發(fā)動機(jī)配件生產(chǎn)線自動上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)動機(jī)配件生產(chǎn)線自動上料系統(tǒng)設(shè)計(jì),發(fā)動機(jī)配件生產(chǎn)線自動上料系統(tǒng)設(shè)計(jì),發(fā)動機(jī)配件,生產(chǎn)線,自動,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 編號： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文翻譯 （譯文） 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名： 譚志同 學(xué) 號： 1000110127 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 唐焱 職 稱： 副教授 2014 年 5 月 26 日 從 CAD 輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)到虛擬裝配 應(yīng)用的一個(gè)新穎的數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法 摘要 虛擬裝配是虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。至今，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD） 統(tǒng)仍是虛擬裝配系統(tǒng)的主要建模工具。至今 沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的直接從 CAD 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到虛擬 裝配應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn) ,因而一個(gè)原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法 (DDITM) 及時(shí)的提出 從而實(shí)現(xiàn)分解和轉(zhuǎn)換。裝配體的信息在 CAD 系統(tǒng)分為幾何信息、拓?fù)湫畔ⅰ⒑脱b配信息 等等 ,它們被分別轉(zhuǎn)移到虛擬裝配應(yīng)用中。幾何信息包括被數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面轉(zhuǎn)換的表面信 息，拓?fù)湫畔?由五個(gè)層次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成，裝配信息是轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫技術(shù)。在幾何信息和 拓?fù)湫畔⒁约把b配信息和拓?fù)湫畔⒅g形成了交互作用的系統(tǒng)構(gòu)架。最后，一個(gè)用于驗(yàn) 證數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的實(shí)驗(yàn)性虛擬制造系統(tǒng)建立了，接著裝配仿真的應(yīng)用進(jìn)一步 證實(shí)了裝配信息，它們都證明了轉(zhuǎn)換信息是精確且恰當(dāng)?shù)摹?關(guān)鍵詞 ： CAD、數(shù)據(jù)分解、信息翻譯、虛擬裝配 1.簡介 虛擬環(huán)境通過 特殊的工藝和非視覺工具使得交互式虛擬圖像圖形顯示增強(qiáng)。例如聽 覺和觸覺刻錄軟件，實(shí)現(xiàn)浸沒影響作為一種自然延伸到三維圖形技術(shù)與先進(jìn)的輸入和輸 出的 設(shè)備。 有四個(gè)關(guān)鍵特征： 浸入、存在、導(dǎo)航和互動，它們通常被 用于測量和分類不 同的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和應(yīng)用程序 1，它已經(jīng)大大影響和改變了人們的思維方式和行為習(xí) 慣。虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)成為一種最先進(jìn)、最強(qiáng)大的技術(shù)之一，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如： 軍事、醫(yī)療、娛樂、建筑和機(jī)械制造等等行業(yè)。 虛擬裝配是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)具體應(yīng)用。裝配技術(shù)在制造業(yè)中扮演著很重要的角色， 它不僅是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵步驟，而且也是增加整體性能的最后一步。