母德强, 王 可

(长春工业大学机电工程学院,吉林长春 130012)

0 引 言

产品从概念到生产离不开设计这个环节,无论是大型还是微型产品在生产前均要有确定的图纸和模型。包含两个或两个以上组件的产品就需要装配。完成一个复杂产品的装配需要大量的时间,若进行家族化系列产品开发或者设计变更,繁琐和重复的工作使装配设计的效率很难提高。CATIA V5作为一款三维设计软件,部件装配是其最基本的也是最具优势和特色的功能模块,包括创建装配体,添加指定的部件或零件到装配体,创建部件间的装配关系,移动和布置装配成员,生成产品的爆炸图,装配干涉和间隙分析等主要功能,其强大的建模能力,可以多种模块融合,具有扩展和二次开发的功能,被应用在机械、电子、汽车、航空等领域,成为当今主流的三维开发工具[1-3]。

1 Framework方法装配的原理

目前装配技术的主要研究方向:装配的设计DFA、快速设计、装配的约束方式、装配顺序、装配路径规划等[4-6]。CAD平台中的装配方法很多,Framework方法是以快速装配为指导思想,在CATIA V5的数据结构中,利用轴线(Axis)、定位面(Position Plane)和旋转面(Rotation Plane)3种几何特征为骨骼构建出产品装配的整体框架,并定义该框架为Framework,通过单一的约束指令,重合约束(Coincidence)将所有的组件如同摆放展品一样,放置在预先构建的Framework上,配合约束实现装配。复杂产品的装配分为N级装配,即一个主装配(TOP Assembly)和N个次级装配(SUB Assembly)。主装配需要一个整体的Framework(MASTER Framework),而次级装配需要局部的Framework(SUB Framework)。利用局部的Framework完成次级装配,并将该次级装配作为一个组件,装配到整体的Framework上,因此,需要创建多个Framework,分主次级进行装配,如图1所示。

图1 Framework法装配规则图

Framework定义的各个组件的位置不因组件的改变和缺失而改变,如果需要改换的部件位置发生变化,那就需要更改Framework中定义的几何特征,并进行框架的局部修改。在需要改换的部件位置不变的情况下只需通过CATIA V5的组件替换命令和修改重合约束对象的命令即可,从而实现快速装配。但Framework方法的使用要遵循以下的规则:第一,MAST ER Framework必须经过严格的设计和优化。第二,必须保证SUB Framework在MASTER Framework中的定位。第三,每个组件均包含在Framework中,并有定位。第四,装配所需约束仅以重合约束的单一形式出现。

2 Framework装配的实现方式

2.1 产品组件装配特征定义

运用Framework方法,首先要考虑各个组件的装配特征。运用CATIA V5装配模块中Publication命令将组建预先定义的3个几何特征发布出来,待装配使用,所有的组件统一用Axis,Position plane和Rota plane定义几何特征。几何特征的名称以方便辨别为原则自行定义,几何特征通常利用两个平面和一个轴线定义,也有利用一个位置平面和两根轴线定义,下面以LINK和BOLT为例,介绍各个组件的装配特征,如图2所示。

图2 产品组件两种装配特征定义

图2中BOLT和LINK需要定义的装配特征均被列在constraint condition的几何图集中,其中,BOLT的position plane,rotation plane,axis和LINK的position plane、两条axis通过publication命令被发布出来,供以后的装配使用[7]。

2.2 装配组件的具体方法

以LINK ASSY为例进行装配,首先要创建MASTER Framework,这需要2D的装配图指导,如图3所示。

图3 LINK ASSY的2D装配图

建立的方法是在CATIA中新建一个PART,将名称定义为MASTER Framework,然后通过点线面等几何特征及2D图上标明的各个组件具体位置来创建整体的Framework(MAST ER Framework),如图4所示。

图4 整体的Framework(MASTER Framework)

在LINK ASSY的2D图中确定了BOLT和LINK的相对位置,将3个组件的position plane设置为同一平面。BOLT作为一个回转体,需要旋转面约束其旋转角度,由于该例中的BOLT是沿轴线完全对称的,所以没确定具体的旋转角度,其装配轴线分列两边。LINK的两轴线和两个BOLT的轴线是同一轴线。如此建立MASTER Framework。

定义完装配特征的各个组件如图5所示。

图5 定义完装配特征的各个组件

将定义完装配特征的各个组件和MASTER Framework一并插入到Production中,通过MASTER Framework中几何参数和各个组件的几何参数相匹配,先对MASTER Framework进行固定组件约束,然后利用重合约束(Coincidence)完成装配设计,如图6所示。

图6 利用Framework装配结果

将每个组件中发布的3个几何特征和MAST ER Framework中发布的几何特征对应起来,用重合约束(Coincidence)进行装配,刷新后完成装配任务[8]。

3 结 语

Framework方法对于单一型号的简单产品,其装配速度优势可能不明显,但对于设计变更和开发家族化系列产品时,其重复利用率高,避免了重复装配设计,缩短了工作时间,提高了装配设计的效率。该方法可用于机械、汽车、航天等领域。其进一步的研究工作将从组件装配特征定义方式的标准化和优化Framework创建方法着手,使装配设计更加快速化、合理化、智能化。

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