基于装配（共12篇）
基于装配 篇1
0 引言
随着计算机技术的发展,产品数字化装配技术是数字化装配系统的基础,所建立的装配模型的好坏直接影响到整个数字化装配系统装配的质量。基于此,产品装配模型的研究受到越来越多学者的关注,南风强等研究了面向精度的数字化产品装配模型,在研究零件特征的公差信息表达基础上,建立了面向精度的产品层次装配模型,实现了装配环境中产品装配尺寸链的自动寻找[1]。杨洪君等基于装配语义等装配特征,提出了topdown设计的产品装配模型,并开发了原型设计系统[2]。张应中等基于产品装配对象的分析,提出了面向对象的产品装配模型,并将该模型应用与实际的软件系统中[3]。王俊等在层次结构模型的基础上,提出了一种表达式二叉树装配模型,通过中序遍历该树可得到装配表达式,运用自动装配技术结合装配表达式蕴含的装配信息,可快速、高效的完成装配[4]。在机械产品装配工艺过程中,存在大量的具有相对固定装配特征的产品,如标准件等,对于这类产品的装配过程,装配形式单一、步骤烦琐。基于此,本文将利用现有的三维建模系统,例如CATIA,UG等,设计一种基于产品装配特征的装配模型,针对具有相对固定装配特征的装配产品,开发专用的自动装配系统。
1 基于特征的装配模型
对于每一个装配模型应包含若干个零组件以及各零组件之间的装配关系,为方便模型的管理,将装配模型分为C O M P O N E N T级和P A R T级两个层级,C O M P O N E N T级的功能主要管理模型的装配信息,PART级的功能主要管理用于装配的产品的信息且可以包含下一级的子装配模型。装配模型中的装配关系用于解决零组件之间的相互装配关系和相对位置的求解机制。在本文建立的装配模型中,通过装配关系处理机和装配特征处理机来解析,并通过预先设计的装配特征匹配原则和相互关系求解规则求解组件之间的相互装配关系和相对位置关系,所有的装配关系和处理机通过装配关系知识库进行管理,如图1为所描述的装配模型的层状结构。对于该装配模型的结构中,对装配特征的表达、装配空间位置的确定以及装配特征之间关系的描述和管理如下:
1.1 装配特征的表达
针对每一个装配模型,首先要解决组件之间商用软件开发装配模型,所以模型中的PART级的产品模型表达是基于现有的商用软件,可以通过商用软件表达PART级产品的几何数据、制造特征数据、尺寸以及公差等。
对于COMPONENT级产品信息的表达,采用面向对象的编程方法,编写了虚拟的基础类结构Component,该类中包括了PART级产品的公共数据以及PART产品和装配件之间的装配信息,装配模型的数据结构如图2所示。其中Assembly和Part是Component的集成类,他们同样包括公共数据和各零组件的特殊数据。如图2所示的数据结构中不仅记录了与下一级几何实体相关联的装配关系,这些装配关系可用于装配规划以及装配的动态分析,而且通过Mate Feature对象记录了产品和子装配产品之间的装配关系,对象Virtual Bind包含了相关的装配特征数据,并能表达任意两个组件之间的关系,所有的Virtual Bind对象通过其所在的装配模型来管理。
1.2 装配位置的确定
本模型提供了两种装配位置的确定方式,一种方式跟通用的装配模型中装配位置的确定方式一样,采用计算装配后各产品的空间坐标的方式确定其空间位置关系,其中,各产品的空间位置关系可通过商用软件的二次开发接口获得。另一种通过装配模型中零组件的相对位置关系确定,通过对零组件的装配特征进行约束来确定其空间位置,对于零组件的装配特征可以通过用户交互的方式确定,对于一般的装配模型,其装配特征都是简单的几何特征,如点、直线、平面、球面、圆柱面、圆锥面、圆环面,对于这些装配特征的装配关系包括相对、贴合、相离、对齐等。所有的约束方程可以通过装配条件获取。另外,为求解这些装配约束关系,分别构造了一个旋转矩阵和平移矩阵分别表示装配零件的旋转和平移运动[5],采用这种方式来确定装配件的空间位置关系比利用计算空间坐标的方式更方便,效率更高。
1.3 装配特征之间的关系
如上所述,在机械装配工艺过程中,装配关系可表达为各装配特征之间的配合,如,轴和孔之间的装配,可以表达为圆柱孔特征和圆柱面特征之间的配合,通过这种特征之间的配合方式可以完全表达各组件之间的装配关系。如上提出的各装配特征,与之相对应的装配特征相对固定,在构建装配系统的过程中,通过建立装配特征专家库的方式,预先对各装配特征进行定义来确定各装配特征之间的装配关系,各装配特征之间是否具有装配关系的判断标识如表1所示,其中数字“1”表示两特征可装配,数字“0”表示两特征不可以装配。本文通过对比的方式,在类结构ASMRelation中,存储各特征之间的装配关系判断标识,并通过ASMRelation Expert方法来完成对各装配特征的搜索和比较。通过专家库的方式来首先完成判断两装配特征是否可以进行装配,可大大降低装配约束矩阵的维数,提高求解效率。为了便于计算机识别与计算,将对具有固定特征的装配产品的特征进行标识,方便在随后的装配特征检索与匹配。
2 基于特征的装配过程分析及其软件系统开发
通过如上所建立的装配模型,本文将通过基于特征的标准件自动装配过程分析装配模型的应用。螺钉、螺母、销这类标准件,在产品的三维设计过程中,经常用于装配中,其交互约束过于频繁,设计效率低,且容易出错。为了提高装配效率,利用本文的装配模型开发了标准件自动装配系统。
对其装配过程分析如下:标准件的装配相对比较固定,对各标准件上预先定义装配特征,并对其进行标识,存入数据库中。在进行装配前,用户需首先提取主装配体,将主装配体中对的各种信息存入装配模型的数据结构中,主装配体可对应数据结构中的COMPONENT级产品和PART级产品,通过对象Virtual Bind提取主装配体中的装配特征,用户通过交互的方式选取需要装配的标准件种类,提取预先定义的标准件的装配特征,通过ASMRelation Expert方法将主装配体中的装配特征与标准件中的装配特征进行匹配,将不可匹配的装配特征以及与之对应的标准件进行剔除,在匹配结束后,用户需要输入更多的约束,如装配装配特征的几何尺寸以及公差要求等精确选择以及定位标准件,并将装配好的标准件实例化在主装配模型中,这样整个标准件的装配过程结束。
本文结合企业的实际需求,针对常用的标准件、组合件,通过对其装配过程进行分析后,基于UG/OPEN API开发了标准件的自动装配系统,如图3所示。
3 结论
产品的装配设计是一项复杂的设计活动,针对特定的产品,研究其装配设计模型,对于提高产品的设计效率有较大的帮助。本文针对装配特征相对固定的产品的装配过程进行了分析,提出了基于特征的装配模型,分析了该模型的装配过程,最后开发了标准件的自动装配系统。此外,该装配模型同样适用于装配特征相对固定的产品,如企业常用的组合件等,对于特定的产品,能较大的提高产品的装配效率,为实现产品的数字化装配提供一种新的思路。
摘要：本文结合装配工艺过程的特点,定义了一种基于特征的装配模型,并对装配模型的表达及其装配过程进行了详细分析,结合具体的产品,开发了基于该装配模型的自动装配系统。
关键词：自动装配,装配模型
参考文献
[1]南风强,张友良,汪惠芬,王孝义.面向精度的数字化产品装配模型研究及应用[J].中国机械工程,2007,18(9):1071-1075.
[2]杨洪君,宁汝新.支持自顶向下设计的产品装配模型研究.组合机床与自动化加工技术,2006,7:99-102.
[3]张应中,罗晓芳.面向对象产品装配模型的研究[J].计算机工程,2005,31(20):194-196.
[4]王俊,黄翔,李迎光.基于装配模型的快速设计方法研究.中国制造业信息化,2006,35(1):28-35.
[5]Chun-Fong You,Chui Chien Chiu.An automated assembly environment in feature-based design.The international jou-rnal of advanced manufacturing technology.1996(12):280-287.
基于装配 篇2
装配型架的.刚度对飞机装配品质具有重要影响.在深入分析型架结构的基础上,结合型架结构离散化原则和力系约束以及边界条件的简化,将参数化设计技术与型架分析相结合,提出了一种参数化的型架有限元分析方法.利用有限元软件MSC.Patran提供的PCL语言,将参数化设计与有限元分析相结合,自动生成分析模型并完成型架有限元结构分析,大大提高了型架分析的效率.
