D型打結器的可視化裝配工藝設計

韓業翔，楊文敏，劉明珍

D型打結器的可視化裝配工藝設計

韓業翔，楊文敏*，劉明珍

(湖南農業大學機電工程學院，湖南 長沙 410128)

為了可視化地表達D型打結器的裝配工藝過程，分析了傳統的打結器裝配工藝，利用solidworks Composer平臺編制D型打結器的裝配工藝，并通過三維渲染、動畫視頻輸出，生動形象地展示裝配過程，幫助制造人員快速理解和掌握裝配工藝。

裝配工藝；可視化；D型打結器

在機械產品的制造過程中，裝配占生產制造總工時的40%～60%，產品裝配占生產費用的40%以上，結構復雜的產品，其所占的比重會更高[1]。傳統的裝配工藝流程是分析產品圖樣，確定裝配組織形式，劃分裝配單元，確定裝配方法；擬定裝配順序，劃分裝配工序，編制裝配工藝系統圖和裝配工藝規程卡片。這種方式過程復雜，工藝的變更可能導致工序簡圖需要大范圍修改，還可能會因工作量過大而造成不必要的資源浪費。

可視化技術是以三維表現技術再現三維世界中的物體，利用三維形體來表達復雜的信息。它通過一種仿真的、三維的、實時的、并且具有交互能力的方式來傳遞信息。三維可視化工藝是在虛擬環境下，借助虛擬現實技術的可視性特征，對工藝信息進行圖形圖像的處理與顯示，以達到工藝信息直觀且可感知的效果。采用三維可視化技術，可使三維工藝文件更易于理解，降低對使用者識圖能力的要求，并且會使表達形式更生動、直觀，還能提高裝配的效率和質量。

楊文欣[1]在拖拉機半軸的三維可視化工藝設計中，采用3DVIA Composer進行可視化處理。張志航[2]在變速箱主動軸的三維可視化裝配工藝研究中，采用3DVIA Composer進行可視化處理。王晉濤[3]在大型支承輥梯形槽加工工藝研究中，采用UG軟件進行可視化處理。本文基于solidworks Composer建立D型打結器的可視化裝配工藝。

1　D型打結器的裝配工藝

裝配工藝包括裝配順序的規劃和裝配路徑的規劃。裝配路徑規劃是指擬定工藝路線，編排工序工步，確定每道工序的加工質量提供的結構信息，采用幾何推理和人工指導拆卸相結合的方式進行裝配序列規劃，得到產品的最佳裝配順序。裝配順序規劃是根據產品裝配模型控制內容和檢測方法，最終輸出優化的裝配工藝方案[4]。

1.1　D型打結器的結構

D型打結器主要包括夾繩器組件、脫繩器組件、蝸輪蝸桿組件、打結鉗嘴組件、架體、齒盤、壓嘴鉗等，其功能如表1所示。打結器通過送繩、夾繩、繞繩、抓繩、割繩、回位、脫扣等動作，實現對草捆的自動打結。D型打結器的結構如圖1所示。

表1　打結器零部件功能

1　齒；2　架體；3　脫繩器滾輪；4　打結嘴錐齒輪；5　脫繩桿；6　打結嘴；7　六角螺母；8 　蝸桿軸錐齒輪；9　彈簧；10　蝸桿；11　蝸輪；12　夾繩盤；13　螺栓；14　壓嘴鉗。

1.2　D型打結器裝配工藝過程

1.2.1主要裝配技術要求

(1)D型打結器的各個零件相互配合控制著鉗嘴張開角的大小，以及纏繩、打結和脫扣等過程，所以各零件必須嚴格按照安裝精度進行裝配。

(2)蝸輪蝸桿以及錐齒輪與齒盤的嚙合要準確。要保證準確的安裝中心距和適當的齒側間隙，保證齒面有一定的接觸面積和正確的接觸部位。蝸輪與蝸桿的精度等級為傳動8f，裝配后測量其軸向齒距極限偏差應為±0.025mm。夾繩器錐齒輪與齒盤的嚙合精度為8cB，裝配后測量其軸交角極限偏差值為±0.040mm。打結器鉗嘴錐齒輪與齒盤的嚙合精度為8cB，裝配后測量其軸交角極限偏差值為±0.050mm。

(3)各回轉件運作必須靈活。

(4)各固定連接必須牢固、可靠。

1.2.2打結器的裝配順序

(1)零件的清洗、整形。清洗主要是利用清洗劑清除零件表面的防銹油、灰塵、切屑等雜質，同時防止裝配時劃傷、研磨配合表面。整形是由于打結器的架體、齒盤等零件為精鑄零件，針對鑄件中不加工零件表面，要去除毛刺，銳邊以及搬運中因為碰撞而產生的印痕等，從而保證零件的表面質量達到裝配要求。

