虛擬裝配工具庫的開發(fā)

李智阿 陳勇 王薏群

1.奇瑞汽車股份有限公司 安徽省蕪湖市 241000 2.北京交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院宣傳中心 北京市 102618

1 引言

傳統(tǒng)的汽車同步工程階段，對于裝配工具虛擬分析及驗(yàn)證，大多采用人工測量車身數(shù)?；蛲ㄟ^在CATIA軟件中將氣動(dòng)工具三維數(shù)模導(dǎo)入到車身數(shù)模中進(jìn)行位移至安裝點(diǎn)拖動(dòng)工具確認(rèn)是否可裝配或是否存在干涉情況；由于安裝螺栓或螺母與安裝點(diǎn)存在允許的公差偏差量，人工分析無法設(shè)定預(yù)留的公差干涉量進(jìn)行分析，而且無操作人員手部數(shù)據(jù)分析不夠精確，在后續(xù)的實(shí)際選型后，在現(xiàn)場實(shí)際裝配中容易產(chǎn)生手部干涉或零件在允許的公差內(nèi)便宜而產(chǎn)生的裝配工具干涉情況。

本文介紹如何建立虛擬的裝配工具及工具庫，并如應(yīng)用DELMIA進(jìn)行虛擬裝配工具分析。

2 數(shù)字化裝配工具的組成

數(shù)字化裝配工具的組成如圖1所示。主要由裝配工具、套筒、接桿和手部四個(gè)部分組成。

圖1 數(shù)字化裝配工具組成示意圖

3 虛擬裝配工具分析原理

虛擬裝配工具分析原理：是根據(jù)裝配工具組成的數(shù)據(jù)在DELMIA系統(tǒng)內(nèi)從裝配的初始位置位移到安裝結(jié)束的位置，圍繞安裝螺孔或螺栓的直徑進(jìn)行360度空間干涉性分析，確定某一個(gè)角度能夠滿足從裝配開始到裝配結(jié)束過程運(yùn)動(dòng)無干涉情況；虛擬裝配工具分析原理如下圖所示：

圖2 虛擬裝配工具分析原理圖

通過虛擬工具原理可以看出裝配工具從裝配開始至裝配結(jié)束整個(gè)動(dòng)作可活動(dòng)范圍空間進(jìn)行100%的全面分析確認(rèn)是否具有可操作空間。

4 氣動(dòng)裝配工具及附件

裝配工具及附件為了滿足安裝要求在外形、安裝尺寸、驅(qū)動(dòng)方式、參數(shù)及功能要求方面建立了一系列工具集附件供使用。下面是裝配工具及附件種類情況：

裝配工具按照操作方式分類，見圖3：

裝配工具按照驅(qū)動(dòng)方式分類，見圖4：

裝配工具按照工具功能方式分類，見圖5：

圖3 裝配工具按照操作方式分類示意圖

圖4 裝配工具按照驅(qū)動(dòng)方式分類示意圖

圖5 裝配工具按照功能方式分類示意圖

常用套筒種類：

按照端頭形狀分類為外六角形、十字形、內(nèi)六角形等，按照螺母或螺栓尺寸分類為：M5、M6、M8、M10、M12等，按照安裝形狀分為方頭和六角頭，按照安裝頭尺寸分類為：3/8、1/4、1/2等。

常用接桿種類：

按照安裝頭形狀分類為方頭和六角頭，按照安裝頭尺寸分類為：3/8、1/4、1/2等，按照長度分類為75mm、100mm、125mm、150mm、200mm、250mm；

5 構(gòu)建虛擬驗(yàn)證工具方式

首先根據(jù)各公司工具使用情況，將使用的工具種類（力矩及功能、）、套筒種類及接桿種類、手持姿態(tài)種類、螺栓長度種類等進(jìn)行梳理，根據(jù)使用范圍將上述內(nèi)容進(jìn)行陣列組合出所需要建立的虛擬工具種類；根據(jù)各公司使用種類的多少決定著組合的虛擬工具的數(shù)量，將所有陣列組合的工具建立完成后，建立虛擬工具庫將所建立的虛擬工具建立到虛擬工具庫中；

虛擬工具庫構(gòu)建流程如下：

圖6 虛擬工具構(gòu)建流程圖

步驟1：準(zhǔn)備三維數(shù)據(jù)，將氣動(dòng)扳手、接桿、套筒及手部數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中，見圖7；

