淺談如何做好基于虛擬裝配技術(shù)的竹席編織機的設(shè)計工作

唐利平湖南汽車工程職業(yè)學院

淺談如何做好基于虛擬裝配技術(shù)的竹席編織機的設(shè)計工作

唐利平
湖南汽車工程職業(yè)學院

摘要：為與企業(yè)的實際要求相適應(yīng)，應(yīng)以概念設(shè)計和竹席編織的實際特點為基礎(chǔ)，準確的總結(jié)出竹席編織機的工作原理，同時科學的采用虛擬裝配技術(shù)來建立具有多種功能的三維實體模型，這樣以動態(tài)演示的方式就能更加準確和有效的發(fā)現(xiàn)竹席編織機在功能上的問題，及時的制定改進對策，從而得出最佳的結(jié)構(gòu)方案。

關(guān)鍵詞：竹席編織機；虛擬裝配；裝配仿真

1　竹席編織機的實體信息

進行設(shè)計工作時，我們應(yīng)以竹席編織機的實際特點和性能指標為依據(jù)，明確設(shè)計目標，即科學的應(yīng)用設(shè)計方法學和機械設(shè)計學中的功能原理的設(shè)計方法，在保證設(shè)計質(zhì)量和效率的前提下，高效的設(shè)計和計算設(shè)備的各個零部件，總結(jié)歸納出其工作原理。分析時采用簡單評價法和技術(shù)經(jīng)濟評價法，確定其各類技術(shù)參數(shù)和性能指標，從而得到最為可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為之后的裝配建模提供依據(jù)。采用竹席編織機編織出來的竹席應(yīng)具備良好的平整性和緊密性，不能有太大的空隙，形狀應(yīng)為“壓二挑二”形。為實現(xiàn)這一動作，那么頂篾和壓篾之間應(yīng)具備良好的間隙運動，同時為滿足其間隙運動的要求，應(yīng)采用槽輪機構(gòu)將其轉(zhuǎn)動方式轉(zhuǎn)換為從動軸的單向周期間隙運動。

借助于傳統(tǒng)的機械設(shè)計理論，我們可以對進篾機構(gòu)、間歇機構(gòu)、機架、間歇鏈輪以及打緊裝置等零部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，這樣就可以得到各個零部件的精度、顏色、材質(zhì)以及點、線、面等物理特性和實體信息了，而竹席編織機的裝配關(guān)系就是由這些信息組成的。我們可以將其關(guān)系概括為：MR=（MT，ME），在這一公式中，ME為零部件之間的配合類型，MT為零部件之間的實體信息，MR則為零部件之間的配合關(guān)系。

2　竹席編織機的虛擬模型

在虛擬環(huán)境下，只有明確了裝配的途徑和序列，才能真正的滿足竹席編織機模型的實際要求，設(shè)計人員既要考慮到竹席編織機的實體信息，同時更要全面的考慮到零部件之間的幾何約束條件以及運動關(guān)系等因素。對其進行虛擬裝配的過程中，為了能夠及時準確的找到存在于數(shù)據(jù)庫中的竹席編織機零部件的信息和工具的信息，那么我們就需要科學的應(yīng)用特定的操作界面，從而以各種形式交互的操作裝配產(chǎn)品的每一個部分。縱觀整個虛擬裝配過程，采用商用CAD系統(tǒng)我們可以快速的建立模型，由于其特征就是參數(shù)化的，因此，工程技術(shù)人員很容易理解并消化其各類參數(shù)，并且還能夠修改其形狀、尺寸和位置，其附屬的特性也會隨之更改。這樣設(shè)計人員就可以根據(jù)自己的想法來有針對性的進行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計工作。

在設(shè)計人員得到了竹席編織機零部件的實體信息的基礎(chǔ)上，那么隨之還能夠得到設(shè)計模型的參數(shù)名稱、類型以及數(shù)值，同時在用戶的對話框列表中還可以將這些內(nèi)容體現(xiàn)出來。借助于系統(tǒng)中裝配建模功能的裝配約束關(guān)系，我們可以對零部件之間的運動關(guān)系進行導航，同時根據(jù)其約束條件和裝配關(guān)系，在虛擬的環(huán)境下，進行設(shè)計組裝時我們可以依據(jù)構(gòu)成順序、零件方位、特征數(shù)據(jù)、公差數(shù)據(jù)以及裝配軌跡等參數(shù)，在列表框中可以非常方便查閱、添加和刪除各類參數(shù)，而對于修改后的參數(shù)值，設(shè)計系統(tǒng)也能及時的將其反映到設(shè)計模型，借助參數(shù)化的驅(qū)動程序以及族表參數(shù)化的功能就可以生成各個零部件的三維實體模型，如頂篾結(jié)構(gòu)、進篾機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、壓篾機構(gòu)以及減速器等，之后對它們進行裝配就能夠得到竹席編織機的三維參數(shù)化實體模型了。