作 者：黄海军 黄翔 HUANG Hai-jun HUANG Xiang 作者单位：南京航空航天大学,江苏,南京,210016 刊 名：机械制造与自动化 ISTIC英文刊名：MACHINE BUILDING & AUTOMATION 年，卷(期)： 37(1) 分类号：V465 TB115 关键词：装配型架 参数化建模 CAE 离散化
基于装配 篇3
【摘 要】此种结构具有较强延展性，能用于今后类似结构尺寸下，即：尺寸较小，多配合面，装配精度高、工件易损，外力无法实现的装配中，结构简单能很好的实现功能的前提下节省设计时间和设计成本。以最精简的结构达到最满意的结果。
【关键词】阀芯；装配；机器人；自动化
0.引言
在当今社会，机器代替人类，自动代替手动是这个时代的趋势。但对于某些高精度多配合装配采用自动化装配往往会遇到很多难题，诸如，对结构产生损害，装配不合格，对加工精度高的配合面造成划伤，从而导致装配后无法使用或装配废品率居高不下。
在自动化装配过程中通常我们会借助外力（摩擦力、弹力、压力、拉力等）作用达到我们预期的装配效果。然而对于某些特定环境、特殊工况下，单纯依靠外力并不能实现我们理想的结果，更有甚者带来不必要的麻烦（废品率过高、损伤待装配件等）。
手工装配过程中，人为操作下，虽然能保证其装配精度要求，但工作量大，效率低，不适于当今社会的主流方向。但机械自动化装配由又不能确保其装配精度，所以怎样将两者有效的结合是不小的难题。
1.基本设计理念
一种无法忽视的力—重力。在阀芯的装配过程中无法或很困难实现时，我们可以考虑通过导向套连接压杆，当电磁铁断电后，压杆结构由于自身所受重力作用，垂直向下，将自身重力势能转化为动能作用到阀芯上，阀芯受力沿导向套垂直进入阀体内腔，如若未到达安装位置时，电磁铁通电，将压杆机构垂直吸回，然后断电，重复之前操作，直到达到安装效果。
此装配过程可根据设计结构和不同装配件进行多种调整，如果待装配件配合间隙过小，可重复操作。当由于加工或者某些不可预知的状况造成阀芯尺寸过大或者阀体内腔较小。阀体、阀芯相对尺寸形成过盈配合时，若按以往采用外力直接压装进入时，不但不能达到安装效果，而且还会损坏阀芯、阀体。对客户造成一定的损失。此结构却避免此种状况的发生。当产生以上不正常装配时，电磁铁断电后压杆机构垂直下落，当压力作用到阀芯上后，阀芯并不能装入阀体内腔，而此时，压杆停止运动，导向套继续下落，压杆相对于导向套向上运动，并没有将更多的力施加到阀芯上，而阀芯所受到的力仅仅是压杆自身重力而已。对结构没有产生影响，对工件也没有造成损伤。
此结构由长行程推拉式电磁铁（以下简称电磁铁）提供动力源，安全稳定环保，使用寿命长，节省资源。
压杆导向套、压杆（可根据装配需要选择不能尺寸、不同材料从而达到安装所需压力及相关特定要求）阀芯导套、阀芯导向套托、阀体固定座。
阀芯导向套根据不同阀芯的尺寸要求设计一种带导向适用于多种阀芯兼容的内部结构，既能很好的实现导向作用，亦能避免阀芯卡滞于套孔中。
2.工艺流程
一号机器人从料盘抓取一个阀体将阀体垂直固定于旋转台面的定位座中（四工位中其一），然后去抓取下一个阀体，此时旋转工作台转动，此工位定位座中的阀体旋转到阀芯装配工位，左侧垂直气缸伸出，阀芯导向套垂直安装定位到阀体中，二号机器人从料盘抓取阀芯将阀芯垂直停滞在阀芯导向套上端，机器人打开手指，阀芯垂直沿阀芯导向套下落，固定停靠在阀体上端。电磁铁通电将压杆结构吸起，水平气缸将压杆机构推出垂直停滞于阀芯导向套上端，待停稳后电磁铁断电，压杆机构由于自身重力作用垂直下落（此时并无其他外力），根据机械能守恒定律mgh=mv2/2以及动量守恒定律 m1v1=m2v2，阀芯获得速度沿阀芯导向套及阀体内腔垂直滑入。
当1号光纤传感器检测到信号后，说明此时阀芯成功安装到指定位置，电磁铁通电将压杆机构垂直吸起，当2号光纤传感器检测到信号后，说明压杆机构已经成功吸取到位，水平气缸缩回到初始位置后（此对光纤传感器非常重要，防止压杆机构由于一些原因无法正常吸回，以致水平气缸缩回时造成压杆机构以及电磁铁损坏），信号反馈，电磁铁断电，整套机构回到初始状态。垂直气缸缩回，将阀芯导向套托起，阀体旋转台转动，将装配合格品旋转到下一工位，同时将下一个阀体旋转到阀芯装配工位，重复之前装配操作。
当1号光纤传感器没有检测到信号时，说明此时阀芯并没有成功安装到指定位置，电磁铁通电将压杆机构垂直吸起，待2号光纤传感器检测到信号后，电磁铁再次断电，重复之前操作，直到成功达到装配要求。特别注意：多次装配操作要根据具体需要情况而定，当工件加工精度、装配条件以及节拍满足设计要求时，1～2次即可。当装配间隙较小，或者工件相对粗糙时，可酌情增加次数，切不可无限增加，从而导致阀芯、阀体损坏，或者即使装配成功，但阀芯、阀体安装过紧，工件仍然不能正常实现其机能。
3.结构特点
结构简单，方便设计安装调试，电磁铁提供动力源，安全稳定环保，使用寿命长，节省资源。压杆结构采用上下多种连接套组成，导向性能好，保证同轴度，使安装精确，且外观美观。不采用其余外力（气缸、电机、弹簧等）加载在阀芯上，仅依靠压杆自身重力，阀芯受力柔和，便于安装且效果非常之好。
4.结束语
本文介绍了以阀芯和阀体装配为例，说明了装配的特点和基本结构，该结构为尺寸较小，多配合面，装配精度高、工件易损，外力无法实现的装配零件提供了一个简单、高速、便捷的装配方法，这种结构不仅可以快速准确的安装零件，而且不会损伤，提高了企业的生产效率和竞争力。 [科]
【参考文献】
[1]李绍炎.自动机与自动线[M].北京：清华大学出版社，2007.2.
基于装配 篇4
产品可装配性设计 (Design for Assembly, 简称DFA) 是一种在产品设计早期就开始考虑装配阶段情况的优化方法, 通过对产品零部件结构属性的分析和评价, 利用经验知识估算出零部件的装配时间和成本, 同时提出优化修改建议。这种方法的科学性和先进性在上世纪80年代已被Boothroyd[1]的研究小组所证实, 能大大提高产品的设计效率和设计质量, 节省装配成本并缩短整个产品设计周期。
近年来很多学者对此开展研究, 黄国强等[2]开发出了网络化的DFA系统, 单洪波等[3]也做了网络环境的DFA技术研究, 管强等[4]提出了一种面向产品结构和装配工艺过程再设计的可装配性评价体系, 周开俊等[5]提出了方案层、语义层、零件层、过程层的四层装配评价体系。以上方法均限于零件级评价, 对于产品设计结构的修改也没有考虑子装配体的问题。本文提出了基于网络的产品子装配体装配评价体系, 就是将DFA技术运用到网络环境下, 同时补充了目前对于子装配体可装配性评价的不足。
本文主要针对产品子装配体的可装配性进行评价, 重点分析子装配体的内部结构和零件属性, 从静态、动态、整体3个层次逐步分析子装配体从自身装配到最终安装到产品中的全过程, 制定了以分析子装配体可装配性设计准则为核心的评价体系, 开发出可对产品装配序列规划和装配过程仿真提供支持的子装配体可装配性评价系统。
1产品子装配体可装配性评价方法流程
对于产品子装配体的装配评价目前在国内外仍然处于探索阶段。子装配体评价与零件评价的共同点是都要使用Boothroyd和Lucas的DFA方法对现行方案进行评价, 子装配体是由多个零件构成, 因此包含有零件的评价指标和规则;不同点在于子装配体是能够拆卸组合的整体, 存在自身装配操作和自身稳定性等问题, 相应的设计修改优化建议跟零件的优化建议不同, 相对零件来说子装配体结构更加复杂, 装配工作量更大。两者是包含的关系:零件评价是DFA方法的基础, 零件属于子装配体的组成部分;子装配体评价建立在零件评价之上, 有着很多零件评价没有的设计准则。因此产品子装配体评价既包含零件评价的内容, 又包含自身的结构特点。
评价开始时系统会导入子装配体的制造信息, 包括装配结构信息、零件几何信息、三维模型信息等, 设计人员会根据产品子装配体的装配设计准则和经验知识来进行静态、动态和整体的三层可装配性评价, 估算出子装配体的装配时间和装配成本, 确定需要修改的零件并且提出改进建议, 用户如果对子装配体设计不满意可以反馈, 参考修改建议来重新设计, 直到得出满意的结果。产品子装配体评价方法流程如图1所示。
2子装配体可装配性评价方法
2.1 子装配体可装配性静态分析
静态分析主要考虑子装配体的零件构成, 在现代设计中标准件在产品零件中占有很大的比例, 产品设计对于标准件和通用件的依赖性也越来越大。一般的标准件或者通用件, 比如螺钉、螺母、键、轴承等, 都具有完整的设计信息, 利用这些设计信息结合产品子装配体的功能需求进行其他零配件的结构设计和工艺设计, 能提高产品设计效率和可靠性。
影响装配效率的因素主要有标准件占子装配体零件总数百分比、非标准件数目、形状复杂零件数目等。由于标准工装夹具的使用而使标准件的装配效率提高, 子装配体中的非标准件在设计阶段和加工阶段都占有资源, 增加了子装配体的装配成本, 形状复杂的零件会给装配带来不便。因此, 对子装配体静态分析的优化设计准则是:尽量减少零件数目、减轻零件重量、去除某些不必要的零件。评价子装配体的可装配性就是要考虑零件结构的简化, 包括零件自身特征、连接方式和子装配体整体结构的简化。比如将一般的螺纹连接件改为自锁螺纹连接件, 则可节省防松操作。
2.2 子装配体可装配性动态分析
由于子装配体的自身装配存在装配序列、装配效率和装配成本的问题, 因此动态分析主要考虑在子装配体的自身装配过程中存在的潜在问题和改进空间, 通过多方面的考虑和改动来达到优化。影响装配效率的因素主要有:装配重定位次数、子装配体的位姿稳定性和工具使用数目等。
子装配体在装配时的重定位操作会延长装配时间, 所以子装配体的结构设计要尽量减少装配阶段重定位次数, 使装配方向改变次数达到最少。
实际装配操作中对子装配体的位姿稳定性要求非常高, 稳定的子装配体可以减少装配夹具使用。对于位姿不稳定子装配体的修改建议如下:①增加夹具等辅助工具, 将子装配体可能崩塌分离的方向固定;②重新设计子装配体, 通过装配结构和连接方式的改进来消除潜在崩塌可能性, 已装配好的装配组件和将要装配的子装配体至少有一个共同的稳定装配方向, 才能确保在装配过程中两者都是稳定的[6]。
在子装配体自身装配过程中会使用各种工具, 甚至需要使用专用的工具来夹持和固定, 但专用夹具增加装配成本。为了避开使用专用工具, 可以改动子装配体的装配结构, 使之能够使用通用的夹具来装配。
2.3 子装配体可装配性整体分析
整体分析主要考虑在装配过程中子装配体作为一个整体零件的可装配性, 前提是子装配体位姿稳定, 能够作为一个刚性整体来完成装配操作。本文对抓取和安装时遇到的各种问题进行了总结, 依据子装配体整体评价阶段抓取和安装的主要指标选择尺寸标准t1、重量标准t2、精细零件情况t3、缠结情况t4、使用工具t5、固定形式t6、固定过程t7、视角限制t8、定位难度t9、安装支撑t10这10个指标来评价子装配体的整体可装配性, 其中t1、t2、t3、t4、t5是搬运阶段指标, t6、t7、t8、t9、t10是安装阶段指标。评价指标选项分类如表1所示。
2.4 子装配体可装配性评价结果
在对产品子装配体进行静态、动态、整体三步分析的基础上, 参考Boothroyd的机械设计手册提供的试验数据和经验公式估算出子装配体的装配时间。在装配时间的基础上根据现行的工时标准和工具使用情况计算出相应的装配成本。
最后, 评价结果记录了亟待改进的零件和结构并提出指导意见。子装配体整体结构评价的意义和创新之处在于从整体着眼考虑产品设计的可装配性:在零件级看来合理的改动在子装配体级就不合适, 关键就在于考虑其他配合零件的影响, 从整体出发解决可装配性问题。
3系统开发与实例验证
B/S结构便于设计人员实现快速、异地、开放式的评价操作, 可扩展性好, 易于维护。鉴于此本文应用J2EE技术体系, 以Eclipse为开发环境, 数据库采用SQL Server 2000, 开发了基于网络的面向装配的产品子装配体评价系统。系统由可装配性评价和再设计修改建议两个核心模块组成, 针对产品零件和子装配体的装配结构进行分析, 估算出装配时间和装配成本, 最后评价结果以报表形式输出。
本文以某型号卫星太阳翼的板间铰链子装配体为例进行验证。系统的工作界面如图2所示, 装配评价区进行产品结构的可装配性评价;产品结构区以装配结构树的形式显示产品零部件列表;模型显示区提供产品三维模型;产品信息区提供了零部件的制造信息和几何信息, 为用户的评价操作提供便利。
子装配体评价过程如图3所示。用户对子装配体的抓取难度、安装难度和装配过程三类评价的量化指标做出选择之后提交到系统计算模块, 系统根据经验知识估算出子装配体的装配时间和装配成本, 并输出评价系统报表, 如图4所示;最后系统分析子装配体的设计情况提出相应的设计修改意见指导设计人员改进产品。
4结论
本文提出基于Web的产品子装配体可装配性评价方法;制定了包含静态分析、动态分析和整体分析的三层评价体系, 可对子装配体的设计全流程提供支持;开发了基于Web的子装配体可装配性评价系统, 并通过某型号卫星太阳翼实例验证了评价方法的适用性和评价体系的合理性。然而定量评价方面需要大量试验和经验数据, 数据不足则无法得到满意的评价结果, 过于依赖试验数据和经验公式在一定程度上制约了企业应用, 所以, 以后的工作将是进一步完善装配评价指标和改进评价算法。
摘要：提出基于Web的产品子装配体可装配性评价方法。从静态、动态和整体三个层次对子装配体的可装配性进行分析, 建立了兼有定性和定量评价的子装配体可装配性评价方法体系;开发了支持异地协同设计的子装配体可装配性评价系统。最后通过某型号卫星太阳翼实例验证了该评价方法的适用性、评价指标选取的合理性以及三层评价体系的有效性。
关键词：Web,子装配体,可装配性评价
参考文献
[1]Boothroyd G, Dewhurst P, Knight W.Product design formanufacture and assembly[M].Second Edition.NewYork:Marcel Dekker Inc., 2002.