一些分析表 明相關(guān)裝配作業(yè)在工業(yè)制成品中占了 50%以上的生產(chǎn)時(shí)間，花費(fèi)了 20%-40%的單元生產(chǎn)成 本。 虛擬裝配的發(fā)展是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為我們提供了一個(gè)廉價(jià)且迅速的裝配方法。虛 擬裝配運(yùn)用了視覺化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論等等。零件設(shè)計(jì)完成后，這些零件 CAD 模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成虛擬裝配來實(shí)現(xiàn)裝配評估、裝配仿真和裝配規(guī)劃。因此，產(chǎn)品的生產(chǎn) 周期就縮短了，花費(fèi)也減少了，裝配效率也提高了。 虛擬建模是建立虛擬裝配系統(tǒng)的第一步，雖然虛擬現(xiàn)實(shí)軟件有一定的建立簡單幾何 模型的能力，但是若想要依靠虛擬現(xiàn)實(shí)這樣的建模軟件建立復(fù)雜模型或者很多個(gè)零件是 行不通的。目前，三維 CAD軟件例如 SolidWorks, Pro/Engineer和 Unigraphics等等仍然 是虛擬裝配的主要建模方式。在這篇文章中，我們運(yùn)用 SolidWorks建立 CAD模型。 在 CAD系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)之間沒有一個(gè)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，所以 CAD模型的信息不能直 接轉(zhuǎn)入虛擬環(huán)境中，盡管 CAD系統(tǒng)能用別的格式將 CAD的圖像模型輸入到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)并 顯示出來，但是這樣的格式只能保留部分幾何信息。例如，我們能選中整個(gè)裝配體或者 單個(gè)零件，但是卻不能選中它的表面，所以這種格式下的模型只是主體的一個(gè)概念，而 不是虛擬環(huán)境的表面。然而，表面在裝配中是很重要的部分，它有以下功能： 1.定位零 件或裝配主體 2.定義約束 3.定義連接處 4.定義幾何公差和尺寸公差 5.定義精 度和粗糙度 6.定義物理特性（例如顏色和材料等） 沒有表面的概念，裝配的概念變 得模糊不清。虛擬裝配系統(tǒng)也只能起到簡單模擬的作用。此外，虛擬裝配系統(tǒng)不僅需要 幾何信息而且還需要拓?fù)湫畔⒑脱b配信息等等。所以，把這些 CAD模型的信息轉(zhuǎn)換成虛 擬裝配信息不僅僅是構(gòu)造虛擬裝配系統(tǒng)的第一步而且也是影響虛擬系統(tǒng)的展示效果、裝 配效果、精度要求的關(guān)鍵性的一步。 下一部分將要介紹一些與虛擬裝配相關(guān)的數(shù)據(jù)翻譯方法。第三部分介紹 數(shù)據(jù)分解和 信息轉(zhuǎn)換方法結(jié)構(gòu) 。第四部分提出一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法。第 五部分試驗(yàn)性的虛擬裝配系統(tǒng)和裝配仿真系統(tǒng)設(shè)置驗(yàn)證了轉(zhuǎn)換的信息。第六部分總結(jié)全 文。 2.相關(guān)工作 以往研究的把 CAD 模型轉(zhuǎn)換成虛擬環(huán)境下裝配相關(guān)的信息的方法可以分為幾類。第 一個(gè)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件作為一個(gè)轉(zhuǎn)換文件 ,它用于大部分的虛擬裝配系統(tǒng)。 一個(gè)這一范疇代表性的作品是國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提出的，他們研發(fā)了一種基于虛擬 現(xiàn)實(shí)建模語言的制造可視化界面系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)提供視覺訪問，利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言 把包含的生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫。 Antonishek 4也使用了虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言作為在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和真正工作 凳之間的一座橋梁。一個(gè)圖解數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，第二個(gè)類別形式，被使用轉(zhuǎn)換復(fù)雜裝配 數(shù)據(jù)。 