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三維裝配
3.5.1三維裝配的定義
三維裝配一般可以這樣定義：
三維裝配是指三維產(chǎn)品模型的裝配過(guò)程，是一種基于虛擬環(huán)境的裝配技術(shù)，一定環(huán)境 下也叫虛擬裝配。三維裝配利用計(jì)算機(jī)工具，以模型為基礎(chǔ)進(jìn)行與裝配相關(guān)的工作，它不 需要實(shí)體產(chǎn)品或零件支持，相反還可以支持實(shí)體產(chǎn)品裝配，在軟件平臺(tái)中，只需通過(guò)分析、 先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖梢暬蛿?shù)據(jù)表達(dá)等手段模擬物理實(shí)驗(yàn)。三維裝配是虛擬制造的一個(gè)非常重要、 關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是未來(lái)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造中將不斷改進(jìn)的重點(diǎn)。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)二維裝配工藝 中，單純的表格、文字、二維圖己經(jīng)不能全面的表達(dá)復(fù)雜的裝配工藝了。由于企業(yè)三維 CAD(Computer Aided Design)軟件的普及應(yīng)用，基于三維模型的裝配技術(shù)可以很好解決這 個(gè)問(wèn)題。在三維虛擬的環(huán)境下，可以進(jìn)行模型檢驗(yàn)、干涉檢查、可視化數(shù)據(jù)表達(dá)、模 擬裝配過(guò)程等方法，這些方法能很好的幫助工藝設(shè)計(jì)者直觀地看到裝配的工藝及對(duì)可行性 有了感官的判斷。
3.5. 2三維裝配的實(shí)現(xiàn)
要實(shí)現(xiàn)三維裝配的過(guò)程及結(jié)果，需要確定幾個(gè)方面的因素，也就是說(shuō)根據(jù)不同的情 況，運(yùn)用相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)三維裝配及過(guò)程。
1)選取所用軟件平臺(tái)。三維裝配技術(shù)的深化離不開軟件的支持，近年來(lái)三維設(shè)計(jì)軟 件發(fā)展迅速，目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用廣泛的三維軟件有如下幾種：
CATIA軟件：該軟件是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM —體化軟件，在 CAD/CAE/CAM領(lǐng)域是不論是功能還是運(yùn)用廣泛性上都占據(jù)重要地位，廣泛應(yīng)用于高科 技及傳統(tǒng)制造行業(yè)，它所擁有的集成解決方案幾乎覆蓋了所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域[291。
SolidWorks軟件：該軟件是生信公司推出針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)，基于windows環(huán)境開發(fā)的 一款軟件。該軟件的優(yōu)勢(shì)在于建模能力，有很全面的模型庫(kù)，操作簡(jiǎn)捷方便，同時(shí)也包括 結(jié)構(gòu)分析等模塊，為制造業(yè)提供解決方案
UG (NX)軟件：這款軟件是Unigraphics Solutions公司的拳頭產(chǎn)品。該軟件在CAE 方面優(yōu)勢(shì)非常明顯，在經(jīng)過(guò)升級(jí)后，開發(fā)出一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)，使得UG中*的 參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能很好的結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐 證明是非常有效的，且被大部分CAD/CAE軟件廠商采用。
Pro/Engineer軟件：該系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司的產(chǎn)品。該公司提出的數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù) 化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這個(gè)概念已普遍 被認(rèn)可并且成為了當(dāng)今機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。采用該理念開發(fā)出的第三代 產(chǎn)品會(huì)涉及到生產(chǎn)過(guò)程，使相關(guān)用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，即實(shí)現(xiàn)并行工程。

在實(shí)際工程運(yùn)用中，可根據(jù)目標(biāo)項(xiàng)目的難易程度，需要達(dá)到的要求及工作人員對(duì)軟 件的掌握程度選擇合適的三維設(shè)計(jì)軟件。本論文一方面為了和企業(yè)所用達(dá)成統(tǒng)一，另一方 面因?yàn)檠芯繉?duì)象特征要求，故選用NX5.0作為軟件平臺(tái)。
2)平臺(tái)相應(yīng)的裝配模式。本文采用NX5.0平臺(tái)，研究NX的裝配方式得出：NX軟 件自身提供兩種裝配模式，一是多組件裝配，此裝配方式是指裝配過(guò)程中將所有零部件的 模型及數(shù)據(jù)復(fù)制到裝配操作界面中，裝配中的零部件與引用的部件之間不存在關(guān)聯(lián)性。二 是虛擬裝配模式，這種方式的原理是通過(guò)部件之間的裝配關(guān)系建立裝配體，它的優(yōu)點(diǎn)是裝 配所需空間小，裝配速度很快，形成的裝配都是由零部件和子裝配體組成的，子裝配在高 一級(jí)的裝配中作為組件被運(yùn)用。在NX的裝配關(guān)系中有重合、對(duì)齊、同心、角度等七種 配對(duì)關(guān)系，這七種裝配關(guān)系*可以完成機(jī)械類復(fù)雜的裝配關(guān)系。虛擬裝配方式因其優(yōu)點(diǎn) 在裝配工作中用到得概率比較大，幾乎在非特殊情況下都采用這種方式。多組件裝配一般 在只描述零組件位置情況下釆用，常采用重定位方式對(duì)部件進(jìn)行編輯，另外在進(jìn)行裝配序 列動(dòng)畫時(shí)也會(huì)運(yùn)用多組件裝配方式。