[2]Huang G Q, Mak K L.Design for manufacture andassembly on the Internet[J].Computers in Industry, 1999, 38 (1) :17-30.
[3]单鸿波, 刘继红, 黄正东.Web环境下面向装配的设计系统的研究[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2005, 17 (2) :341-346.
[4]管强, 刘继红.面向产品再设计的装配性评价体系研究[J].中国机械工程, 2002, 13 (2) :111-114.
[5]周开俊, 李东波.敏捷化开发环境下产品装配设计系统研究[J].计算机集成制造系统, 2007, 13 (3) :502-507.
基于装配 篇5
一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有 1 个事最符合题意）
1、硬线圈的几何角度不合适，相当于相对地__线圈的截面尺寸。A．减小了 B．改变了 C．增大了 D．变弯了
2、分片机座加工的主要步骤之一为__。A．铣轴身键槽
B．铣镗地脚面和侧面 C．打入槽楔
D．加工集电环外圆
3、转子铸铝时，可以在铁心槽内表面预先进行__处理或预涂耐热涂料，然后再进行铸铝。A．干燥 B．硫化 C．磷化 D．碱性
4、直流电枢绕组的短路、断路和接法错误，一般可用毫伏表检查。在__上通入大小适当的直流电，用毫伏表测量相邻两换向片间的电压降。A．换向极 B．电刷 C．电刷装置 D．换向器
5、做交变湿热试验时，一般规定，每个试验周期包括升温、高温高湿、降温、__4个阶段。A．低温 B．高湿 C．高温高湿 D．低温高湿
6、制定装配工艺规程的步骤之一为__。A．装配材料的选择 B．装配用具的准备 C．划分装配工序 D．制定工时卡
7、数字式仪表具有很高的灵敏度和准确度，其优点不包括__。A．显示清晰直观 B．性能稳定 C．过载能力强
D．抗干扰能力较弱
8、在斜二测轴测图中，取轴间角∠Y1O1Z1为__，并取O1Y1轴的轴向伸缩系数为0.5(即在O1Y1轴上测量时，投影长度为实长的1/2)。A．60° B．90° C．120° D．135°
9、根据交流高压电机定子绕组匝间绝缘试验规范，定子嵌线后未焊接线头之前，直接施加由__产生的衰减电压于每只线圈首尾引出线间。A．电感线圈 B．试验变压器 C．电容器 D．调压器
10、利用万用表来识别晶体二极管的极性依据的是二极管的__。A．半导体特性 B．额定值
C．单向导电性 D．参数
11、检查试验的任务是：及时发现产品制造质量的波动及原因，预防不良品的生产和出厂，为用户提供维修所必要的资料；将产品调整到适合于__的最佳状态。A．制造 B．生产 C．使用 D．出厂
12、做绕组对地交流耐压试验时，施加电压从试验电压值的__%开始，逐步增加，以试验电压值的5%均匀地分段增加至全值。A．5 B．10 C．50 D．75
13、正弦交流电最大值是有效值的（）倍。A．2 B． C． D．
14、电机运行时绝缘所处的相对湿度不大于70%(25℃)，不低于__(40℃)。A．10% B．15% C．20% D．30%
15、匝间绝缘的试验中因非被试两相绕组上也有感应电压，它们的出线端不能__。A．断开 B．接地 C．短接 D．悬空
16、三相异步电动机温升高的原因有电源电压不正常，电动机__、制造质量差、材料质量差、通风散热差等。A．转速高
B．运行发生故障
C．起动前电机温度较高 D．起动电流大
17、电葫芦使用时__。A．可以超载 B．可以倾斜起吊
C．吊钩上升不要超过极限位置 D．吊钩下降时可以着地
18、按工艺规定，湿热带型电机整个定子：B级电动机浸5152-3绝缘漆绝缘处理__次。A．2 B．3 C．4 D．5
19、用普通示波器观测一波形，荧光屏显示由左向右不断移动的不稳定波形时，应当调整__旋钮。A．X位移 B．扫描范围 C．整步增幅 D．同步选择
20、用万用表的电阻挡，并使表内直流电源E的极性能保证电流计正常偏转，而万用表表笔的极性正好与表壳上极性标志相同。__
21、介质损耗测试以用于检测6kV以上高压线圈的__。A．整体性和密实性 B．损耗与绝缘 C．损耗与效率 D．绝缘与效率
22、下列锉削方法中，能用于锉削平面及最后锉光的是__。A．交叉锉 B．顺向锉 C．旋转锉 D．推锉
23、对于电压为6kV，功率在5000kW以下的线圈，在额定电压且温度在20°以下的介质损耗角正切值不得超过__。A．1 B．2 C．1% D．2%
24、交流电机__的目的是考核绕组的绝缘强度，保证绕组绝缘的可靠性。A．耐压试验 B．绝缘电阻测定 C．三相电流平衡试验 D．空转检查
25、直流电动机发生环火的原因不包括：__。A．设计原因
B．换向器维护不良 C．换向器恶化
D．物理中性线位置不当
二、多项选择题（共25 题，每题2分，每题的备选项中，有 2 个或 2 个以上符合题意，至少有1 个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、将2Ω和4Ω电阻串联，总电阻为__。A．4/3Ω B．3Ω C．6Ω D．9Ω
2、ZJ-5型低压线圈匝间耐压测试仪有3根__电压引出线，分别施加在三相绕组上，以检测嵌线后绕组匝间的绝缘质量。A．高压方波 B．高压脉冲 C．高压锯齿 D．高压阶跃
3、一般10kW以下电机的直流电阻值为__。A．1～10Ω B．10～100Ω C．1kΩ D．1MΩ
4、无纬带绑扎机主要用于中心高__mm转子绕组端部绑扎无纬带。A．180～280 B．280～350 C．280～450 D．380～450
5、防爆电动机的接地特点为__。A．铁心必须接地 B．外壳不能接地 C．外壳必须接地
D．接线盒内的接线板必须接地
6、湿热带型电机应具有防潮性能，一般应以__进行试验。A．整台电机 B．线圈 C．零部件 D．转子
7、用于开口槽的定子框式线圈一般为__，其绝缘在嵌线前已完全包好。A．低压线圈 B．双层线圈 C．蛙形线圈 D．高压线圈
8、主视图和左视图同时反映物体的__尺寸。A．长度 B．宽度 C．高度 D．倾斜度
9、绕入式嵌装方法特别适合于__的转子或直流电机电枢绕组。A．极距大 B．极距小 C．节距大 D．节距小
10、耐压试验是在绕组与机壳或铁心之间和各相绕组之间加上50Hz的高压交流电试验电压，试验__min，绝缘应无击穿现象。A．1 B．3 C．5 D．7
11、线圈直线截面尺寸一般允许压装后槽形尺寸比冲片尺寸小0.2mm，中型电机小__mm。A．0.4 B．0.3 C．0.5 D．0.6
12、发电机大盖回装时，在密封面上应均匀刷一层__ 液体密封胶。A．HDJ-892 B．750-2 C．YQ-54891
13、直流电动机发生环火的原因有设计原因；__维护不良；换向恶化；电气控制系统故障等。A．定子 B．风扇 C．换向器 D．机座
14、浸渍加压的方式之一是将空气经过__处理、干燥除水后再经空气压缩机提高压力后送入浸渍罐加压。A．无油净化 B．油净化 C．除氧 D．除氮
15、发电机线棒多采用银焊或磷铜焊，其允许的工作温度高，熔点大于__℃。A．200 B．500 C．700 D．1000
16、在交流电压作用下，部分电能在介质中转变成热能，这部分能量叫介质损耗，介质损耗由漏导电流、吸收电流的__引起。A．有功分量 B．无功分量 C．交轴分量 D．直轴分量
17、端盖从材料和__上的不同，可分为铸钢、铸铁、铝合金压铸、钢板焊接以及整体端盖和分片端盖。A．材料 B．形式 C．结构 D．转换
18、功率表的读数较为复杂，读数前应先用所接电流量程和电压量程的__除以功率表刻度尺的总格数。A．乘积 B．商 C．和 D．差
19、湿热带电机的技术要求之一是__。A．具有一定的耐霉性能 B．具有一定的耐压性能 C．具有一定的耐热性能 D．具有一定的耐水性能
20、在结束培训时，指导者应对学员的优点进行表扬，对其不足要进行__，以利于学员操作水平的不断提高。A．谅解和包容 B．指正或指责 C．指正或批评 D．指责或训斥
21、从事某种职业的个人对社会、集体和服务对象所承担的社会责任和义务称为__。
A．职业纪律 B．职业责任 C．职业道德 D．职业守则
22、一台三相异步电动机的转速为960r/min，故此电动机的极数为6。__
23、按钢的用途分，碳素结构钢中碳的质量分数一般小于__，主要用于制造各种机械零件和工程构件。A．0.25% B．0.60% C．0.70% D．0.90%
24、弹簧压力计可测0.03～1000MPa的压力，公差等级有__个等级。A．10 B．7 C．5 D．4
基于装配 篇6
【关键词】“厂中校” 模具装配与调试 教学改革
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）03C-0068-02
柳州城市职业学院于2009年开设了模具设计与制造专业，至今已有四届毕业生。经过对学生实习就业企业和毕业生的访问调查，他们对学院模具设计与制造专业的专业课程建设提出了很多良好的建议。结合该院模具设计与制造专业2014年到东莞骏易五金模具有限公司开展厂中校的契机，该院和企业对模具装配与调试课程进行了大胆的改革尝试，丰富了教学内容，把真实产品引入到教学中，突出了应用性；创新了教学模式，把课堂搬进了车间，突出了实战性，激发了学生学习的兴趣。通过教学改革取得了良好的教学效果。本文试以该学院模具专业为例，针对模具装配与调试课程的现状，提出模具装配与调试课程改革的思路及改革的措施。
一、模具装配与调试课程的现状
（一）课程内容跟工作内容不相符
国内绝大部分院校校内都没有办有模具制造的工厂，所以该课程的内容还是以制作袖珍型的冲裁模的装配和调试为主，跟模具工厂里的钢板模和铸铁模具的工作内容相差甚远，学生课堂上学到的东西根本无法胜任岗位的工作要求，导致学生到企业去实习和工作需要从头学起。
（二）实训条件不完善，不能很好满足技能训练的要求
国内院校模具专业的实训条件不够完善，常用的机械加工设备是比较先进，但只是针对模具机械加工方面，但在模具钳工方面的实训设备和工具局限于台虎钳、锯弓、锉刀、台钻等，像企业现场模具钳工所经常用到的手砂轮、油石等工具都缺乏，所以这方面的技能是缺失的。
