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作者：張毅

   根據(jù)軌道架車使用條件和設(shè)計(jì)參數(shù)的不同，具有很多的變形設(shè)計(jì)方式。產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)就是針對變形設(shè)計(jì)提出來的。相比于零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，其主要難點(diǎn)在于：①產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中變量過多，難以確定產(chǎn)品的主變量；②產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)需充分考慮零件之間的尺寸關(guān)系及裝配關(guān)系；③產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)需充分考慮變形設(shè)計(jì)策略及零件的重用。針對這些問題，清華大學(xué)的王峰等提出了用件號隱藏變量來解決產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)中變量過多的難題。南京航空航天大學(xué)的湯廷孝等提出了用零件編碼來封裝主變量，并以鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳遞變量值，驅(qū)動產(chǎn)品模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級三維參數(shù)化建模,并初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)。但是，在零件的重用及復(fù)雜變形設(shè)計(jì)過程中零件的重新裝配問題上，沒有給出好的解決辦法，同時在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件全三維的自動化裝配方面也沒有進(jìn)行研究，這些都是影響系統(tǒng)實(shí)用性的主要難點(diǎn)。本文基于UG平臺，研究了軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軌道架車的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1軌道架車的結(jié)構(gòu)組成

  軌道架車主要由輪對組件、車架組件、剎車機(jī)構(gòu)、過渡組件、升降機(jī)構(gòu)，托架組件、托環(huán)組件和保險機(jī)構(gòu)等組成。但是由于其使用條件的不同，也都具有不同的結(jié)構(gòu)。軌道架車的具體結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

2軌道架車系統(tǒng)方案

  在軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中，先進(jìn)行軌道架車的模塊化設(shè)計(jì)，制定軌道架車模型庫、經(jīng)驗(yàn)知識庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫等，再根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇通用模塊進(jìn)行自動裝配，生成軌道架車的三維模型，最后進(jìn)行干涉檢查、二維工程圖、BOM表、批量打印等設(shè)計(jì)任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)軌道架車的設(shè)計(jì)。軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案如圖2所示。

  在設(shè)計(jì)過程中，核心是解決復(fù)雜變形設(shè)計(jì)中模塊的重用和標(biāo)準(zhǔn)件的快速裝配問題，以下對這兩個方面進(jìn)行具體的研究。

3產(chǎn)品級參數(shù)化模塊重用技術(shù)

  產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)零件重用的基礎(chǔ)是模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品按照其各部分的結(jié)構(gòu)和功能劃分成若干個通用模塊，形成模塊庫，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)和要求，從模塊庫中選擇相應(yīng)的模塊來設(shè)計(jì)出新的產(chǎn)品。

3.1  模塊的劃分

  首先，模塊化設(shè)計(jì)須進(jìn)行模塊的劃分。模塊的劃分是在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，需要對產(chǎn)品的各個部分的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，將產(chǎn)品拆分成若干個完整的、獨(dú)立的、可以相互替換的模塊。以軌道架車為例，將其劃分為如圖1所示幾個模塊。

3.2  模塊的自動化裝配及沖突檢查

  軌道架車模塊庫中模塊數(shù)量較多，組合方式也多種多樣，如何實(shí)現(xiàn)模塊的重用，有效地將相應(yīng)的模塊裝配起來，且不出現(xiàn)裝配沖突，成為了設(shè)計(jì)難點(diǎn)。針對以上問題，提出了基于配置的自動化裝配方法，解決了產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)中模塊的重用問題，并制定了沖突檢查策略，保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

本文中先建立好模塊的參數(shù)化模型，再選擇模塊進(jìn)行裝配，依次建立各模塊的裝配關(guān)系，完成模塊的尺寸更新。采用基于特征的裝配技術(shù)，通過裝配模塊和裝配基體的特征對象的自動提取，并為其添加相應(yīng)自由度的約束，來實(shí)現(xiàn)模塊的完全定位。圖3為軌道架車裝配順序。其中箭頭方向表示末端零件可以裝配到箭頭所指向的零件，實(shí)線表示必選模塊，虛線表示可選模塊。