步驟2：裝配組合工具，將所有數(shù)據(jù)按照實(shí)際工具裝配后的狀態(tài)進(jìn)行裝配，滿足相關(guān)裝配后的工具尺寸與現(xiàn)場實(shí)際一致，見圖8；

圖7 工具組成部件示意圖

圖8 工具裝配完成示意圖

步驟3：將工具建立為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)定工具的裝配起始位置和裝配結(jié)束位置，起始至結(jié)束位置的距離即為裝配螺栓的長度；

圖9 建立裝配工具示意圖

步驟4：設(shè)定工具，將工具行程設(shè)定為螺栓長度，并設(shè)定工具套筒前端不進(jìn)行干涉性分析；（因?yàn)檐浖治鲈硎枪ぞ咴谘b配空間內(nèi)是否與零件發(fā)生干涉情況，實(shí)際裝配工具結(jié)束點(diǎn)會與零件發(fā)生接觸所以需要設(shè)定不干涉部件以便于軟件正常分析）

工具裝配行程設(shè)定如下圖：

圖10 工具裝配行程示意圖

不干涉部件設(shè)定如下圖：

圖11 不干涉部件設(shè)定示意圖

步驟5：建立虛擬工具庫，將建立的工具統(tǒng)一建立到虛擬工具庫中，并設(shè)定好名稱和關(guān)鍵字，可以根據(jù)工具型號、力矩范圍、螺栓方頭尺寸、螺栓長度、接桿長度等進(jìn)行設(shè)定，便于在工具分析時(shí)候后選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ叻治?，縮小分析的范圍提高分析效率；

工具庫構(gòu)建如下圖所示：

圖12 工具庫示意圖

6 虛擬工具分析方法：

根據(jù)數(shù)據(jù)確定需要安裝點(diǎn)位置，通過軟件和虛擬工具庫對需要分析的安裝點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，確認(rèn)工具可以操作性：

分析流程，見圖13：

步驟1：準(zhǔn)備分析數(shù)據(jù)，確定分析數(shù)據(jù)所需要分析的安裝點(diǎn)，見圖14；

步驟2：標(biāo)記需要分析的安裝點(diǎn)，并將希望采用同一把工具的裝配點(diǎn)歸類到一個(gè)組，便于以后分析快算選擇所需要分析的安裝點(diǎn)，見圖15；

步驟3：通過軟件選擇所建立的虛擬工具庫，從庫中篩選出所需要選型的工具進(jìn)行分析，并選擇所需要分析的安裝點(diǎn)，如圖16所示：

步驟4：設(shè)定分析參數(shù)，設(shè)定分析步進(jìn)角度、允許失敗程度、和分析的干涉量，由于工具裝配孔在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在合理的公差，工具實(shí)際裝配存在變差需要進(jìn)行干涉量的設(shè)定，使分析能夠更加接近實(shí)際狀態(tài)分析更加精準(zhǔn)。

圖13 虛擬工具分析流程圖

圖14 車身數(shù)據(jù)示意圖

圖15 標(biāo)記安裝點(diǎn)示意圖

圖16 虛擬工具分析圖示

圖17 參數(shù)設(shè)定示意圖

步驟5：根據(jù)分析結(jié)果選擇分析滿足要求的工具，若出現(xiàn)多吧工具滿足要求，根據(jù)實(shí)際情況選擇；

圖18 工具分析結(jié)果示意圖

步驟6：如工具無法滿足要求需要通過軟件分析確認(rèn)干涉部位，并將信息反饋產(chǎn)品修改設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或?qū)ふ覍Ｓ霉ぞ哌M(jìn)行確認(rèn)；

圖19 干涉分析示意圖

7 結(jié)語

虛擬工具庫的建立改變了原有傳統(tǒng)的通過人工操作比對數(shù)據(jù)分析的操作方式，極大的提高了分析效率，提升了分析質(zhì)量，讓分析過程呈現(xiàn)出實(shí)際安裝的狀態(tài)，分析更加精準(zhǔn)，而且解決了人工分析無法確認(rèn)干涉量的情況和快速確認(rèn)干涉部位的情況，通過建立虛擬工具庫采用軟件自動(dòng)分析降低了對工藝人員的經(jīng)驗(yàn)要求，將經(jīng)驗(yàn)總結(jié)到軟件參數(shù)設(shè)定中，不同人員通過軟件分析出來的是統(tǒng)一的結(jié)果。