（三）专业师资不够强，不能很好地满足教学的要求
目前国内职业院校模具专业的师资大部分都是从院校毕业的大学生，企业经验欠缺，专业基础不扎实。虽然很多院校也在尝试引进企业高技能人才，但由于体制的原因，能成功引进的不多，导致了模具专业的师资力量不强，不能满足教学的需求。
二、模具装配与调试课程改革的思路
通过校企合作，改变传统的课堂教学模式。把课堂搬进车间，聘请企业的能工巧匠做老师，教学内容就是模具实际生产中一项内容，并以企业的作业标准对学生进行考核。
（一）理论教学
坚持必需和够用原则。因为职业教育培养的人才主要是生产一线进行操作的技能型人才，过多或较深的理论分析，学生无法接受而且没有必要占用学生宝贵的现场实训时间。学生所学的理论主要是围绕着解决工作现场实训时的工作内容，指导他们更好的掌握实践技能。
（二）实践教学
实践教学就是学生在企业师傅的指导下和师傅一起完成模具的装配和调试，课程的考核标准参照企业的作业标准要求来进行考核。学生的操作技能是从实际生产中学习中得来的，实用性强。
三、模具装配与调试课程改革措施
（一）明确教学目标
通过企业现场教学，培养学生的职业素质和岗位职业技能，感受模具设计与制造企业的文化和精神，巩固、印证已学课程的内容，加深对所学知识的理解，拓宽知识面，把理论和实践结合起来，提高实践动手能力。同时培养学生热爱劳动、不怕苦、不怕累的工作作风；培养、锻炼学生交流、沟通能力和团队精神。通过本阶段的教学主要培养学生如下几个方面的能力：一是强化学生动手能力，提高学生专业素质，掌握模具装配与调试操作技术；二是培养学生综合运用知识解决实际问题的能力，培养实事求是，严肃认真的科学工作态度；三是增加学生对企业的全面了解，丰富学生社会实际经验，提高学生综合素质；四是培养学生良好的工作作风，增强团队协同作战能力。
（二）选择教学内容
1.岗前实习培训，主要内容包括公司培训、5S及安全培训、态度观念培训、量测技术。
2.模具装配与调试课程（实训）操作，主要内容包拉伸类模具装配，拉伸类模具调试，剪切冲孔及斜契类模具装配，剪切冲孔及斜契类模具调试，整形类模具装配，整形类模具调试。
3.模具装配与调试课程（理论），主要内容包拉伸类模具装配理论，拉伸类模具调试理论，剪切冲孔及斜（下转第74页）（上接第68页）契类模具装配技巧理论，剪切冲孔及斜契类模具调试理论，折边、整形类模具装配理论，折边、整形类模具调试理论。
（三）制定考核评价制度
在完成企业课程实训的后期，由企业部门负责人、企业指导教师和学校指导教师一起对学生的理论知识和操作技能进行评价（见表1）。
一、模具装配与调试（理论）评价制度
课程成绩按百分制评定，第四学期成绩由平时成绩和理论考试成绩组成，平时成绩含平时作业，课堂提问，考勤情况等占总成绩30%，理论考试成绩占总成绩70%。
二、模具装配与调试（实训）评价制度
成绩评价：采取过程性考核，配分状况见下表
四、结语
模具装配与调试课程的改革，以校企合作为平台，把生产内容引入课堂，采用项目教学法，极大地激发了学生学习的积极性，提高了他们的专业操作技能，2014级模具设计与制造专业35位学生全部通过了考核，企业对学生的表现给予了很高的评价，学生虽然觉得在企业上课比在学校累得多，但觉得真正学到了本领，非常满意学校进行这样的教学改革，可以说这次改革是非常成功的。后续需要加强的是企业生产和教学如何结合得更好，进一步提高学习的效率。
【参考文献】
[1]杨微.职高模具教学改革的探索与思考[J].常州信息职业技术学院学报，2007（2）
[2]赖华清.高职模具专业的教学改革[J].武汉船舶职业技术学院学报，2006（4）
[3]蒙以嫦.模具教学改革刻不容缓[J].边疆经济与文化，2007（2）
基于方向矩阵的装配序列规划 篇7
关键词：装配序列,规划,方向,联接
0 引言
当前全球经济形势变得越来越严峻,制造型企业需要找到新的突破点以削减成本。同时,为了在市场竞争中更具有竞争性,企业提供的产品正在向多品种小批量的模式发展。在该模式的生产过程中,装配环节在很大程度上影响着产品的成本和最终品质。据统计,装配活动约占产品总制造时间的50% ,占总制造成本的40% —60%[1],而且随着制造过程中自动化程度的不断增加,在装配中消耗的费用的比率还有继续增加的趋势。其中,装配序列规划( assembly sequence planning,ASP) 很大程度上决定了装配过程的复杂性和可靠性。法国学者Boujault最早提出以装配关联图G < E,V > 来表达装配结构,并通过交互提问的方式确定零件联接的优先关系集[2]; 此后Homen deMello提出了类似AND / OR图的装配序列表达方式,并将装配关联图扩展到G( P,C,A,R,F) ,即加入了工程信息[3]; Zha提出了基 于PDES/STEP的装配模 型建立方法[4]。经典方法一般表达出全部的序列解空间,这使它可能从中找出最优的装配序列,但随着产品中零件数量的增加,解空间的组合爆炸给序列的存储、选优带来极大困难; 且序列的几何推理方法不易融入人类的装配知识,难免产生众多几何可行但工艺不可行的序列结果[5]。
在做装配序列规划时,为了能够降低算法复杂度,需要充分挖掘装配的特殊性,即几何的特殊性和工程的特殊性,才能避免陷入直接划分割集造成的组合爆炸。
1 装配模型的建立
装配序列规划的基础是装配模型的建立。在一个能够表达所需装配要素的装配模型的基础上求解序列,将比纯几何求解速度更快。
装配体的组成从实体上看,可以分为连接件和组件,其中连接件是指具有连接功能的特殊零件如螺钉,或零件组如螺栓连接( 包含螺栓螺母垫片) 。连接组件是指除连接件以外的其余零件。
从装配体的组装方式来看,装配体上的所有零件都能形成稳定结构而不产生掉落。在CAD系统中,装配过程是在“失重状态”下完成的,零件在操作过程中可以停留在任何空间位置,不会出现移动,翻转现象,装配到位后也不会出现跌落、坍塌现象,即整个操作过程中零件一直处于一个稳定状态。因此,现有的通过从CAD软件中提取出来的干涉矩阵来求解装配序列的技术,并没有考虑到装配过程中的稳定性问题。
为了使规划后的装配序列能够尽量贴合实际装配过程,在装配规划中必须考虑装配操作的稳定性,即从装配方向的角度来规划装配序列。同时,在实际装配中,由于装配体本身可能并不对称,或者有特定的装配顺序,并不能保证装配的每一个状态在装配方向上都是稳定的,因此,需要引入联接的概念。
1. 1 联接的定义
在实际工程中,装配是由若干阶段组成的,而每个阶段都是从 零件库中 提取若干 零件加到 现有序列中[6]。
设装配体P由n个零件组成,P = { P1,P2,…,Pn} ,令集合G = { Pi|零件Pi尚未使用,待装配} ,集合G'= { Pi|零件Pi已经使用,已装配} 。装配阶段开始时,G = { P1,P2,…,Pn}}注意到在实际装配中,广泛使用了连接件; 并且在装配的过程中,一个阶段完成后,应该有相对应的连接件加入以保证阶段性稳定,使得是不至于跌落的。
定义1: 按照零件在装配体中的功能,将所有零件分为两类: 联接和非联接。联接包括连接件( connector) 和连接组件( connect component) ; 非联接( non - connect) 包括非连接组件( non - connect component) 。连接件是指被设计来完成紧固作用的零件组,或者是起到紧固作用的约束。连接组件是与连接件有直接接触的被连接零件; 其他零件属于非联接,称为非联接组件。
定义2: 从构成的角度来看,联接包括一个或零个连接件以及若干连接组件。可以表达为联接{ 连接件; Pi. . .Pj} ,在装配过程中,可以按联接的顺序装配,例如按联接1 - > 联接3 - > 联接2…的顺序进行,最终完成整个装配体。其中连接件,可以根据连接件类型确定相对应的一个或多个零件组; Pi. . . Pj指在这组联接中包含的连接组件。要完成一个联接,需根据连接件的不同类型,符合特定的规则。由于连接件的紧固功能不同,其装配规则和优先级别也不相同。例如连接件“螺栓 - 螺母”对应的联接规则是: 在此次联接中,螺栓和螺母最后完成且应该紧接着螺栓和螺母连接的零件到位后完成,而螺栓和螺母的先后顺序不作具体规定; 键要在其连接的零件之间装配,且在键定位后,必须立即装配键外侧的功能件。
考虑到可扩展性,将联接分为3类: 普通联接( xxxconnect,xxx为连接件名称) 、动联接 ( dynamic connect,如齿轮的啮合) 和静联接( static connect,如过盈连接) 。
1. 2 层次化装配模型
在传统的装配体序列规划中,一般的简化方法是进行子装配体划分。子装配体的划分可降低求解的时间复杂度,在实际中子装配体的划分在设计阶段已经确定,划分次数有限且为常数,一般采用人工指定的方法较好。在之前的研究中,往往采用线性结构表达最终的装配序列。实际上,这是不正确的。因为子装配体的意义不仅在于将装配问题划分为子问题,以降低装配规模,而是在于一些装配体只有在子装配体完成的基础上才能将子装配体作为一个部件继续进行。对应上文的联接概念,在此提出装配的层次化模型,如图1所示:
从理论上说,装配体P的联接数与连接件的组数是相关的。设装配体P有k个联接( 连接同一组零件的多个同类连接件算一组) ,第k个联接含有nk个连接件。则问题的规模从n降低到n - ∑ki = 1nk
2 序列规划算法
2. 1 接触矩阵
在装配过程中,零件的装配从根本上是依赖于接触的,假设装配进行到某一状态,设 Pi∈G,决定将Pi加入G’,则此时Pi能够加入G’的一个必要条件是Pi与G’中现有的某一零件存在接触。若该条件不满足,则Pi不能紧接着加入装配序列。从装配的几何推理来看,G’的状态决定了接下来能够加入G’的零件,可能是单一零件,也可能是一个联接或一个子装配体。
定义3: 设装配体P由n个零件组成,P = { P1,P2,…,Pn} ,以整数Cij表示零件Pi与Pj的接触关系,则n阶方阵C = ( Cij)n×n作为接触矩阵。其中:
2. 2 方向矩阵