裝配和建模是分不開的，建模是裝配的基礎(chǔ)，裝配是建模的結(jié)果和目的。在NX中， 基于建模與裝配之間的緊密關(guān)系和在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)在裝配后需要優(yōu)化建模的情況，系統(tǒng) 提供了三種方式，自底向上裝配和自頂向下模式、混合裝配。自底向上裝配是指從低層 的元素也就是模型逐層形成裝配，基本順序是先建立模型，接著組成子裝配，再由子裝配 組成總裝配。自頂向下模式是指在裝配級(jí)中使用建模功能創(chuàng)建相關(guān)的零部件，順序是從裝 配體系中的高階層向下產(chǎn)生低階層的元素模型，配合使用了 UG/WAVE技術(shù)和零部件表達(dá) 式技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)過(guò)程中能全盤考慮所要設(shè)計(jì)零部件的結(jié)構(gòu)及位置關(guān)系。混合裝配 則是將前兩者方式交叉結(jié)合起來(lái)使用。
3.5. 3三維可視化裝配方法
三維可視化裝配是指利用三維設(shè)計(jì)軟件（本論文采用的是NX5.0軟件）把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 裝配工藝的信息表示出來(lái)的過(guò)程，終以圖形表現(xiàn)，即三維可視化裝配圖。在現(xiàn)實(shí)中的裝 配現(xiàn)場(chǎng)，工人們雖然可以從設(shè)計(jì)師的計(jì)算機(jī)終端上看到三維設(shè)計(jì)模型及裝配過(guò)程，但由于 人為記憶力及理解力有限，往往不能很好地利用立體模型指導(dǎo)工裝，三維技術(shù)的直觀、形 象地展現(xiàn)裝配關(guān)系這一功能發(fā)揮不了作用。三維可視化裝配圖可以使三維裝配技術(shù)大限 度的服務(wù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人完成裝配作業(yè)，據(jù)調(diào)查與以往的文字表達(dá)方式裝配工藝相比，工人 至少節(jié)約了 40%的看圖和理解文字工藝規(guī)程的時(shí)間；此外還減少了人工閱讀歧義，大大 提高了裝配的準(zhǔn)確率和效率1311。
設(shè)計(jì)三維可視化裝配圖的方法有兩種，其共同點(diǎn)是都是以三維裝配體為基礎(chǔ)，由裝配 模型（包括所有件、標(biāo)準(zhǔn)件等）出發(fā)，對(duì)裝配圖進(jìn)行圖形處理達(dá)到裝配圖效果。不同 之處在于處理圖形時(shí)所用的平臺(tái)及方法不同。
1)設(shè)計(jì)KMCAPP制作工藝卡
KMCAPP是由武漢開目公司研發(fā)的一款工藝卡制作軟件。在制作工藝卡之前第一步需要獲取模型的三維裝配體，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)。一是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供；二是從PDM 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中下載。關(guān)于如何運(yùn)用PDM獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)將在后面的章節(jié)做具體敘述，在此 不過(guò)多描述。獲取模型后，開始設(shè)計(jì)KMCAPP裝配工藝卡。具體步驟：①創(chuàng)建KMCAPP 裝配工藝卡；②擬制裝配工藝路線；③創(chuàng)建工序、工步卡；④將NX界面的三維裝配視圖 拷屏；⑤“粘接”在作圖板上，裁掉不需要的邊框，輸出生成“*.bmp”文件；⑥打幵 “*.bmp”文件，選定圖形區(qū)進(jìn)行“拷貝”；⑦將拷貝內(nèi)容“粘接”在在KMCAPP工藝 簡(jiǎn)圖界面中；⑧在該工藝簡(jiǎn)圖界面中調(diào)整裝配圖，找準(zhǔn)位置；⑨在工藝?yán)L圖界面中對(duì)裝配 零件的序列號(hào)及其相關(guān)裝配技術(shù)要求說(shuō)明進(jìn)行標(biāo)注；⑩依次按照③?⑤的步驟，完成各個(gè) 工序、工步的的視圖整合，完成三維可視化裝配圖。
2)基于PMI功能的三維裝配標(biāo)識(shí)
針對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品定義，西門子公司提供了產(chǎn)品和制造信息模塊，簡(jiǎn)稱PMI(Pr〇ductand Manufacturing Information)，此模塊是NX軟件的一項(xiàng)重要功能。隨著三維技術(shù)的發(fā)展， 客戶及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)人員對(duì)這一技術(shù)提出更高的要求，PMI變得越來(lái)越重要，尤其對(duì)未來(lái) 無(wú)紙化作業(yè)而言。為什么PMI如此重要，其原因有三：一是使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠?qū)θS 零件或裝配表達(dá)出制造人員制造它們時(shí)所需要的全部信息。二是改變了所有流程的溝通方 式，以二維圖紙的溝通轉(zhuǎn)變?yōu)槿鏄?biāo)注的三維模型。三是與合理的二維圖相結(jié)合，.準(zhǔn)確 高效的傳遞產(chǎn)品和制造信息的功能得到使用客戶的*認(rèn)同。
NX5.0中PMI傳遞的信息包括零件的幾何公差信息、表面粗糙度、材料規(guī)格；裝配 的裝配說(shuō)明、裝配工藝信息、企業(yè)標(biāo)識(shí)等。
二種方法比較：第一種方法操作簡(jiǎn)單，著重對(duì)三維模型的圖形進(jìn)行處理，但步驟較繁 瑣，只適用于簡(jiǎn)單裝配模型；第二種方法需要全面掌握PMI知識(shí)，以處理實(shí)體模型視圖 為手段來(lái)完成信息傳遞，在表達(dá)效果上較前者更勝*。根據(jù)本文所用三維模型復(fù)雜程度、 軟件的兼容性、企業(yè)的要求、課題的任務(wù)量等因素，本文選擇第二種方法（即PMI方式） 來(lái)完成模型的三維可視化裝配圖。