Mok 5發(fā)展了一個(gè)根據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品編碼系統(tǒng)的 CAD/CAM/CAE 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具。 數(shù)據(jù)管理工具系統(tǒng)通過輸入信息分析了產(chǎn)品從它的 CAD 數(shù)據(jù)信息。 Lee 6提出了集中 于形狀產(chǎn)品模型的表示法和互用性的一個(gè)系統(tǒng)分布的真正原型使用作為轉(zhuǎn)換和共享產(chǎn) 品模型的方法。 Ikonomov 7等提出了一致工程學(xué)的一個(gè)真正裝配模型使用數(shù)據(jù)交換。 第三個(gè)類把虛擬裝配系統(tǒng)和的建模 系統(tǒng)結(jié)合，它們共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫。 Wan et al. 把 VDVAS 描述為一個(gè)集合的多模式的虛擬設(shè)計(jì)和虛擬裝配環(huán)境。 VDVAS 的一個(gè)重要特征是 它允許設(shè)計(jì)師在 裝配建模與仿真 過程中修改裝配零件而不用在虛擬環(huán)境和其他 CAD應(yīng)用 數(shù)據(jù)交換之間花費(fèi)時(shí)間。 第四類側(cè)重于運(yùn)用界面軟件。這里將要介紹兩種典型的虛擬裝配實(shí)例。 這兩個(gè)系統(tǒng) 是設(shè)計(jì)和制造業(yè)的虛擬環(huán)境 (VEDAM) 9和虛擬裝配開發(fā)環(huán)境 (VADE) 10。 設(shè)計(jì)和制 造業(yè)的虛擬環(huán)境在設(shè)計(jì)和制造業(yè)中是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的一個(gè)一般框架，而虛擬裝配開發(fā)環(huán) 境為裝配計(jì)劃提出明確的設(shè)計(jì) 。這兩個(gè)系統(tǒng)都選擇 Pro/Engineering 做為它們的建模系 統(tǒng)并且運(yùn)用 Pro/DEVELOP 從 CAD 自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中獲取信息，開發(fā)人員的工具欄可以直接 訪問 Pro/Engineer 的數(shù)據(jù)庫。 許多其他格式也用于將 CAD 模型的信息轉(zhuǎn)換到其它虛擬環(huán)境中，例如 OpenFlight”， “ DXF”、 “ 3DS”、 “ SLP”等等。 Weyrich et al. 11等提出了“虛擬工作臺”和它 到虛擬裝配的應(yīng)用的方法。系統(tǒng)使用了專業(yè)的建模工具 Multigen II 和“ OpenFlight” 格式做為虛擬環(huán)境與它的數(shù) 據(jù)界面 3. 原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法的結(jié)構(gòu) 第二部分介紹的方法有利有弊。第一種方法更容易實(shí)現(xiàn)，但是 虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言在 這種方式下不能提供裝配信息且表面概念也會丟失，因此在虛擬裝配中很難完成復(fù)雜裝 配。 STEP 包括幾乎從設(shè) 計(jì)到匯編期間 CAD 模型的所有信息，但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求信 息太難以至于不能提取。第三類在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和虛擬裝配系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 上花費(fèi)較少時(shí)間，但是它需要自身創(chuàng)建一個(gè)模型，所以會花費(fèi)過多的時(shí)間在開發(fā)一個(gè)建 模系統(tǒng)上。此外，它的系統(tǒng)和如今的 CAD 系統(tǒng)兩者之間的綜合性還不夠好。其他格式也 存在和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言一樣的問題。在本文中，根據(jù)對上述技術(shù)的研究，原始數(shù)據(jù)分 解和信息轉(zhuǎn)化方法 (DDITM)提出了將 CAD 模型信息轉(zhuǎn)化為虛擬裝配系統(tǒng)信息的方法。 原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法 (DDITM)將數(shù)據(jù)劃分成幾個(gè)部分： 幾何信息、拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)信息和裝配信息，它們通過不同的方法被轉(zhuǎn)換。