  主要設(shè)計(jì)過程如下：

  (1)裝配特征的定義和配置。裝配特征主要是指參與裝配過程的點(diǎn)、線、面等特征，不同的模塊間裝配特征不相同，裝配約束也不同。本文中定義裝配模塊與基體間的裝配關(guān)系主要有接觸、對齊和偏移，通過這幾種裝配關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)模塊的完全定位。如圖4和圖5所示，輪對組件和車架組件間的裝配關(guān)系可以通過車軸和車架卡板的同軸和接觸關(guān)系來確定。表1為模塊間的裝配關(guān)系描述。

  (2)選擇樣式，載入模塊。根據(jù)軌道架車的樣式，依次選擇裝配模塊，根據(jù)表1中的特征信息，識別模塊和裝配基體中的特征，構(gòu)建對應(yīng)的裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)裝配。同時根據(jù)輸入?yún)��?shù)對模型進(jìn)行尺寸更新。

(3)沖突查找和解決。在模塊重用過程中，模塊的組合可能會出現(xiàn)裝配沖突的情況，主要分為裝配干涉和裝配間隙。裝配沖突必須及時解決，否則后續(xù)的裝配過程會出現(xiàn)更大的錯誤。裝配干涉的解決策略為：完成模塊載入、裝配關(guān)系添加、模塊更新后，對存在裝配關(guān)系的元素對之間進(jìn)行位置關(guān)系的判斷，若實(shí)際裝配關(guān)系不滿足預(yù)先設(shè)定的需求，則移除裝配約束關(guān)系，重新添加。模塊特征裝配流程圖如圖6所示。

4面向全三維模型的標(biāo)準(zhǔn)件的快速裝配

軌道架車的設(shè)計(jì)除了功能模塊的裝配外，還需要大量使用標(biāo)準(zhǔn)件（如螺釘、墊圈、銷釘?shù)龋�，來保證模塊之間的連接關(guān)系。為了更加清晰地檢查零部件間的干涉關(guān)系，需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的全三維模型的裝配。為明確模塊標(biāo)準(zhǔn)件的裝配，首先在模塊的建模時，應(yīng)在模塊內(nèi)裝配標(biāo)準(zhǔn)件的地方定義標(biāo)準(zhǔn)件裝配輔助信息，在需要裝配標(biāo)準(zhǔn)件的地方添加一個基準(zhǔn)點(diǎn)。同時給基準(zhǔn)點(diǎn)添加相應(yīng)的裝配信息，如螺釘?shù)膰鴺?biāo)代號、普通墊圈的國標(biāo)代號等，還應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)件的裝配方向信息，軌道架車的標(biāo)準(zhǔn)件裝配方向主要為±X、±y、±Z六個方向。標(biāo)準(zhǔn)件自動化裝配流程如圖7所示。對標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格的確定如下：根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)的方向?qū)傩裕瑯?gòu)建一條以基準(zhǔn)點(diǎn)為起點(diǎn)、以基準(zhǔn)點(diǎn)的方向?qū)傩詾榉较虻闹本�，獲得直線與所有模型表面的交點(diǎn)，并將所有的交點(diǎn)按照定義的方向進(jìn)行排序，根據(jù)圖8確定標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格。

  由于架車結(jié)構(gòu)形式不同，其模塊組成也不同，模塊間的標(biāo)準(zhǔn)件連接關(guān)系也不一樣，標(biāo)準(zhǔn)件的裝配也不一樣。需根據(jù)架車的結(jié)構(gòu)形式對標(biāo)準(zhǔn)件裝配輔助點(diǎn)進(jìn)行選擇性抑制和釋放，改變對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件信息，避免標(biāo)準(zhǔn)件裝配錯誤。

5系統(tǒng)界面及裝配運(yùn)行實(shí)例

基于UG的軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面見圖9，裝配效果圖10。

6結(jié)論

  本文針對軌道架車，開發(fā)了基于UG平臺的軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，研究了產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)中的模塊重用和標(biāo)準(zhǔn)件自動化裝配方法，實(shí)現(xiàn)了軌道架車的參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的效率。軌道架車設(shè)計(jì)系統(tǒng)還完成了軌道架車的二維圖自動出圖、二維圖的批量打印( PDF/DWG)、BOM表自動生成、架車協(xié)調(diào)等功能，大大提高了企業(yè)的設(shè)計(jì)效率，取得了很好的效果。

7摘要：研究了基于UG的軌道架車參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軌道架車的參數(shù)化設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。同時研究了復(fù)雜變形設(shè)計(jì)中的模塊重用技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件的自動化裝配方法，解決了產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中的主要問題。