定义4: 在装配过程中,一般会有一个主装配方向,对于箱体类零件重力方向可能为主装配方向,对于轴类零件则xoy面居多。假设 - z为重力方向,Pi与Pj( 不包括连接件) 在某个与xoy面平行的参考平面上的投影相交: 若投影相交部分Pi比Pj距离该参考平面更近( 比较相交部分实体的重心的z坐标) ,则认为Pi优先于Pj。如图2所示,以投影平面为参考平面,投影相交部分Pi比Pj距离该参考平面更近,因此若装配方向为垂直向下,即重力方向,则Pi优先于Pj,分别用整数 - 1,1,0表示前者比后者距离参考平面远、近及没有关系。
考虑一种特殊情况: 若Pi与Pj的投影相交部分,其中属于Pi或Pj的实体多于一个( 一般情况下相交部分属于Pi与Pj的实体各一个) ,表示Pi与Pj不是按主装配方向装配的,Pi与Pj的装配方法是在与主装配方向垂直的平面完成。其中实体距离参考平面最远及最近的零件认为在外部,距离不是最远也不是最近的零件认为在内部,分别用虚数 - i和i表示。
定义5: 设装配体P由n个零件组成,P = { P1,P2,…,Pn} ,除连接件外的零件数为m,以Oij表示零件Pi与Pj的方向关系,则m阶方阵O = ( Oij)m×m作为方向矩阵的推理的基础。
3 序列生成步骤
在求解中,应该综合考虑联接规则、接触规则和装配方向规则,其中,联接规则从工程的角度来引导装配序列,接触矩阵是可行性的基础,而方向矩阵则给出了较优序列的推理方向,具体流程见图3。
1) 从CAD环境中读 取装配模 型信息,生成零件列表;
2) 在模型信息的基础上,通过自动或人机交互的方式,确定连接件对应零件及类型提取出全部联接关系;
3) 在模型信息的基础上,通过自动或人机交互的方式,提取出全部接触关系,因为连接件的接触性由联接关系保证,因此可以通过剔除连接件的方式来简化接触矩阵;
4) 生成层次化装配模型,对每一个子装配体重复步骤5 - 8;
5) 确定基件、基件的主装配方向及与之相对应的参考平面,生成方向矩阵;
6) 计算装配矩阵的数值。如果没有方向改变,直接跳至步骤8;
7) 如果存在方向的改变,则将不同与主装配方向的零件及对应的联接归为一组,分配新的基件及其主装配方向、参考平面,生成方向矩阵,迭代求解;
8) 按构成矩阵中零件不同的权重,生成装配序列;
9) 根据联接规则加入连接件,对上一步生成的序列作微调;
10) 根据接触矩阵,进行接触检查,调整上一步的序列; 对生成的序列进行干涉检查,确定较优可行序列。如果仍然不可行,则考虑装配方向的指定是否有问题,重新指定装配方向。
4 应用举例
上面的例子给出了装配序列求解的步骤,但是相对简单,为了表达基于层次化装配模型和方向矩阵算法的正确和效率,下面以某2. 6 k W发动机为例图4。
1) 确定装配体中的联接: 联接1{ 13 - 20,11; 1,12} ;联接2{ 7; 8,9} ; 联接3{ ; 3,6} ; 联接4{ ; 9,10} 。
2) 确定接触矩阵C( 剔除所有连接件7,11,13 - 20) :
3) 生成层次化装配模型图5。
4) 确定主装配方向: 以1为基件,1的背面为参考平面,12 - > 1为主装配方向。
5) 生成方向矩阵O,其中Oi= ∑mj=1Oij,计算得:
观察到矩阵求和的值中有虚部,所以8,9,10号零件有装配方向的改变,对应矩阵中的O7,O8,O9,对1,8,9,10号零件重新指定装配方向为重力方向,参考平面为1的底面,生成新的 局部方向 矩阵,计算得:
6) 并加入连接件,生成层次化装配序列见图6。如在最底层联接2与联接4并列,表示联接2与联接4的装配顺序可并行。总的装配顺序从下向上读取,如一种可行的装配顺序为: 1 - > 联接2 - > 联接4 - > 2 - > 4 - > 5- > 联接3 - > 联接1。在上述基础上展开的一种可行装配顺序为:
1 - > ( 7,8,9) - > 10 - > 2 - > 4 - > 5 - > ( 3,6) -> ( 11,12,13 - 20) 。可以很明显的看出,如果不按层次化装配模型来规划装配序列,即7,8,9,10作为一个整体来处理,则不能找到可行序列,因为无论按任何方向拆卸7,8都会发生干涉。
7) 根据接触矩阵检验,验证得上面的装配序列在接触上可行。
8) 对生成的序列作干涉检查,验证得上面的装配序列结果为可行。
5 结语
基于三维模型的装配关键技术分析 篇8
(1) 虚拟装配。在三维CAD环境下建立零部件三维模型, 并以“搭积木”的形式组合起来, 形成装配体的三维模型。 (2) 精度分配。装配信息的完整准确表示是装配序列正确生成的先决条件。由于在装配体零件构形时只考虑了实际尺寸, 而对零部件的公差、精度要求并无体现, 所以在这一环节要根据装配尺寸链进行精度的分配, 充实装配体的实体信息。精度分配是进行产品装配的基础。 (3) 装配序列规划。在产品的装配过程中, 装配同一产品可以采用不同的装配顺序, 这些不同的装配顺序形成了不同的装配序列。 (4) 干涉检验。在装配完毕以后, 为了保证装配模型的有效性, 必须检查装配体各零件之间是否有干涉。选中整个装配体, 并将重合情况视为干涉, 开始进行干涉检查, 由于数据量比较大, 系统需要等待一定时间, 在干涉检查完毕后, 系统会将发生干涉的零件及干涉体积显示出来, 以供设计人员寻找干涉地方和进行零件几何形状的修正。 (5) 装配序列评价。装配序列的评价针对所有的可行装配序列, 依据某种评价标准, 对影响装配序列的各种因素进行评价, 筛选出较好的装配序列。
2 装配关键技术
2.1 装配精度分配
任何产品都是由许多零件和部件组成, 装配精度就是组成产品的零、部件装配后实际几何参数与理想几何参数的符合程度, 它通常是根据产品使用性能、使用效果、精度和寿命等综合指标来确定的。装配体的质量要求, 包括装配体的性能指标、工作效率、几何位置精度、传动精度和使用寿命等。
在装配中应对装配精度进行两方面分析:一是功能性分析, 即分析和确定对装配体的功能起关键作用的关键尺寸, 其目的是对一个或多个功能尺寸生成装配尺寸链, 进而进行公差的分析;二是装配性分析, 根据装配时零件间的配合情况调整配合公差等级, 合理分配公差, 保证零件能够成功配合装配在一起并符合装配质量要求。
2.2 装配序列规划
按照某些装配序列, 可以较顺利地组织装配, 最终达到设计要求。而由于各种原因, 有些装配序列的采用不能达到指定的装配目标。装配序列规划就是在给定产品设计序列的条件下, 找出那些合理、可行的装配序列, 并从中选取最优的序列, 按照这样的序列, 可以达到预期的装配目标。
装配序列是决定装配过程的复杂性和可靠性的重要因素, 利用产品设计中的数字化信息, 用计算机生成产品装配序列, 选择适合装配环境的较好的装配序列, 对于改进产品设计、设计装配系统 (装配单元或装配线) 、确保装配可行性、提高装配效率、降低装配成本、缩短产品的开发周期具有非常重要的意义。利用计算机进行产品装配序列规划, 可以弥补产品设计者经验的不足, 形成统一的评价标准, 避免由于遗漏好的装配方案而造成装配成本与时间的浪费。对复杂的产品装配, 可以从所有可行装配序列中找到最佳方案, 同时产品设计者可以根据装配序列规划反馈的信息改进设计。
2.3 影响装配序列规划和评价的因素
在只考虑几何约束的情况下, 一个产品往往存在一个或几个可行装配序列。分析影响装配序列规划的因素不但可以在装配工艺制定时就给予相当关注, 而且可在装配序列优选时作为评价性指标。装配序列的影响因素有多种, 本文在对各种影响装配序列的因素进行比较分析与综合评估基础上, 得出六个影响装配序列的最主要因素: (1) 结构对称性, 结构不对称的零件应尽量排在装配序列的前端。如轴类零件一般排在箱体后装配。 (2) 装配关系数, 一个装配序列中装配关系多的零件 (非紧固件) 在前端装配比在后端装配更容易实现。 (3) 零件的质量和体积, 装配序列的易装配性与零件的质量与体积也有较大联系, 一般大且重的零件应先装, 中等质量和体积的零件应在中间装, 轻和小的零件应后装。 (4) 装配逻辑, 逻辑顺序是指装配操作对应的两相关零件间的顺序要求, 是设计者按技术要求和设计经验规定的一种顺序要求, 是可不被必须满足的软约束。 (5) 装配方向变换, 装配方向变换性对装配时间和装配效率影响较大。 (6) 配合精度, 零件在进行装配时, 要特别考虑配合精度问题。
3 面向三维模型的产品装配总体方案
由以上面向三维模型的装配过程分析和关键技术的理论及方法研究, 提出面向三维模型的产品装配总体方案。从面向三维模型的产品装配总体方案流程图中可以看出, 本文从已构建的三维装配体模型出发, 研究计算机辅助的装配设计, 具体包括以下内容。
(1) 装配精度分配。搜索装配体模型, 获取所有的装配关系和基本尺寸信息, 形成变动几何约束网络, 搜索其最小回路形成装配尺寸链, 按照模糊精度分配方式对装配精度进行分配。 (2) 装配序列规划。搜索装配体模型所有配合功能表面, 构建装配关系模型并用装配关系图的形式进行表达, 根据零件功能表面间的配合程度确定关联指标评价值。计算关联强度, 在装配关系图上划分子装配体。并分层进行装配序列规划; (3) 装配序列评价。生成装配序列并对其装配过程进行干涉检验, 筛除不合理的装配序列。在此基础上利用基于信息熵的评价方法对序列进行评价优选, 从而得到最优的装配序列。
按照此步骤, 就可以顺序实现装配精度分配、装配序列规划和装配序列评价。但在具体实施过程中, 一些具体步骤, 如代表装配精度要求的封闭环就需要通过人机交互形式来指定, 装配约束的获取和装配实体的获取等均需要计算机辅助来实现。这就要求提供系统功能支持。因此, 考虑在现有CAD系统上进行二次开发, 对各功能流程化实现, 形成完整的体系结构。
4 结语
本文首先对面向三维模型的装配过程进行分析描述, 提出本文重点研究的几项关键技术;其次, 对装配精度分配、装配序列规划的有关内容和研究意义作以阐述并提出影响装配序列规划和评价的六个重要因素, 充分考虑它们对装配序列规划和装配序列评价的影响作用。最后, 围绕实现装配中这几项关键技术的目标提出了总体思路, 并简述其实现过程。
参考文献
[1]朱文伟, 杨昌明, 张胜恩.网络化参数化建模及自动装配的研究[J].机械设计与制造, 2008, 5.