圖 1顯示了原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)化 方法流程圖。 1.關(guān)于幾何信息。通過 CAD 先前的發(fā)展方法將 CAD 模型的表面分成微小的三角形的 曲面。然后這些細(xì)分曲面的信息通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面寫入對應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)文件中。在虛擬 裝配中，當(dāng)所有這些三角形細(xì)分曲面信息展示出來時(shí)，連續(xù)的幾何個(gè)體被重建。此外， 在這些虛擬現(xiàn)實(shí)文件中， CAD 模型的表面被認(rèn)為是分開的對象。通過創(chuàng)建表面和細(xì)分曲 面之間的聯(lián)系，表面概念在虛擬環(huán)境中被重建。 2.關(guān)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。本文使用名為五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的拓?fù)?結(jié)構(gòu)存儲 CAD 模型的拓 撲結(jié)構(gòu)信息。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括五個(gè)階層，即裝配、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面和細(xì)分曲 面。首先，建立三個(gè)表用于實(shí)現(xiàn)五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由一個(gè)機(jī)構(gòu)組件表、一個(gè)零件表和 一個(gè)表面表組成。然后，通過使用 CAD 擴(kuò)展法將每一個(gè)階層的信息從 CAD 系統(tǒng)中提取出 來存入相應(yīng)階層中。 3. 關(guān)于裝配信息，這里將采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)。建立包括配合表和公差表在內(nèi)的兩類 表。裝配信息（包括配合信息和公差信息）通過采用 CAD 擴(kuò)展法提取出 CAD 系統(tǒng)信息， 然后存入相應(yīng)表中。 4.裝配信息、幾何信息和拓?fù)湫畔⒉皇仟?dú)立存在的，相反，它們之間相 互關(guān)聯(lián)相互 作用。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的關(guān)鍵部分，它起到連接幾何信 息和裝配信息的橋梁作用，幾何信息和裝配信息都與五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，并且共享信 息。構(gòu)造表面概念后，一個(gè)表面將會被當(dāng)做一個(gè)執(zhí)行虛擬裝配操作的基本單元。 4對原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法的認(rèn)識 4.1 軟件平臺 為了實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)化， SolidWorks 被選為裝配模型的平臺， WTK 被選 為構(gòu)造虛擬裝配系統(tǒng)的平臺， SQL 服務(wù)器被選為數(shù)據(jù)庫平臺， Visual C+被選為 theapplication 開發(fā)的平臺。 SolidWorks 向前擴(kuò)展法和 WTK 都選用 Visual C+做為一 個(gè)支持平臺， Visual C+可以消除它們之間的兼容性問題。 4.2 基于表面階層的幾何信息轉(zhuǎn)換 4.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)文件格式的選擇 原始數(shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面將 SolidWorks 模型的幾何信息寫 入對應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)文件并被輸入虛擬裝配系統(tǒng)中作為幾何結(jié)點(diǎn)。接著幾何實(shí)體在 WTK 顯 示機(jī)制的虛擬裝配中呈現(xiàn)出來。虛擬現(xiàn)實(shí)文件界面（例如：中性 , 3DS, WRL, DXF, 和 SLP 等等）用于從任何其他種類的 CAD 模型軟件中將幾何信息轉(zhuǎn)換成虛擬裝配。 雖然 WTK 支持很多虛擬現(xiàn)實(shí)格式，但只有 WRL 格式能將幾何信息從 SolidWorks 轉(zhuǎn)到虛擬裝配中， 但在實(shí)際運(yùn)用中， WRL 文件僅局限于 WTK 中。 