邹东文 向俊辉

摘 要：目前，绝大多数CAD软件中的装配均是设计者手工拾取点线面的传统装配操作，装配操作过程非常繁琐且容易出现错误。针对以上问题，本文提出了基于装配特征的零部件自动化装配方法。并在该方法的指导下，利用 UG和C++语言成功的实现了螺栓连接件的自动化装配。该装配的实现对于提升螺栓连接件的装配效率具有重要意义。

关键词： 装配特征 螺栓连接件 自动化装配 UG

0引言

到目前为止，绝大多数CAD软件中的装配都是依靠开发人员手工拾取装配对象、重复输入装配命令来完成。对于复杂装配体，更需要开发人员者对相关的装配工艺知识、装配顺序有很深的理解。除此之外，传统装配操作重复性高，出错率相对较大，时间成本也高 [1]。本文提出的基于装配特征的自动化装配方法能很好的解决以上问题，使得装配操作更为快捷、高效，减轻了设计者的工作强度，提高了装配建模的效率。

1装配特征的定义

关于装配特征的定义，国内外许多专家和学者都对其进行了描述。DOsH等指出装配特征的内涵是产品中两个不同零件间形状特征间的联系[1]。南京航空航天大学的张萍提出装配特征是指零件表面上参与装配活动的区域，主要包括特征名称、装配特征坐标系、特征参数（尺寸、方向等） [2]。

为了满足自动化装配的需要，本文采用孙文等人对装配特征的定义：

装配特征是反映几何元素、配合类型、装配操作方式以及反映装配关系的所有装配辅助信息的信息集合[3]。其数学形式描述如下：

AF={GM∪MA∪AO∪AI}。

其中AF为装配特征；GM为几何元素；MA为配合类型；AO为装配操作方式；AI为与装配有关的装配辅助信息。

由于本文研究的重点是装配过程中的几何元素和配合关系，因此将该装配特征定义进行简化，简化后的数学形式如下：

AF={GM∪MA }。

2螺栓连接件的装配特征分析

螺栓连接件包括螺栓和螺母，在工程中应用广泛。

螺栓和螺母的装配特征几何元素如图1所示，其中1为螺栓轴线，2为螺栓下端面，3为螺母轴线，4为螺母上端面。在装配过程中螺母上的内螺纹与螺栓的外螺纹相配合，装配特征几何元素取螺栓轴线和螺母轴线，配合类型为对齐（align），即1与3应对齐，装配特征AF={螺栓轴线∪螺母轴线∪对齐}。除此之外，螺栓下端面与螺母上端面应按规定拧紧到固定值，本文中该值为16.5mm，即2与4面的配合类型采用距离约束，且distance=19，装配特征几何元素分别为螺栓下端面和螺母上端面，装配特征AF={螺栓下端面∪螺母上端面∪距离}。由以上两对装配约束关系即可完成螺栓与螺母的完全装配。

3螺栓连接件自动装配的实现

基于装配特征的零部件自动化装配方法就是预先定义待装配零部件的装配特征，然后在UG中由程序调用装配零部件的几何元素和配合关系，将装配约束施加给装配几何元素并对约束进行求解完成零件的自动化装配。

（1）装配特征命名

装配特征名是零件在装配过程中的唯一标识。在建立了螺栓和螺母的零件模型后，需要对装配特征几何元素进行装配特征命名。螺母上端面的特征命名如图2所示。

本文中，对装配特征的几何元素螺栓轴线、螺栓下端面、螺母轴线、螺母上端面分别命名为：LUOSUAN_AXIS、LS_DUANM、LUOMU_AXIS、LUOMU_DUANM。

（2）自动装配的实现

UG中，自動化装配过程通常由三部分组成：部件的导入、部件间配合关系的创建以及装配约束的求解和执行。在本文中，部件的导入由函数UF_ASSEM_add_part_to_assembly（ ）来实现。

在自动化装配中，各部件间的配合关系是通过装配约束的创建来实现的。装配约束是指一个部件到另一个部件的约束，当部件A配合到部件B，则部件A称为主动件（From），部件B称为被动件（To）。本文将螺栓设为装配被动件，螺母设为装配主动件。

本文建立部件间装配约束的步骤如下：

1）定义装配约束：即定义结构UF_ASSEM_constraint_s中的内容。

2）求解约束：使用函数UF_ ASSEM_solve_mc求解约束。

3）应用约束到装配体：使用函数UF_ ASSEM_Apply_mc_data将约束施加到装配体上；

4）更新模型：使用函数UF_MODL_update更新装配后的模型。

在装配约束创建完毕后，对约束进行求解，并执行约束即可完成螺栓连接件的自动化装配。

此外，本文通过UG Open中的开发工具UI Styler开发了螺栓连接件装配界面，如图3所示。在装配时首先点击“添加螺栓和螺母”按钮，导入待装配零件模型；然后通过点击“自动装配按钮”即可实现螺栓连接件的自动装配。图4为螺栓和螺母装配后的效果图。

4.结语

本文针对传统装配方法的不足，提出了基于装配特征的零部件自动化装配新方法，并以螺栓连接件的自动化装配为例验证了该方法的可行性。本文的研究有效的提高了螺栓连接件的装配效率，减轻了设计者的工作强度，并且使得装配后的模型易于修改，为其他装配系统的开发提供了参考。

参考文献：

[1] 李天信. 基于装配特征的快速装配仿真技术研究及应用[D].西安电子科技大学，2006.

[2] 张萍，廖文和，刘长毅. 基于装配特征的零件自动装配[J]. 机械制造与自动化，2004，05：93-95+99.

[3] 孙文，周惠群，赵小东. 基于装配特征的虚拟自动装配的研究和表达方法的描述[J]. 科学技术与工程，2006，15：2350-2353.

作者简介：邹东文（1988-11-4）男，汉族，湖北宜昌人，硕士研究生 主要从事汽车专业教学研究.

向俊辉 （1991-05-20）女，土家族，湖北宜昌人，护师，本科，主要从事医学研究.