基于装配 篇9
供应链是一个包含供应商、制造商、零售商以及消费者等多个主体的系统。其中供应商之间可以是竞争关系,如苹果手机公司和三星手机公司,也可以是互补关系,如给三星手机提供零部件的各个供应商。装配系统属于供应链中的一种,它是由生产互补零部件的供应商和组装零部件成产品并销售的装配商/零售商组成的系统。
供应链通过契约机制设计可以起到协调的作用,使整个系统达到最优。Cachon[1]提出了传统的供应链契约,包括了收益共享契约、批发价格契约、数量折扣契约、回购契约等等。其中,在收益共享契约里,零售商将自己的一部分收益与供应商分享,供应商根据共享的比例来决定生产量或者发货量。而在批发价格契约里,由供应商制定批发价格,零售商决定订货量。在回购契约里,供应商会对零售商未售出的商品以某低于批发价格的回购价格进行回购。Cachon和Lariviere[2]在传统最简单的契约基础上研究了收益共享契约的协调问题,并且将其同其他契约,如回购契约、数量折扣契约等结合起来进行比较,指出协调需要满足的条件。作为供应链中的一个子系统,装配系统通过契约机制设计也能协调各方主体,使系统达到最优。因此在供应链契约基础上,大量文献对装配系统契约进行了研究。Yigal Gerchak和Yunzeng Wang[3]就提出装配系统中供应商主导的收益共享契约和批发价格契约以及使装配系统达到协调的条件。Daniel Granot和Shuya Yin[4]研究了装配系统中的推拉合同,并探讨了在这两种契约机制下供应商之间的竞争与合作并分析了稳定性。
关于上述的契约协调问题,都建立在各个供应链成员对风险的态度是中性的基础之上。在考虑供应链成员是风险中性的情况下,往往都以期望利润最大化或者期望成本最小化作为决策标准。在考虑供应链成员具有风险偏好时,传统的方法已经不能解决问题。一般而言,有三种度量风险的方法:均值-方差法、风险值法(VaR)、条件风险值法(CVaR)。作为金融的一种最新的测量风险的方法,条件风险值CVaR具有次可加性、单调性、正齐次性等特性,因此受到广泛应用[4]。
大批学者将条件风险值作为风险的测量指标运用于供应链契约协调中,于春云等[6,7,8,9]建立了在随机需求下由具有不同风险偏好的单个供应商和单个零售商组成的两级供应链的CVaR模型和收益共享契约、回购契约模型,研究了风险规避水平对最优订购量等指标的影响。闻卉等[10]利用条件风险值探讨了在随机需求下供应链成员均具有风险规避特性时供应链回购契约的优化与协调问题。邱若臻和黄小原[11]研究了由单个具有风险偏好的零售商和单个风险中性的供应商组成的两级供应链的回购契约模型,建立了由风险厌恶程度和悲观系数这两个参数描述的基于CVaR的集成目标决策函数。叶飞等[12]建立了由风险中性的公司和具有风险规避的农户组成的供应链模型,用CVaR度量风险,分析了供应链分散决策下农户与公司的最优决策。Xin Chen等[13]在条件风险值的基础上建立了由一个风险规避的零售商和多个风险规避的供应商组成的分散供应链,定义了协调契约并分析了契约的稳定性。
在装配系统中考虑风险是有必要的,一方面可以观察横向关系上不同成员的风险规避差异性,另一方面还可以观察纵向不同层级的供应商和装配商/零售商的风险规避水平差异。由于装配系统具有特殊的装配特性,比如供应商之间这种特定的互补关系以及装配比例问题,如果考虑到主体的风险规避情况,使得模型更加复杂,因此目前没有文献在装配系统中考虑风险规避情况。但因为n个供应商会很复杂,会导致很多个分段函数讨论,以致描述很复杂,而且表示出来意义不大,然而通过两个供应商就可以得出一些规律,而这些结果可以推广到n个供应商的情况。所以为了简化模型,本文将考虑由两个供应商和一个装配商组成的装配系统,其中各个成员都是风险规避的,再结合传统的契约模型,建立“收益共享+剩余”(RS)和“批发价格+回购”(WB)这两种混合契约模型。将两种有对比性的混合机制运用于考虑风险的装配系统中也是有意义的。在RS中,装配商除了分享一部分比例的收益给供应商外,还会对供应商生产量多于需求的部分进行一个剩余的补偿,这样就将部分风险从供应商转移给装配商;在WB中,供应商除了制定批发价格外,还会对装配商未售出的部分进行一个回购,这样就将部分风险从装配商转移给供应商。在基于CVaR的装配系统契约模型中,本文将探讨风险规避水平对供应商生产量/发货量和装配商订货量的影响,装配系统最优的生产量和订货量,如何制定共享比例和批发价格等参数,以及使装配系统达到协调需要满足的条件。
2 模型描述
2.1 CVaR模型
VaR是指损失的概率超过某个置信水平的最小值,而CVaR模型是在风险值VaR的基础之上提出的,CVaR是指在正常的条件下,损失的概率超过置信水平的条件期望值。
若设g(x,y)为损失函数,x为随机向量,y为决策变量向量,f(x)是随机变量x的概率密度,R为实数集,则在风险规避水平为β时的CVaR为[14]:
Rockafellar和Uryasev[14]对CVaR的求解给出了新的公式:
其中,[g(x,y)-α]+=max{0,g(x,y)-α},R为实数集。
2.2 问题描述
本文研究由两个供应商和一个装配商/零售商组成的装配系统,最终产品的市场需求为D,它是一个随机变量,分布函数为F(x),概率密度函数为f(x),产品的单位售价为p,供应商生产零部件的单位成本为ci(i=1,2),装配商装配零部件的单位成本为c0.假设各个供应商生产的零部件是按照1∶1的比例装配的。为了简化模型,假设最终未售出的产品或者零部件没有回收价值。
在“收益共享+剩余”(RS)的契约中,装配商将收益的一部分分享给供应商,共享比例为θi(i=1,2),供应商以此决定零部件的生产量,另外,装配商对于供应商未被售出的零部件给予每单位si(i=1,2)的补偿,si<ci.
在“批发价格+回购”(WB)的契约中,供应商i给定零部件的批发价格wi(i=1,2),装配商根据批发价格决定订货量,另外,供应商对装配商未售出的产品的零部件给予每单位bi(i=1,2)的回购,bi<wi.
本文假设的装配系统的各个成员都是风险规避的,零售商的风险规避水平为β0,供应商的风险规避水平分别为βi(i=1,2),假设β1>β2.由于装配商/零售商更接近消费者市场,因而面临的风险更大,因此设1>β0>β1>β20。下文将探讨风险规避情况下的装配系统的RS和WB两种契约的协调问题。
3“收益共享+剩余”契约与协调
在“收益共享+剩余”契约下,装配商作为Stackelberg主导者首先决定共享比例θi(i=1,2)、剩余补偿si(i=1,2),然后供应商根据共享比例和剩余补偿决定生产量/发货量,则装配商的利润函数Π0(θ1,θ2,s1,s2)、供应商的利润函数Πi(qi)(i=1,2)分别为:
在装配系统中,最终产品按照零部件1∶1的比例进行装配,因此得到
其中,q1表示供应商1的生产量/发货量,q2表示供应商2的生产量/发货量。
供应商和装配商基于负收益的CVaR模型分别为式(5)和式(6):
供应商i(i=1,2)只有在qi<F-1(1-βi)的条件下才有最优生产量/发货量,各自的最优生产量/发货量为
由于装配商按照1∶1进行装配,因此,供应商的最优生产量/发货量为
命题1当供应商的最优生产量/发货量满足qs*<F-1(1-β1)时,“收益共享+剩余”契约能实现装配系统的完美协调;相反亦然。
证明当q1<F-1(1-β1)时,供应商1才存在最优订货量q1*,当q2<F-1(1-β2)时,供应商2才存在最优订货量q2*.当q1*>q2*时,有qs*=q2*<q1*<F-1(1-β1);当q1*<q2*时,有qs*=q1*<F-1(1-β1);当q1*=q2*时,qs*=q1*=q2*<F-1(1-β1)。故当qs*<F-1(1-β1)时,可以实现装配系统的完美协调;反之则不能。
命题2装配商制定共享比例θ1,θ2,s1,s2应满足
此时q1*=q2*=qs*.
证明在均衡情况下,装配商设定共享比例来使得供应商的最优生产量/发货量相等,因为生产任何多余的零部件对于供应商而言都是一种浪费。所以以上命题成立。
整个装配系统的利润函数Π(q)为:
由于CVaR具有次可加性,因此可以得到在q<F-1(1-β1)条件下整个装配系统基于负收益的CVaR如下:
由于1>β0>β1>β2≥0,得F-1(1-β0)<F-1(1-β1)<F-1(1-β2)。
当q<F-1(1-β0)时,供应链装配系统的最优生产量/发货量,即
其中,。
当F-1(1-β0)≤q≤F-1(1-β1)时,装配系统的最优生产量/发货量,即
命题3在“收益共享+剩余”契约中,当qs*=q*时,装配系统实现完美协调。
证明在RS契约中,实现供应链完美协调的条件就是使供应商的最优生产量/发货量等于装配系统的最优生产量/发货量。
性质1当q<F-1(1-β0)时,最优生产量/发货量随着装配商风险规避水平的增加而减少,同时也随着供应商风险规避水平的增加而减少。当F-1(1-β0)≤q≤F-1(1-β1)时,最优生产量/发货量不随装配商风险规避水平改变而改变,但是随着供应商风险规避水平的增加而减少。
证明当q<F-1(1-β0)时,(i=1,2),当F-1(1-β0)≤q≤F-1(1-β1)时,q*与β0无关,(i=1,2),所以结论成立。
4“批发价格+回购”契约与协调
在“批发价格+回购”契约下,供应商作为Stackelberg主导者决定零部件的批发价格wi(i=1,2)、回购价格bi(i=1,2),然后装配商根据批发价格和回购价格决定订货量q,则装配商的利润函数Π0(q)、供应商的利润函数Πi(wi,bi)(i=1,2)分别如下:
则整个装配系统的利润函数Π(q)为:
由式(1)可以得出装配商、供应商基于负收益的CVaR如式(17)和式(18):
装配商只有在q<F-1(1-β0)的条件下才有最优订货量,且装配商的最优订货量为
命题4当q<F-1(1-β0)时,“批发价格+回购”契约能实现装配系统的完美协调,反之则亦然。
类似地,由CVaR的次可加性,可以得到整个装配系统在q<F-1(1-β0)条件下的最优订货量
在WB契约中,实现供应链完美协调的条件就是使装配商的最优订货量等于装配系统的最优订货量。
命题5当装配系统实现协调时,qa*=q*,即
性质2产品的批发价格随着装配商风险规避水平的增加而减少,而随着供应商风险规避水平的增加而增加。
证明令w代表总的批发价格,,故产品的批发价格随着装配商风险规避水平的增加而减少,而随着供应商风险规避水平的增大而增大。
性质3产品的回购价格随着装配商风险规避水平的增加而增加,而随着供应商风险规避水平的增加而减少。
证明同上。
性质4最优订货量随着装配商风险规避水平的增加而减少,同时也随着供应商风险规避水平的增加而减少。
证明由于仅在q<F-1(1-β0)条件下才能实现装配系统的完美协调,且(i=1,2),故q*随着装配商风险规避水平的增加而减少,同时也随着供应商风险规避水平的增加而减少。
5 结论
基于装配 篇10
柔性薄板类零件广泛应用于汽车、飞机等机械产品的生产中,其常用的装配连接形式为铆接和点焊。装配过程中的零件制造和夹具定位误差的存在会导致零件连接配合区域存在间隙或理论上的干涉现象。柔性件装配是一个经过定位及夹紧消除间隙后,施加连接操作的过程。不同于刚性零件,柔性件在装配过程中会因为过定位夹紧和连接力的作用而导致其弹性变形以及接触状态的不断变化,已有的刚体装配模型不适应于柔性薄板零件装配偏差的分析。因此,构建柔性薄板装配过程仿真模型,进而确定装配偏差的影响因素对于保证产品质量至关重要。
典型的薄板装配通常分为定位、夹紧、连接和夹具释放4个步骤[1],国内外众多学者对其装配过程和偏差分析进行了大量研究。Liu和hu[2,3]将有限元与统计分析相结合,采用影响系数法建立了零件偏差与装配回弹之间的线性关系,掀起了对薄板装配偏差分析的热潮,但其不足在于未考虑装配过程中零件间的接触现象。Liao和wang[4]研究了薄板装配中零件接触力对装配偏差的非线性影响,借助ANSYS有限元软件实现了基于非线性接触模型的钣金件装配偏差计算。Kang xie[5]等研究了装配过程中考虑接触情况下的尺寸偏差传递,结合有限元软件,采用增强的维数减小方法,建立了零件偏差与装配偏差统计特征之间的关系。国内林忠钦、来新民[6]对车体装配偏差的基本概念和国外基于偏差流理论的偏差控制方法进行了概括和归纳,掀起了国内对汽车柔性装配偏差分析和控制的研究帷幕。张媛媛[7]采用ABAQUS对装配接触问题进行建模,提出了有限元建模中干涉消除和接触力建模方法,进而分析接触存在情况下的柔性薄板件装配偏差。