1.在 WRL 文件中，雖然將 CAD 模型根據(jù)表面層次結(jié)構(gòu)分解成三角形的細(xì)分曲面，但 是那些表面并沒有定義，所以， WRL 文件沒有表面這一概念，導(dǎo)致 WTK 不能修改表面的 顏色和材料。因此，在虛擬裝配中，不能選中表面從而基于表面的裝配不能實(shí)現(xiàn)。 2.WTK 在變換結(jié)點(diǎn)的變革內(nèi)忽略比例系數(shù)（若有）。 WTK 在虛擬對象中不能執(zhí)行縮放 操作，所以在虛擬物體中不能根據(jù)虛擬裝配中的物體改變或做出 更多的不同大小的實(shí) 例。 3.WRL 文件中的虛擬對象僅有主體和細(xì)分曲面的概念，所以如果在每個(gè)細(xì)分曲面的 交叉點(diǎn)都進(jìn)行精確的碰撞檢測效率會很低。 WTK 的中性文件格式（ NFF），另一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)文件格式是將整體分散成三角形的細(xì) 分曲面。中性文件格式用 ASCII 碼寫成，是一個(gè)由 WTK 組成的中性文件格式。與 WRL 文 件相比，中性文件包括 WRL 文件的所有幾何信息。此外，在中性文件中如果每一 個(gè)表面 都被視為一個(gè)單獨(dú)的對象且由一個(gè)唯一的標(biāo)識標(biāo)識，那么表面信息就建立了。表面信息 是非常重要的，因?yàn)檠b配信息是基于表面信息的，裝配信息、拓?fù)湫畔?、和幾何信息?互關(guān)聯(lián)且都基于表面階層信息。此外，中性文件信息與 WTK 信息密切相關(guān)，所以它們在 虛擬裝配中沒有任何限制?？傊?，中性文件是用來儲存包括表面信息在內(nèi)的幾何信息的 最佳虛擬現(xiàn)實(shí)格式。 4.2.2 創(chuàng)建中性文件 雖然中性文件被選為存儲幾何信息的文件， SolidWorks 不能提供中性文件的輸出端 口，因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面在這里被開發(fā)。它提取由 SolidWorks 創(chuàng)建的 WRL 文件的信息， 并且將這些信息輸入相應(yīng)的中性文件中。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面運(yùn)用 CAD 向前擴(kuò)展法 輸入包括表面信息在內(nèi)的其它幾何信息到相應(yīng)中性文件中。圖 2 為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面的流程 圖 第一步，預(yù)處理是記錄離散點(diǎn)，即在兩個(gè)變量中存儲每個(gè)表面的三角形細(xì)分曲面交 點(diǎn)。第二步，文件起始，其中包括一些中性文件的識別信息（例如：中性的標(biāo)簽，中性 的版本號，位置角度，方向的觀點(diǎn)等等）。這些文件頭用來標(biāo)記中性文件。第三步，表 面的信息從 WRL 文件中提取并寫入相應(yīng)的中性文件。在這個(gè)階段，每一個(gè) CAD 模型的表 面被視為一個(gè)單獨(dú)的對象被連續(xù)編號。我 們還需要把預(yù)處理階段獲得的信息寫入到一個(gè) 相應(yīng)的中性文件中。然后，通過逐行閱讀從 WRL 文件中提取的信息將具體信息寫入到相 應(yīng)的中性文件中。這些信息包括一些離散點(diǎn)、坐標(biāo)值、標(biāo)準(zhǔn)的自動表面細(xì)分自動符號“ N”、 材料信息和表面細(xì)分信息等。每一個(gè)三角形細(xì)分表面都有一個(gè)獨(dú)立的身份和連續(xù)的編 號。最后，判斷是否是最后表面，如果不是，重復(fù)之前的過程，否則讀完這些 WRL 文件， 最后創(chuàng)建的中性文件。 在虛擬裝配中，包括細(xì)分曲面在內(nèi)的每個(gè)表面，中性文件加載到 WTK 的一個(gè)幾何節(jié) 點(diǎn)并且文檔中的所有對象都分別顯示在獨(dú)立的虛擬裝配中。在構(gòu)造五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后， 表面和細(xì)分曲面之間的聯(lián)系將會被最終確定。例如，改變表面的材料其相應(yīng)的細(xì)分曲面 材料也會隨之變化，同樣，改變表面的顏色其相應(yīng)的細(xì)分曲面顏色也會隨之變化。因此， 通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面我們可以把基于表面階層的幾何信息從 CAD 系統(tǒng) 轉(zhuǎn)到虛擬裝配系統(tǒng) 中。 4.3 拓?fù)湫畔⒌霓D(zhuǎn)化 拓?fù)湫畔⑹窃紨?shù)據(jù)分解和信息轉(zhuǎn)換方法的核心部分，因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)存儲了裝配 體、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面和細(xì)分曲面之間聯(lián)系且裝配信息和幾何信息與結(jié)構(gòu)是相關(guān)的。