變量 菜單定義文件中的 項指定的 有了這一工具，用戶可將由多個 一個程序由對話框或工具條中的一個圖標 (或一個按鈕或一個任選項 )來調(diào)用，使用起來就非常方便。 若用戶開發(fā)的 是一個方面的內(nèi)容 (如 標準件 )，用一個 時利用 單的 圖 若用戶開發(fā)的 容比較多，需要多個 話框或工具條來實黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 現(xiàn) (如開發(fā)了 標準件 、 通用傳動件 、 專用結構設計工具 三部分內(nèi)容，用三個 ，這時可以重新定義 (1)7*8 圖 (2)8*10 圖 圖 拉菜單的定義 文件的定義格式為： ! 符號 !開頭的是注解行，在菜單定義文件中不起作用。 鍵詞后面指定的參數(shù)是缺省的菜單定義文件名，也可通過環(huán)境參數(shù)指定。進入 ，用戶可通過 單中的 單項來調(diào)用缺省的菜單定義文件。后面以每兩行定義一項菜單。 標題內(nèi)容就顯示在 中。 文件即是所謂的 義文件，用來對該項菜單要執(zhí)行的動作進行定義?？梢允褂猛暾暮邶埥こ虒W院本科生畢業(yè)設計 13 文件名標識符，沒指定路徑時將使用環(huán)境變量 對話框標題 (按鈕(圖標 (列表框 (內(nèi)容組成。標題部分由關鍵詞 頭，按鈕部分由關鍵 詞 頭，圖標部分由關鍵詞 頭，列表框部分由關鍵詞 頭。標題部分是唯一的 ;按鈕、圖標、列表框部分可以有多段定義，每一段定義若干個按鈕 (或圖標、或列表框 )，各段的排列順序可任意，取決于設計者對各按鈕、圖標和對話框的排列外觀。對話框的最后部分將自動出現(xiàn) 關鈕，以便對選定的內(nèi)容 (按鈕、圖標或列表框條目 )進行確認或取消當前的操作。 題部分的定義 （ 1）標題部分定義的格式如下： （ 2）定義版本號 N|義 態(tài)，缺省為 為 選擇一項 (按鈕、圖標或列表框條目 )后，就取消 中大寫部分為關鍵詞，不能改變 ;其余部分可自行定義。以下類同。 （ 3）按鈕部分的定義 按鈕部分定義的格式如下： 鈕部分定義開始 鈕部分標題行。 字符串，最多127個字符?？墒÷?定每一行排列按鈕的個數(shù)以下每三行定義一個按鈕 鈕上顯示的內(nèi)容， 定激活按鈕時所完成動作的類型 定激活按鈕時所調(diào)用的程序的路徑和文件名激活按鈕時所完成動作的類型有如下幾種，分別 用一宏定義文件 ( 序 序 ( 義文件 ( 按鈕的大小將由各按 鈕定義中 行排列按鈕的個數(shù)以及對話框的總體寬度來決定。 （ 4）圖標部分的定義 圖標部分定義的格式如下： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 多 127個字符?？墒÷?定每一行排列圖標的個數(shù)以下每四行定義一個圖標光標位于圖標上時顯示的文字，用于對圖標的功能進行注解 定激活圖標時所完成動作的類型，與按鈕 部分所用的類型一致 定激活圖標時所執(zhí)行的程序的路徑和文件名圖標顯示時所用的圖象文件，可使用標準的 X 位圖格式圖象編輯程序來定義，如 作系統(tǒng)中即使用 序。定義圖標位圖時，應使用白色背景和黑色前景，不支持彩色。一般情況下，推薦使用 36(36 象素的位圖塊來定義圖標，更小或更大尺寸的圖標將影響整個 （ 5）列表框部分的定義 列表框部分定義的格式如下： 表框部分定義開始 表框部分標題行。 字符串，最多127 個字符 ?？墒÷?定列表框窗口的高度 (行數(shù)或條目項數(shù) )，數(shù)字非法時缺省為 7 以下每三行定義一個列表框條目 定顯示在列表框中的條目文字 定選中該條目時所完成動作的類型，與按鈕部分所用的類型一致 定選中該條目時所執(zhí)行的程序的路徑和文