基于ABAQUS有限元分析软件,运用重启动分析、数据传递以及自由度耦合的功能,构建柔性薄板装配过程仿真模型,分析零件接触以及摩擦现象对于最终装配偏差的影响,通过与薄板装配实验数据对比验证仿真模型的准确性。
1 柔性薄板装配模型
依据柔性薄板实际的装配过程及工艺特点,采用ABAQUS有限元分析软件构建装配过程仿真模型。
1.1 薄板装配定位方式及连接形式
对于刚体零件装配,一般在夹具上设置6个支撑点分别限制零件的6个自由度即可完成定位,通常称为3-2-1定位原理。6点的配置为:3点确定第一基准面以面接触方式对零件定位;2点确定第二基准面以线接触的方式对工件进行定位;一点所在的平面以点接触的方式对工件进行定位。不同于刚性零件,柔性零件刚度低,装配过程中受力易变性,因此柔性零件通常采用N-2-1的过定位方案,即在第一基准面上选择N(N>3)个定位点对零件充分定位,通常选取薄板零件的最大投影面作为第一基准面。
薄板连接装配通常采用点焊或铆接方式,从工艺角度出发,设计时需要在零件接头处保留一定的重叠区域称为配合区。典型的配合区连接方式包括搭接、对接及角接等(图1)。搭接接头可通过沿零件表面方向的滑动减小误差的传递,因此薄板零件装配多采用该种配合形式,对于装配过程的研究亦采用该连接形式。
1.2 柔性薄板装配过程
根据实际装配过程,柔性薄板装配通常情况下可以分为如下4个连续的步骤(图2)。
1)待装配零件定位,消除刚体位移。此处可采用3-2-1的定位方案,对于大尺寸薄板零件,可采用N-2-1的定位方案,以此充分约束零件的6个自由度,达到消除刚体位移的目的。
2)将零件夹持到名义装配位置。由于零件不可避免地存在制造偏差,定位后的零件可能偏移名义的装配位置,导致零件之间及零件与夹具之间存在间隙,采用过定位夹具及连接工具(铆枪或焊枪)施加夹紧连接力将零件夹持到名义连接位置,消除间隙。
3)连接,将待装配零件连接在一起。
4)释放夹具及连接工具,装配体自由回弹,装配完成。
1.3 ABAQUS柔性薄板装配过程仿真
对于柔性薄板装配过程的仿真,其关键问题在于:1)对连接工艺的模拟;2)对夹紧消除连接配合区域间隙之后施加连接紧固过程的实现。
针对连接工艺的模拟,因连接接触作用对于整体装配尺寸偏差影响较小,仅将连接操作简化为两结点之间的6个自由度耦合。ABAQUS中能实现此操作的有TIE绑定或MPC多点约束中的梁约束。但以上2种自由度耦合只能定义在初始分析步中,在后续分析步中继承,而柔性件装配是一个定位、夹紧消除间隙后施加连接的过程。因此,薄板装配的连续过程无法在一个分析模型中实现。
针对夹紧消除连接配合区域间隙之后施加连接紧固过程的实现,根据装配过程的实际需求以及重启动分析与数据传递的技巧,将装配过程分为2个分析模型。分析1对待装配零件施加定位、压紧到连接前的理想位置,并在分析末尾设置重启动分析参数,实现装配中的定位和夹紧步骤;分析2以分析1仿真结果作为本次分析的开始,定义连接,使装配后模型在夹紧后的弹性势能的作用下回弹至平衡位置,完成连接、回弹步骤。至此即通过2个仿真模型完成柔性件装配的全过程。
基于以上对柔性薄板装配过程中相关问题的有限元方法的处理,对基于ABAQUS的柔性薄板装配过程仿真做总结与归纳,如图3为ABAQUS柔性薄板装配仿真流程图,具体实施分为如下4个步骤。
1)构建带有制造偏差的装配零件模型,网格划分,选择定位点,采用3-2-1或N-2-1的方案对零件定位;对于可能在装配过程中发生接触的区域定义接触对,可采用点-面或面-面的接触模式,并在接触切向设置摩擦因数,完成定位。
2)选取过定位夹紧点及装配连接点,施加夹紧连接位移将零件压紧到理想连接位置,此处亦可通过调整位移数值模拟夹具及连接工具的定位偏差,因接触为典型的非线性现象以及零件制造偏差的存在,在夹紧过程中可能存在大位移现象,此处采用静力通用非线性分析,创建分析、求解完成整体过程中的定位、夹紧两步骤。
3)建立新的分析模型,采用数据传递操作导入前一分析夹紧完成后的网格模型,预定义初始状态场导入与变形后的网格匹配的夹紧完成后的计算结果,采用与前一分析相同的定位方案对零件定位,并设置接触属性,选取连接点,采用TIE或MPC约束模拟铆接或点焊连接,完成连接。
4)创建分析,让装配完成后的模型在上一分析夹紧完成后产生的弹性势能的作用下自由回弹,完成回弹步骤。此处采用仅释放夹紧夹具及连接工具的过定位释放方案。
2 实例分析
运用ABAQUS对柔性薄板装配过程进行仿真,在柔性薄板装配试验台上完成柔性薄板装配实验并采用三坐标测量机测得最终装配偏差。将仿真数据与实验数据进行对比,分析接触以及摩擦现象对于装配偏差的影响。
2.1 Z型板与平板装配仿真
图4为Z型板与平板零件几何模型,两板厚度均为1 mm,其中Z型板装配连接一端翘曲5°用以模拟零件制造偏差。各装配零件材料属性如表1所示。
采用ABAQUS建立装配零件的有限元网格模型,单元类型为S3,图5为薄板装配方案。Z型板采用4-2-1的过定位方案,具体实施为定位点F11、F12、F13和F14约束y向自由度,约束z向自由度的有点F12和F13,F11约束x向自由度;平板选取定位点F21和F22约束x、y和z三个方向自由度,以上各定位点约束自装配开始至最终均不释放。因本实例尺寸相对较大,另在Z型板折边上选取夹紧点C11和C12在x方向上施加位移约束,在平板上选取C21和C22约束y向自由度实现过定位夹紧。以上4个过定位点在装配完成之后释放约束。因此,本实例采用的是过定位释放方案。
图5在2块薄板零件连接配合区域选取4对连接点,以Z型板上连接点为主结点约束平板上对应点的全6个自由度模拟连接操作,各连接点匹配关系为W11/W21、W12/W22、W13/W23和W14/W24。因Z型板配合区域的翘曲导致其上各连接点在y向上偏离理想连接位置,另在C11和C12上分别施加1 mm和0.5 mm的位移约束模拟过定位夹具偏差,施加方向为x向。如表2所示为各连接点处制造偏差与夹紧点处定位偏差数值。
在下列3种情况下对装配过程进行分析仿真:1)不考虑接触作用;2)考虑法向接触现象不计摩擦影响;3)同时考虑接触法向接触与切向摩擦现象。当考虑摩擦现象时,摩擦系数取f=0.3。以薄板法向尺寸作为最终装配质量评估方向。各关键测点为:Z型板上点K11、K12,平板上点K21、K22,装配后两板共有的连接点W11/W21、W12/W22、W13/W23和W14/W24。表3为3种假设下所得各关键测点处装配偏差。
2.2 Z型板与平板装配实验
为验证本文采用ABAQUS对柔性薄板装配过程进行仿真的可行性,设计柔性薄板装配试验台(图6),对Z型板与平板进行装配实验。
根据图4实例几何模型及表1相关材料参数制作薄板零件并设计装配过程实验,实验中相关数据采集使用三坐标测量机(型号为MISTRAL070705)。如图7为薄板零件实物。各零件预制直径为22 mm的圆孔与装配实验台定位杆配合,实现确定性定位。点焊与铆接均为不可拆卸连接,为实现零件的重复利用,采用直径为5 mm的螺栓连接模拟点焊或铆接工艺连接。Z型板预制8 mm直径连接孔,因定位及夹紧误差,很难确定两板连接的准确位置,因此,平板采用长度为18 mm的槽孔配合圆孔连接,保证在小滑动情况下板件亦可实现连接。
a)根据柔性薄板装配工艺,装配实验通过如下4步实现:
1)零件定位:采用N-2-1定位理论对薄板零件定位。因制造偏差的存在,待装配零件连接配合区域存在间隙,如图8所示。
2)过定位及连接夹紧:采用夹紧夹头配合定位夹头将零件夹紧到理想连接位置,消除装配间隙。如图9所示,两板连接配合区域已完成闭合。
3)连接紧固:实验中采用螺栓与弹簧垫圈配合以保证连接的可靠性,如图10为连接完成后示意图。
4)过约束及连接夹头释放:释放连接及过定位夹头,因各夹头处夹紧力消失,装配体会发生一定的回弹现象。运用三坐标测量机测量各关键点处回弹后坐标,确定最终装配偏差。如图11为回弹后所需个关键点示意图。表4为装配完成后各关键测点处的装配偏差。
b)从3个方面对实验及仿真数据进行分析:1)分析接触现象对于装配偏差的影响;2)研究摩擦现象对于装配过程的影响机制;3)验证本文构建的薄板装配过程模型的有效性。分析数据来源于表3和表4。
不考虑接触现象时,ABAQUS仿真相对于实验数据在各关键点处装配偏差的平均相对误差为53.9%,因此,接触现象对装配偏差有较大影响,由图12同样可以看出仿真数据相对实验结果相差较大。
仅考虑法向接触时平均相对误差为15.3%,取摩擦系数f=0.3时平均相对误差为11.0%。即考虑摩擦作用时仿真结果更贴近真实值。由图12和图13可以发现2种假设前提下装配偏差与实验数据均有相近的数值。因此,仅考虑法向接触、同时考虑法向接触与切向摩擦采用ABAQUS仿真柔性薄板装配过程均可较准确的对装配偏差进行预测,但要更精确的得到计算结果,应充分考虑切向摩擦作用的影响。
c)经分析,结论如下:1)接触现象对于装配偏差有较大影响,其作用不可忽略;2)切向摩擦现象对于装配偏差有一定影响;3)本文基于ABAQUS的柔性薄板装配过程仿真可较准确的模拟装配过程,预测装配偏差。
3 结语
柔性薄板类零件广泛应用在汽车及飞机制造领域,准确预测装配尺寸偏差对于保证产品质量具有重要意义。基于ABAQUS有限元分析软件,运用重启动分析、数据传递技术和自由度耦合技巧,构建了柔性薄板装配过程仿真模型,分析了法向接触以及切向现象对于装配偏差的影响。通过仿真与实验所得装配偏差数据的对比分析,验证了仿真技巧的正确性。
参考文献
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基于装配 篇11
【关 键 词】Pro/E；压铸模具；三维建模；模具设计；数控加工
【中图分类号】TG76【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0209-02
1 引言
模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关机械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工业、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖来机、电机、电器、仪表仪器等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上。
目前我国的模具生产厂约有3万多家，从业人数80万人。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%、塑料模具约占33%、压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
随着我国压铸制造工业的不断发展壮大，压铸模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。在经济全球化的浪潮中，产业发展过程中的国际分工正在形成，基于成本的压力，大量外商在我国采购压铸件，甚至还在我国建立压铸生产基地，从而使我国的压铸模具制造水平和能力有了很大提高，模具质量与先进工业国的差距逐步缩小，价格低廉驱使国外采购量剧增。而海内外模具市场的需求对我国模具产业的兴旺也起到一定的推动作用。同时，随着汽车行业的快速发展以及国产化过程的加快，如汽车缸体、仪表盘、启动档变速箱壳体等大型、精密、复杂的压铸件的需求会越来也大，从而使大型、精密、复杂的压铸模具的需求会越来也大。
虽然，我国压铸模具的设计与制造水平在一定程度上有了很大提高，但是压铸模的制造总体来说与国外先进工业国家相比差距仍然很大，主要表现在：
1、结构复杂些的模具以造复制模为主，缺乏创新能力；
2、在设计时对模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等方面考虑欠周全；
3、制造的模具质量和精度较差；
4、模具在使用时稳定性不高、故障率大。
这些在设计和制造上存在的缺陷可能会导致所生产的模具不满足使用的要求，造成一定的浪费。因而亟需发展有效、准确的设计与制造压铸模具的方法。