3　竹席編織機的裝配仿真

對竹席編織機進行虛擬裝配時，零部件之間經(jīng)常會出現(xiàn)相互干涉的問題，那么就必須對其進行動態(tài)和靜態(tài)的干涉檢測工作。通過準確的分析竹席編織機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，在虛擬的環(huán)境中完整的模擬出竹席編織機的整個裝配過程，并且還能夠全面的掌握各類零部件的運動狀態(tài)，從而確定他們之間的運動關(guān)系是否是合理的，對所確定的設(shè)計方案進行分析和評估，如果發(fā)現(xiàn)了不合理的設(shè)計細節(jié)，那么就應(yīng)立即制定出有效的改進措施，從而保證設(shè)計方案的最優(yōu)化，這樣的一個過程就是虛擬裝配中的仿真技術(shù)。

如果傳動機構(gòu)是不同的，那么其仿真步驟就也是有所區(qū)別的，但其大致的過程卻是類似的：先導入零部件的幾何模型，定義其實體信息和物理特性，而在記錄和顯示測量參數(shù)時則是以數(shù)字和圖形的形式，以表格和數(shù)據(jù)的形式將約束條件輸入到對話框中，從而計算出運動發(fā)生器的大小。為了保證計算結(jié)果的準確性，設(shè)計人員還應(yīng)有效的控制動畫步長、積分步長以及配置容差，最后則是測量模型并且播放動態(tài)的仿真效果，同時得到了相應(yīng)的視頻文件和圖像文件。竹席編織機的裝配仿真過程主要包括以下內(nèi)容：進篾機構(gòu)、打緊裝置、間歇機構(gòu)、機器主體、間歇鏈輪模擬以及打緊裝置與進篾機構(gòu)的聯(lián)合等。

在竹席編織機的裝配仿真設(shè)計工作中，所確定的任何設(shè)計方案都可能是存在缺陷的，那么就要及時的修改不完善的結(jié)構(gòu)，同時應(yīng)不斷的優(yōu)化和改進不穩(wěn)定的性能指標和不可靠的因素。這里建議采用MSC.visualNastran4D這一軟件，其將有限元分析技術(shù)和動力學仿真技術(shù)很好的結(jié)合到了一起，將各個零部件的應(yīng)力水平動態(tài)的顯示出來了，大大的提升了評估效果的準確性和直觀性。之后會對零部件進行修改和完善并將其調(diào)入到軟件中進行虛擬的裝配，再對整個方案進行評估，發(fā)現(xiàn)問題同樣采取優(yōu)化措施將問題解決，這樣最后才能最優(yōu)化的設(shè)計方案。

4　結(jié)束語

通過以上的論述，在對竹席編織機進行設(shè)計的過程中，如果能夠科學的應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)，那么不但可以實現(xiàn)視覺、聽覺和觸覺一體化的設(shè)計環(huán)境，不需要再使用物理樣機了，同時也大大的降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本。建立三維實體模型并進行模擬仿真，設(shè)計人員可以更全面的設(shè)計產(chǎn)品并對產(chǎn)品進行分析和評價，降低了竹席編織機的開發(fā)設(shè)計周期，提升了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，同時也保證了產(chǎn)品具有良好的人機性和可裝配性，借助于這一技術(shù)所設(shè)計的竹席編織機是有著現(xiàn)實的指導意義的。

參考文獻：

[1]嚴雋琪.虛擬制造的理論、技術(shù)基礎(chǔ)與實踐[M].上海:上海交通大學出版社，2005.

[2]高自成.淺談對竹席自動編織機的運動學仿真研究[J].機床與液壓，2012.

作者簡介：唐利平，女，副教授，研究方向：職業(yè)教育及數(shù)控技術(shù)。

基金項目：本文系湖南教育廳的課題“智能竹席編織機的開發(fā)與研究”（編號：13C1174）科研