(2)組件裝配。打結器主要的組件有蝸輪蝸桿組件、夾繩器組件、打結鉗嘴組件、脫繩器組件等。①蝸輪蝸桿組件，蝸桿軸為裝配的基準件。將蝸桿與蝸桿軸以精度為Φ10H7/k6的基孔制進行配合，利用百分表測量其軸向間隙為0.014～－0.01mm，并用M10的螺母在蝸桿軸的尾端進行緊固。蝸桿軸錐齒輪與蝸桿軸以精度為Φ10H7/p6的基孔制進行配合，并用M10的螺母在蝸桿軸的尾端進行緊固。②夾繩器組件裝配，以夾繩器軸為裝配基準件，蝸輪與夾繩器軸以精度為Φ10H7/k6的基孔制進行配合，利用百分表測量其軸向間隙為0.014～－0.01mm。③打結鉗嘴組件的裝配，以打結鉗嘴為裝配基準件，鷹嘴采用過盈的可活動銷釘連接方式進行連接，打結器鉗嘴滾輪采用M10的螺母進行螺紋連接，并依次添加墊片進行裝配。打結鉗嘴軸與打結鉗嘴錐齒輪以精度為Φ20H7/p6的基孔制進行配合。④脫繩器組件裝配，脫繩桿為裝配基準件。將脫繩器滾輪采用M6的螺母在其尾端進行螺紋連接，并依次添加墊片進行裝配。打結器配合精度與軸向公差如表2所示。

(3)整體裝配與調整。打結器的整體裝配以架體為裝配基準件，其中脫繩桿尾端用M10的螺母進行緊固，彈簧、壓嘴鉗與架體Φ8+0.022 0的彈簧軸孔通過螺栓采用螺紋緊固的方式進行裝配。在裝配完成后，要對齒輪的接觸精度進行檢驗。采用著色法檢查，在齒輪齒面上涂色，將與之嚙合齒輪滾動3~4圈，從而檢查兩齒輪接觸面的接觸位置，各嚙合齒需使用潤滑油進行潤滑。在所有零部件裝配完成后需檢查裝配松緊程度和裝配的精準性，進行結器部分試運轉時若運行過程中各個部件之間無碰撞，各齒之間配合密切且準確，則表示安裝完成，若各零件之間若出現相互干擾則需要重新裝配[5]。D型打結器裝配流程如圖2所示。

表2　打結器配合精度與軸向公差

圖2　D型打結器裝配流程圖

2 D型打結器的可視化工藝裝配

D型打結器裝配工藝如圖3所示。

圖3　D型打結器裝配工藝圖

2.1　模型導入及前期處理準備

2.1.1模型導入

D型打結器裝配視圖直接由SolidWorks軟件繪制，在導入文件時可以選擇SolidWorks(默認)配置文件，并進行可視化編輯。

2.1.2模型前期處理準備

在導入視圖后制作裝配可視化文檔制作前，先進行顏色和環境的渲染，形成仿真動畫的視覺基礎。其中零件顏色可以通過“顏色”選項進行設置。場景的選擇可以在“渲染”中的“模式”中進行設置。對顏色和環境渲染后創建一個新視圖便于進行后續編輯。

2.2　打結器的裝配工藝可視化文檔制作

D型打結器的可視化裝配工藝實際上可等同于將裝配視圖進行拆分，并以實際裝配時零件的安裝順序和安裝路徑為線索實現動態仿真裝配。在仿真的過程中可以對裝配時的各個零件利用BOM表格和序號的方式進行標識，裝配時的配合精度和配合方式等可得到具體的表達，同時還可對路徑、運動類型等進行定性和定量的分析。

2.2.1視圖編輯

打結器的裝配可以分為組件裝配和整體裝配。通過“變換”窗口的平移、變換、旋轉等功能為打結器模型創建爆炸視圖。通過“工作間”窗口的BOM功能為每個零件創建編號，并生成BOM表格。在生成BOM表格時可以修改BOM ID和零件名稱，實現名稱和每個零件的正確對應，如圖4所示。為使裝配過程更加清晰，可重新創建一個打結器各組件爆炸視圖。利用“幾何圖形”窗口中的合并功能，將組件內的各個零件合并為一個整體，利用“箭頭”功能添加相應的箭頭示意組件的裝配位置，使表達更加生動形象，再生成打結器組件的爆炸視圖以及BOM表格。

圖4　打結器爆炸視圖

2.2.2可視化文檔的生成步驟

裝配動畫通過拆分動畫進行轉化，利用“可拆即可裝”的思想，實現裝配過程中拆卸過程的逆向操作。在編輯裝配動畫時只需要制定正確的拆卸順序，并按拆卸順序將零件依次分開，再將拆分動畫的時間軸進行翻轉，即可得到裝配動畫[4]。

在設置關鍵幀時，要注意以下四種：屬性關鍵幀、位置關鍵幀、照相機關鍵幀、Digger關鍵幀，它們分別對應零部件的顏色和透明度、位置、方位和局部特性，可以根據自己的需要進行設置。