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由五個(gè)階層組成，即裝配體、機(jī)構(gòu)組件、零件、表面、細(xì)分 曲面。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，這五個(gè)層次之間存在以下關(guān)系：一個(gè)裝配體 是組件機(jī)構(gòu)的集合，一個(gè)組件機(jī)構(gòu)是零件的集合，一個(gè)零件是表面的集合，表面是的細(xì) 分曲面的集合。結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。換句話說，每個(gè)細(xì)分曲面僅對應(yīng)一個(gè)表面，每個(gè)表面 僅對應(yīng)一個(gè)零件 ，每個(gè)零件僅對應(yīng)一個(gè)組件機(jī)構(gòu)，每個(gè)組件機(jī)構(gòu)僅對應(yīng)一個(gè)裝配體。 為了構(gòu)建五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求在數(shù)據(jù)庫中建立三個(gè)表，即組件表、零件表、表面 表。在當(dāng)前的裝配體中，組件表是用來存儲組件機(jī)構(gòu)信息的，零件表是用來存儲當(dāng)前的 零件部分的信息，表面表是用來存儲當(dāng)前的表面信息。一個(gè)表面是由一系列的三角形細(xì) 分曲面構(gòu)成的。只有一個(gè)數(shù)字標(biāo)記每個(gè)裝配體、每個(gè)組件構(gòu)件、每個(gè)零件、每個(gè)細(xì)分曲 面。五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造了一個(gè)清晰的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成一個(gè)系統(tǒng)的體系框架。 4.4 裝配信息的轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面和 FHTS 使表面和細(xì)分曲面建立了相應(yīng)關(guān)系，通過 操作表面來轉(zhuǎn)化成 操作相應(yīng)的細(xì)分表面從而創(chuàng)建表面的概念。由于 CAD 系統(tǒng)是根據(jù)表面層次結(jié)構(gòu)來定義裝 配信息的，對零部件的裝配操作也基于表面的虛擬裝配系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，因此本文將討論 基于表面層次裝配信息的轉(zhuǎn)換。 在執(zhí)行裝配模擬過程、公差分析和路徑規(guī)劃等時(shí)，虛擬裝配系統(tǒng)使用程序集的信息 主要有兩種：配合信息和公差信息。為了把裝配信息從 CAD 系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)到虛擬裝配環(huán)境 下，在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)當(dāng)建立兩個(gè)表，即配合表和公差表。配合表用于存儲當(dāng)前 CAD 裝配體 的配合信息，公差表用來存儲公差信息。通過 SolidWorks 的 API 函數(shù)提取配合信 息和 公差信息。所有信息都基于表面層次結(jié)構(gòu)。 4.4.1 配合信息的轉(zhuǎn)換 配合信息包括以下內(nèi)容：配合裝置的名稱、配合裝置的種類、配合表面的名稱、配 合表面的種類、配合間隙和參照物等。在 SolidWorks 中，配合信息與配合、配合實(shí)體、 特征、面和表面相關(guān)。配合對象允許訪問各種裝配配合參數(shù)。配合對象允許訪問配合實(shí) 體的裝配定義。特征對象允許訪問特征類型、名稱、參數(shù)數(shù)據(jù)，并在特征管理器中訪問 設(shè)計(jì)樹的子信息。通過這些對象，我們獲得在特征管理器設(shè)計(jì)樹中的配合信息。 1.配合實(shí)體。在 SolidWorks 中，當(dāng)前裝配體的特點(diǎn)是通 過遍歷特征管理器樹獲得 的。如果當(dāng)前的特征是“配合組”子功能，那么相應(yīng)的實(shí)體是配合實(shí)體。一個(gè)“獲得配 合實(shí)體”配合對象的 API 函數(shù)是用來獲得當(dāng)前配合相關(guān)的配合實(shí)體。 2配合類型。 SolidWorks 中定義以下配合關(guān)系：垂直、相切、同軸、平行、距離、 角度、對稱等。 配合實(shí)體的配合類型是通過一個(gè)特征對象“獲得類型名稱”的 API 函數(shù)來獲得的。 