本文介绍了运用Pro/ENGINEER Wildfire较强大的造型和加工功能对烟灰缸压铸模具进行设计和制造。在设计过程中，充分考虑模具的热平衡分析、冷却系统设置及零件的快捷安装和更换等问题。同时在制造的过程中，根据实际的生产条件，设置合适的切削速度和主轴转速，从而改善了模具的质量和精度。
2 烟灰缸三维建模
在进行烟灰缸模具设计与加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系统下的【零件】模块对烟灰缸进行三维造型。
烟灰缸形状基本为拉伸体，主要由圆柱体、圆角、拔模角、圆、壳体等特征组成。本课题采用拉伸、圆角、斜度、阵列、切割、抽壳等实体特征完成烟灰缸的三维建模。具体步骤如下：
1、 使用拉伸特征，建立烟灰缸基体，如图1所示；
2、 使用拉伸切除特征，建立烟灰放置区，如图2所示；
3、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图3所示；
4、 使用斜度特征，设置烟灰缸的拔模角度，如图4所示；
5、 使用拉伸和阵列特征，建立香烟放置区，如图5所示；
6、 使用圆角特征，对烟灰缸实体边线进行圆角设置，如图6所示；
7、 使用抽壳特征，建立烟灰缸壳体，如图7所示；
8、 烟灰缸三维模型如图8所示。
3 烟灰缸模具设计
本章对烟灰缸实体零件进行模具设计，实现了一个完整的模具结构设计及其操作过程。
3.1模具设计工具栏简介
工具栏的默认设置是垂直方向，单击并拖动它将其水平放置，如图9所示。
：修剪零件模型。
3.2创建模具型芯、型腔
进入Pro/E【模具设计】模块，根据烟灰缸的实际尺寸选择镶块毛坯，毛坯的长、宽、高分别为320mm × 240mm× 95mm（如图10所示），设计的拉伸分型面如图11所示。
Pro/ENGINEER提供了模具打开功能，便于观察模具内部结构，并检查开模时的干涉情况。烟灰缸压铸模具模拟开模后的结果如图12所示，图13为铸件，图14为型芯，图15为型腔。
3.3 模具元件的设计
模具元件设计的具体步骤如下：
1、使用混合特征、圆角特征、拉伸切除特征及镜像特征，设计动模板结构；
2、使用切除操作和拉伸切除特征，设计定模板结构；3、使用旋转特征和阵列特征，创建导套；4、使用旋转特征和阵列特征，创建导柱；
5、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建定模底板；
6、使用旋转特征，创建浇道衬套；
7、使用旋转特征，创建流道；
8、选择水线命令，在定模板和动模板上创建水线；9、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模垫板；10、使用拉伸特征，创建垫块；
11、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建动模底板；12、使用旋转特征，创建限位钉；
13、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出底板；14、使用拉伸特征和拉伸切除特征，创建顶出板；
15、使用旋转特征，创建顶针杆，并装配和修剪顶针杆；16、使用旋转特征，创建复位杆；
17、使用旋转特征，创建推板导套；18、使用旋转特征，创建推板导柱；19、完成所有模具元件的创建后，遮蔽和隐藏不必要的因素，得到最后的装配图如图16所示。
4 烟灰缸上下模数控加工
一般而言， 计算机辅助制造系统由刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成两部分组成。利用CAD/ CAM 软件， 根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求（如加工机床的性能和参数、夹具、刀具等） 和工艺设计的具体特点生成描述加工过程的刀具路径文件之后，就需要用到称之为“后置处理器”的模块来读取生成的刀具路径文件，从中提取相关的加工信息， 并根据指定机床数控系统的特点以及NC（numerical control）程序格式要求进行相应的分析、判断和处理， 从而生成数控机床所能直接识别的NC程序。
4.1 Pro/Engineer NC 模具加工
数控编程是生成控制数控机床进行零件加工的数控程序的过程， 它是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。Pro/ NC 模块能生成驱动数控机床加工所必需的数据和信息。它所提供的工具能够使加工人员按照合理的工序将设计模型处理成ASCⅡ刀位数据文件， 这些文件经后处理变成数控加工程序。Pro/ Engineer NC 的加工流程包括：建立所需要的加工模型、设定加工操作环境、定义NC 序列、生成刀位数据文件、后置处理并生成NC代码，驱动数控机床。
4.2烟灰缸上模的数控加工
在规划烟灰缸上模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸上模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划表面铣削刀具路径，实现对烟灰缸上模的数控加工，表面铣削结果如图17所示；
2、 规划粗加工刀具路径，实现对大部分材料的铣削加工，粗加工结果如图18所示；
3、 刀具路径重新排序，将粗加工放在表面铣削的前面，使其符合“先粗后精”的加工原则；
4、 规划轮廓加工刀具路径，实现对陡斜面的精加工，轮廓铣削结果如图19所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，精加工结果如图20所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸上模数控加工的NC程序。
4.3烟灰缸下模的数控加工
在规划烟灰缸下模加工操作之前，首先应进行初始化设置，包括参考模型的加载、工件的设置、机床的设置、加工零点与退刀曲面的选择等。烟灰缸下模数控加工的具体步骤如下：
1、 规划体积块粗加工刀具路径，实现对毛坯工件的粗加工，结果如图21所示；
2、 规划腔槽铣削刀具路径，实现对槽内曲面的加工，结果如图22所示；
3、 规划轮廓精加工刀具路径，实现对外围曲面的精加工，结果如图23所示；
4、 规划直线切削曲面加工刀具路径，对以上刀具路径未能有效加工的浅平面进行加工，结果如图24所示；
5、 规划精加工刀具路径，实现对浅平面区域的精加工，结果如图25所示；
6、 全部序列完成后并确认无误后，进入后处理操作，得到烟灰缸下模数控加工的NC程序。
5 总结
在烟灰缸产品设计中，成功应用了Pro/ENGINEER Wildfire软件中的拉伸、拉伸切除、倒圆角、拔模斜度、阵列、抽壳等特征实现了三维建模。同时进行了烟灰缸压铸模具设计，实现了开模仿真、模架装配等重要的生产过程，并运用数控编程模块Pro/NC对烟灰缸上下模进行了刀具参数设置、制造参数设置及加工刀路设计，实现模拟加工过程。
基于仿真的装配线平衡优化研究 篇12
如今市场竞争激烈, 企业要提高竞争力必须降低生产成本实现高效生产。如何提高装配线的效率尽量减少加工时间实现生产同步化受到生产商的重视, 进行装配线平衡设计是实现这一目标的手段之一。在中小企业的装配线中, 普遍存在着工序安排不合理、在制品过多、生产周期长、人员待工时间多等一系列的问题。所以一个成功的制造企业其中一点是实施敏捷生产概念即成本最小化和减少变化。
1 国外仿真进展
国外研究现状:
目前关于仿真的国外研究有Faisal Aqlan在配置订单生产环境下实施仪表盘来优化生产线模型;Nooshin Rahmani使用基于仿真优化技术去设计汽车厂的润饰线, 通过求解优化模型来建议设施和工作站的最佳数量;Rami Musa在优化—仿真—优化基础上使装配上减少主动变化;魻ncüHazr在流水线在不确定条件下提出了新的模型和基于精确算法开发的分解从而设计组装线生产速率会更加可靠。
2 国内电动车企业现状
组装线改善前的状态:
大安电动车企业是国内生产电动三轮车的大型专业企业之一, 其组装车间的主生产线每日有效工作时间为8小时采用成批投产同时装配生产线以花鼎电动车为例其组装的流程这19个步骤配上每个工位所需要的时间。如表1。
通过现场观察企业目前存在着, 线上在制品过多, 堵塞状况颇为严重, 影响前一工位已完成的工序无法顺利传送到下一工位。工作人员较多, 工作流程复杂, 部分工位的工人操作存在动作浪费, 以及部分工位布局混乱, 物料摆设杂乱导致工时延长及出现待工现象。
3 分析并改善
3.1 差速器预装动作分析报告
用Vidio Analysis APP对差速器预装进行动作分析, 由于成品车距离工作台较远, 各种原料车分布分散造成无效走动, 改善后可将差速器预装总时间从88s减少到81s如表2, 每台差速器降低7s。
通过上述方法分别进行了坐垫靠背, 左右贴花, 砸碗, 车架倒装, 后桥安装, 调节拉杆, 吊耳整体的改善以及顺线过程的改善。
3.2 改善并实施
通过对连续流的组装线发现的一系列问题进行改善例如砸碗工由两人减少为一人, 接替车架倒装处的安装过线圈和减震皮的工作;差速器预装人员和砸碗工同步作业, 同时负责把装好弓字板的差速器抬到流水线上, 省去了原来搬运后桥的两人;流水线上第一道序的员工负责安装两侧吊耳即螺栓并紧固;预装继电器的工序交给顺线束的员工, 原装继电器的员工到第6工位紧固控制器、装充电座;原紧固控制器、安装充电座的员工到第7工位压线槽、紧固继电器、座筒;下车处放配件、拿支架的员工改到第7工位放座筒、扎线束、验电、装座筒。省去此工序处原来验电、压线槽、紧固座筒的两人;装拉臂一端、搬车厢的工序与装车厢的工序合并, 省去一人;装前挡风、钉铭牌的工作上线;一人负责装前挡风、钉铭牌, 另一人负责装挡风、放配件, 省去了原来钉铭牌的一人;验车工负责下车, 省去了原来专门的一名下车工。加以整理规划并用VISIO图呈现出来, 总工位由20个合并减少为15个, 总人数由42名削减为34名。改善后的平衡率
4 em-plant仿真结果统计分析
通过观察一整天 (8小时) 的仿真运行结果看出改善后总吞吐量也就是组装完成的电动车由改善前的512辆增加到了542辆增长了30辆, 表2为仿真输出结果比较。
根据仿真输出结果得知产量提升、在线员工减少、工人利用率提高, 节约了成本、改变了原有的不平衡现象, 更加有利于工厂的发展。
5 总结和今后研究
仿真优化方法虽然能体现改善成果但是仅仅是展现、发现问题而已, 而不是通过软件内部操作来更加细致方便地更改生产系统, 与此同时, 还得通过人为的方法去依次解决导致生产率低下的原因。当然搬运物料的距离、频率以及所需搬运物料人员的数量也应逐渐减少, 这也是今后需要改善的一个重要部分。
当前的目标是实现降低检查成本和组装成本使其最小化, 今后工作人员还需要通过降低部件匹配整体检查计划的变化来使生产最终装配的失败率降到最低。
摘要：仿真经常用于生产过程的建模以达到理解和改进它们的目的, 使文字流程自动化从而发展可视化, 并使用人机工程原理和工艺布局原理加以改善后再借助Em-plant仿真软件对改善结果进行建模后分析, 从而证实优化的可行性以及更利于管理者对生产现状的了解。
关键词：组装,仿真,改善,平衡
参考文献
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[2]宋林, 张则强.基于em-plant的汽车变速箱总装线的仿真与优化[J].机械管理开发, 2010, 25 (1) :32-33.
[3]Faisal Aqlan.An integrated simulation–optimization study for consolidating production lines in a configure-to-order production environment[J].Int.J.Production Economics, 2014, 148:51-61.
[4]OncüHaz r.Assembly line balancing under uncertainty:Robust optimization models and exact solution method[J].Computers&Industrial Engineering, 2013, 65:261-267.