指挥阀数字化装配系统关键模块的开发

发布时间：2016-03-17 10:14

第1章 绪论

针对指挥阀目前装配过程中存在的低合格率、低装配效率与数字化程度低等问题，本课题在不改变加工工艺要求的前提下，通过在对指挥阀进行装配之前进行选配操作的方式，提高指挥阀装配体的配合精度，从而提高其可靠性。本课题开发了面向指挥阀装配体从零件完成加工制造到装配结束的整个流程的数字化的装配的关键模块，其主要功能包括零件的尺寸信息录入、指挥阀的选配与装配体序列输出，并且能够在选配结果的基础上进行基于各个装配体实际尺寸的指挥阀 Solidworks 和 ANSYS 环境下的参数化建模建立，在相应模型的基础上进行耦合场分析与装配过程的示教显示，在整个指挥阀的数字化装配系统中有非常重要的作用。通过对指挥阀零件进行统一管理，指挥阀数字化装配系统在现有零件的基础上，根据指挥阀配合精度的要求，通过选配算法在选配子模块中获取满足实际需求的指挥阀装配序列，并能够在耦合场分析子模块中对各个装配序列进行温度-结构耦合场分析，在装配示教子模块中针对每一个装配序列生成装配示教过程，并显示包括实际尺寸链及装配工艺参数的各项装配指南。指挥阀数字化装配系统的开发，能够有效提高指挥阀的装配效率和数字化水平，同时为提高指挥阀的可靠性提供了攻关方向与一定的技术基础。
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第2章 指挥阀数字化装配系统的整体设计

2.1 指挥阀数字化装配系统关键模块的功能设计

指挥阀数字化装配系统面向指挥阀装配体从零件完成加工制造到装配结束的整个过程，本课题研究及开发的关键模块的主要功能包括零件关键尺寸信息的录入、零件选配、耦合场分析与装配过程的示教显示。如图 2-1 所示，通过数据库将指挥阀数字化装配系统关键模块的各个子功能模块联系起来，在 ANSYS Solidworks 环境中分别建立参数化模型用于有限元分析与装配示教过程。其中，零件参数录入与选配模块有数据库的读取与写入权限，耦合场分析与装配示教子系统只有数据库的读取权限。由于各个子模块之间功能相对较为独立，将各个功能集成在一个界面将导致界面的臃肿与混乱，从方便操作与用户友好性的角度出发，根据指挥阀数字化装配系统的功能设计，设计了如图 2-2 所示的系统界面，该界面为数字化装配系统各个子模块的入口，通过点击对应的按钮，系统将显示各个子系统对应的操作界面。

2.2 开发工具及开发环境的选择

根据课题的开发需求与各版本 ANSYS 的特点，选用 ANSYS 14.0 作为耦合场分析系统的有限元分析软件。SolidWorks 软件功能强大，操作相对简便，能够在 Windows 环境下进行高质量的建模，且该软件具有良好的功能扩充性与应用程序接口 API，并且提供 OLE 供 Visual Basic 开发使用，，为二次开发提供了良好的设计平台，因此选择 Solidworks 2010 作为三维软件开发平台。整个数字化装配系统具有大量复杂的数据，为有效存储与管理各类数据，采用数据库作为系统的数据与信息的管理工具，考虑到系统的整体性与维护的便利性，选用 Microsoft ACCESS 2007 作为系统的数据库。VB.NET 对 Solidworks的二次开发与对 ANSYS 的联合编程有非常好的支持，同时由于 VB.NET 与ACCESS 数据库同是出自 Microsoft 旗下，两者的兼容性非常好，因此，选用VB.NET 作为指挥阀数字化装配系统的开发语言，开发环境为 Visual Studio2010。

第 3 章 指挥阀装配序列选配模块的开发.................... 17
3.1 指挥阀装配序列选配模块的总体设计 .............17
3.2 基于配合精度的指挥阀选配算法研究 ..............18 
3.3 指挥阀选配模块的编程实现及算法评价............25 
3.4 本章小结 .........30
第 4 章 指挥阀温度-结构耦合场分析模块的开发.............. 32
4.1 耦合场分析模块需求分析与开发流程 ....................32 
4.2 ANSYS 环境下的指挥阀温度-结构耦合场分析 .............34 
4.3 VB.NET 下的耦合场分析模块开发 ...........40 
4.4 耦合场分析结果的实验研究 .............45 
4.5 本章小结 .............................49
第 5 章 指挥阀装配示教模块的开发.................... 50
5.1 指挥阀装配示教模块的整体设计 .........50 
5.2 指挥阀装配示教模块开发的技术基础 ...............52 
5.3 指挥阀装配示教模块的编程实现.........54 
5.4 本章小结 ................59

第5章 指挥阀装配示教模块的开发

5.1 指挥阀装配示教模块的整体设计

通过对 Solidworks 进行二次开发实现指挥阀装配过程的示教，在Solidworks 环境中进行零件的位置与姿态变换、添加装配关系进行装配过程的演示。以 Solidworks 作为系统的三维软件支持与开发平台，使用 VB.NET 作为开发语言，以 ACCESS 2007 作为数据库。对研究内容与功能进行整理，得到如图 5-1 所示的装配示教模块功能结构框图。装配示教模块依赖于数据库建立。通过调用数据库中的装配体号及零件号获得零件的关键尺寸信息，在此信息的基础上进行参数化建模与装配示教。同时，在载入零件尺寸信息之后，根据装配关系及零件尺寸信息自动生成关键位置处的尺寸链，用于装配过程中的提示与检测要求说明。由于界面空间的限。

5.2 指挥阀装配示教模块开发的技术基础

Solidworks 的模型建立基于特征，使用特征树能够使用户在建模与使用过程中方便地对特征尺寸的修改。指挥阀的参数化建模采用对既有模型部分尺寸进行修改的方式进行，可以大大降低建模成本，提高系统运行效率。在SolidWorks 的 API 函数中提供了非常强大的获取特征信息的对象和函数，能够满足虚拟装配系统的开发要求。如图 5-6 为使用 VB.NET 通过 ACCESS 数据库中获取的尺寸信息在SolidWorks 环境下参数化建模的具体步骤及实现流程。
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结 论

本文针对指挥阀生产装配及使用过程中的低合格率的问题，以提高指挥阀装配体的装配精度和提高装配过程的数字化水平为目标，对指挥阀数字化装配系统的关键模块进行了设计与开发，主要取得了以下成果和结论：（1）在对目前使用过程中存在问题进行分析的基础上，明确了指挥阀数字化装配系统关键模块的开发目标。设计和开发了系统数据库及零件参数录入子模块，为数字化装配系统的其他功能和模块提供了数据基础。（2）分析和研究了指挥阀的选配问题，基于配合精度提出了一种选配算法。设计和开发了指挥阀选配模块，通过选配实验和对比证明了选配算法及选配模块的实用性。（3）通过对 ANSYS 下的独立编程与 VB.NET 和 ANSYS 的联合编程，以选配模块的选配结果为基础，开发了基于 ANSYS 的指挥阀温度-结构耦合场分析模块。（4）利用 VB.NET 和 Solidworks 的联合编程技术及 Solidworks 的二次开发技术，开发了指挥阀的装配示教模块，为指挥阀的装配过程提供了更加有针对性的数字化辅助。

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参考文献（略）

本文编号：35198