在進行編輯時，將模型切換為動畫模式，首先將各組件裝配好，再以組件的形式與架體進行裝配。以蝸輪蝸桿組件的裝配為例闡述打結器的可視化裝配過程。在爆炸視圖的界面中將時間軸拖動到0s的位置，為組件的初始位置設置屬性關鍵幀、位置關鍵幀。再將時間軸拖動到1s的位置，采用“變換”窗口中對齊功能選項的軸對齊功能實現蝸桿軸的裝配，并設置屬性關鍵幀、位置關鍵幀。將時間軸拖動到2s，利用平移功能將蝸桿軸錐齒輪配合到相應位置，并設置屬性關鍵幀、位置關鍵幀。最后利用螺母在其末端緊固。開啟自動關鍵幀，將時間軸拖動4s，并框選2s～4s內的時間軸。首先利用“變換”窗口中的旋轉功能選項，選中螺母以蝸桿軸的軸線為旋轉中心，輸入旋轉角度1080°。利用“變換”窗口中的平移功能選項，將螺母平移到配合位置，自動關鍵幀會自動捕捉實現旋轉與平移動畫的耦合形成螺母的旋轉動畫，蝸輪蝸桿組件完成裝配。

在配合過程中為了更加清晰地表達齒輪、蝸輪蝸桿等的嚙合精度和局部時，可以利用Digger來表達。在動畫制作時在時間軸上設置Digger關鍵幀。在需要表明其它嚙合或局部情況時，重新設置Digger并設置Digger關鍵幀，便可以實現裝配動畫和Digger動畫的結合。

其它組件的裝配都是采用同樣的方法利用“變換(T)”中的功能選項，從爆炸視圖到裝配體，利用動畫編輯模式的關鍵幀截取與變換的結合，實現打結器裝配動畫的生成。為了使視頻更加便于理解，可以在“作者”欄目里面點擊“標簽”對每個零件標注名稱或者標注裝配要求，以增加動畫的可視性[6]。如圖5所示。

圖5　打結器配合精度視圖

2.2.3視頻輸出

當視頻制作完成后，需要對視頻進行輸出和保存，通常solidworks Composer輸出視頻為avi格式。通過“工作間”窗口的“視頻”選項，便可以對視頻的保存路徑、分辨率等進行編輯，最后完成D型打結器可視化工藝[7]。

3 結論

通過SolidWorks建立D型打結器的三維裝配視圖，無需進行文件格式轉換，直接利用solidworks Composer實現了打結器可視化裝配工藝。該過程涉及了從二維到三維的可視化轉變，可大幅度降低二維工藝文件及圖紙所帶來的理解難度，且便于在工藝要素變更后的情況下進行工藝文件的修改，還可用于其它機械部件的可視化工藝制作。

[1] 楊文欣,岑選君,趙志潔, 等.基于3DVIA Composer三維可視化工藝設計[J].拖拉機與農用運輸車,2014,41(2): 74-75,78.

[2] 張志航,程廣偉,門清毅,等.基于3DVIA Composer的變速箱主動軸三維可視化裝配工藝研究[J].現代信息科技,2019,3(16):144-147.

[3] 王晉濤孫熙釗王莉寅等.基于UG軟件的大型支承輥梯形槽加工工藝研究[J].大型鑄鍛件,2020(4):29-30.

[4] 孫全龍.壓鑄模成形型面Bezier曲面特征識別及加工工藝自動匹配研究方法及應用[D].貴陽:貴州大學,2018.

[5] 郭具濤,張小龍,付少龍,等.基于3DVIA Composer的三維裝配作業指導書編制技術研究[J].CAD/CAM與制造業信息化,2014(5):51-54.

[6] 楊二景.基于MBD的輪胎模具工藝信息表達[D].廈門:集美大學,2018.

[7] 武權,衛煒,周來水,等.航空發動機零件加工裝夾過程可視化文件生成[J].航空制造技術,2017,60(8):75-78+83.

Visual assembly process design of D-type knotter

HAN Yexiang, YANG Wenmin*, LIU Mingzhen

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Hunan Agriculture University, Changsha, Hunan 410128, China)

In order to visually express the assembly process of a D-type knotter, the Solidworks composer platform was used to compile the assembly process of a D-type knotter by analyzing the traditional assembly process of a D-type knotter. The assembly process was vividly expressed through 3D rendering and animated video output, to help the staff quickly understand and master the assembly process.

assembly process; visualization; D-type knotter

TH161.1

A

2096–8736(2022)01–0015–05

湖南省大學生創新訓練項目——D型打結器加工工藝三維可視化研究(S202010537033)。

韓業翔(1999—)，湖南常德人，碩士研究生，主要研究方向為機械CAD。

楊文敏(1968—)，湖南慈利人，副教授，主要研究方向為農業機械創新設計及其CAE。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立