林辉 张法轮等/文
1 引言
随着计算机技术、CAD技术的发展,以及虚拟技术在CAD中的应用,虚拟装配技术得到了产生和发展。虚拟装配是在计算机上建立起如同真实样机的直观可视化的三维数学几何模型,即虚拟样机,然后在虚拟环境下对零件装配,情况进行干涉检查。
目前,虚拟装配所采用的是“引用”(或称为“借用”)方法,所谓“引用”,指在实现模型装配时,通过记忆零部件在装配模型中的各自位置,且在需要时才装入组件,而不是将所有组件全部真实送入装配模型。组件送入装配模型后,装配模型记录的是组件的最新版本(而不是过时版本),当零部件修改后,装配模型会自动地更新。这样,既节省了大量的工作,也为“并行工程”的开展提供了技术基础,装配模型所引用的各零部件可以储存于各用户的计算机、中心文件服务器或可通过网络的任何地方,使得团队协同作业(Team Work)成为可能。
2 装配关系
尽管家具产品的装配关系繁杂各异,但在装配形式上,仅有位置和配合两种基本形式。通过定位关系描述零部件之间的空间位置关系和配合关系,如平面贴合、平面对齐、柱面贴合、点面接触等。它描述零部件之间直接的相互关联关系。配合关系分为刚性和弹性两种。
图1 装配关系分类
3 装配约束产品虚拟装配中,装配关系的实现表现为配合约束。在装配时,零件分为两种:一种是基础件,在装配过程中有一个零件是固定不动的,称之为基础件,装配中它不移动也不转动;其余零件,在装配过程中既移动也转动,称之为浮动件。浮动件的运动表现为六个自由度:3个移动,3个转动。
∩采用贴合、齐平和定向(定角度)三种方式约束相互配合的零件约束。装配约束表现形式有面对面,线对线,点对点等,并通过面对面(限制两个转动和一个移动);面对点(限制一个移动);线对线(限制一个转动两个移动);线对点和点对点(限制两个移动)的约束实现。
4 基于装配约束的家具设计
4.1 基于装配约束的家具CAD设计思想
图2 基于装配约束的家具产品CAD设计思想
对家具产品,尤其是对实木家具而言,产品零部件的装配,是家具产品虚拟设计的关键所在。针对家具产品的结构和设计特点,为此提出基于约束的家具产品设计思想如图2所示。4.2 基于装配约束的家具CAD设计方法
在用户进行模仿或改造或创新设计中,利用造型模块所提供的造型工具(拉伸、旋转、扫描、放样等)实体零/部件,或引用图库中已有的零部件,通过所提供的装配约束/装配关系描述(配合、表面齐平、对准度、插入)得到装配体。今后用户可根据需要,通过编辑装配约束,即可得到更改后的产品装配图。而当装配关系和装配约束保持不变，而改变零件的结构和形状尺寸时，产品装配不发生变化。同样，用户可以改变装配约束描述，很快地得到产品爆炸图。
图3 通过装配关系和约束生成的装配图 图4 更改装配关系和约束生成的爆炸图
基于装配约束的产品设计，支持自顶向下和自底向上两种装配设计方法，确保在设计群体中每个成员的设计从产品设计开始，就被有效地控制在最终产品可装配范围内，从而减少了设计过程中的重复现象，缩短了产品的开发周期。5 结论
虚拟装配不仅可以建立虚拟的真实产品模型，同时也可解决产品装配后的零件间静态干涉的问题，装配图的爆炸图表示和模拟视窗功能。作者通过所论述的虚拟装配技术，建立了家具产品虚拟装配工具，并完成黑龙江省光明集团“家具产品计算机辅助设计系统(FCADS)”的开发和研制。科研成果通过了黑龙江势技成果鉴定，成果处于国内领先水平。然而，对于具有运动机构的产品，尚不能确保运动机构的设计是否合理、是否满足性能要求、各相关零件的动作是否协调等，此时，需采用虚拟运动仿真技术。