3配合表面的名稱和特性。首先，一個(gè)配合實(shí)體對象的 API 函數(shù)（獲得零件名稱） 用來獲取配合面的名稱。然后通過一個(gè)面（獲得面）的 API 函數(shù)，我們可以得到相關(guān)的 配合實(shí)體面的特性。 4配合表面的類型。原則上只有常規(guī)形狀表面（如圓柱、平面、圓錐、球等）可 以被視為一個(gè)參考面。以下的表面對象的 API 函數(shù)是用來判斷表面是圓柱形、平面、圓 錐或球形，即“是否圓柱”、“是否平面”、“是否圓錐”、“是否球形”等。這些面的參數(shù) 可以通過其他 API 函數(shù)的面對象來獲得。 5配合間隙。配合間隙與拖拉操作對象相關(guān)。它的屬性“間隙”是用來獲得配合 間隙的。配合間隙以及它的大小儲存在配合表中。 6參考功能。一些配合信息定義有一定的參考功能，例如：一個(gè)參考軸、參考平 面等幾何參考、特征對象的 API 函數(shù)是用來獲得這些 功能的參數(shù)。例如，一個(gè)軸用來表 示使用的起點(diǎn)和方向向量。此參數(shù)的信息通過使用參考軸對象和參考面對象的 API 函數(shù) 獲得。 4 2 2 公差信息的轉(zhuǎn)化 公差包括幾何公差和尺寸公差，它們對于裝配工藝是非常重要的。公差信息與物體 的尺寸有關(guān)。公差信息包括公差值、公差類型、最小值、最大值、公差相關(guān)表面等。它 是通過使用實(shí)體尺寸的 API 函數(shù)即“獲得公差配合值”、“獲得公差類型”、“獲得公差值” 來獲取信息并將其存儲在公差表中。 5、應(yīng)用 在 SolidWorks 中創(chuàng)建一個(gè)裝配體，如圖 4 所示。裝配體只有一個(gè)部件，其中包括 七個(gè)零件： 基座 -1，夾具 -1，夾具 -2，轉(zhuǎn)動件 -1，連接器 -1 和工件 -1。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面 是用來將裝配體的幾何信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的中性文件的。首先，我們使用 SolidWorks 的 翻譯界面創(chuàng)建七個(gè) WRL 文件。 SolidWorks 向前擴(kuò)展法用來把 WRL 文件包括表面信息在 內(nèi)的幾何信息轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的中性文件。其次，構(gòu)造一個(gè)組件表、零件表、面表從而建立 五階層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在其中存儲裝配體的拓?fù)湫畔?。最后，配合表及公差表?gòu)造用于存 儲裝配信息， SolidWorks 的 API 函數(shù)是用來編寫對應(yīng)信息到數(shù)據(jù)庫中。 為了驗(yàn)證原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方 法，虛擬裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（操作界面如圖 5）被 開發(fā)使用。裝配信息樹，如圖 5 的左邊部分所示，使用一個(gè)層次結(jié)構(gòu)管理虛擬裝配系統(tǒng) 的幾何信息、拓?fù)湫畔⒁约把b配信息。樹的根節(jié)點(diǎn)是主要的裝配節(jié)點(diǎn)，它包括七個(gè)部分。 每個(gè)部分由許多表面（這里僅列出了軸 1 的表面）組成。 “材料組”的節(jié)點(diǎn)包括裝配 體的配合信息（配合類型、配合實(shí)體等）。公差信息存儲在公差表中這里沒有列出來。 圖 6到圖 8給出了選擇根節(jié)點(diǎn)、零件以及表面的例子。這三個(gè)相比較，得出的結(jié)論是 WTK 構(gòu)建是基于表面層次結(jié)構(gòu)的幾何信息，這在 WTK 中很有效。表面的概念已經(jīng)在 WTK 中被構(gòu) 造，所以我們可以在虛擬裝配中自如的操作基于表面層次機(jī)構(gòu)的實(shí)體并改變它的 顏色以及材質(zhì)。這些操作效果很明顯，幾何信息的顯示效果也是完美的。 配合的例子如圖 9所示。與基座 1和轉(zhuǎn)動件 1相關(guān)的兩個(gè)配合在 WTK 中展示出來。它 們的距離 5和中心 8如圖 9所示。公差信息存儲在公差表中，它與配合或裝配體相關(guān)。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證虛擬裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配合信息和公差信息， WTK 的裝配仿真如圖 10 所示。一個(gè)數(shù)據(jù)套用于夾緊工件（工件 1）并將它固定在另一工件（基座）上。在配合 表中存在兩個(gè)配合關(guān)系，即中心 8和距離 5。中心 8與表面 57和另一表面 103都是圓柱形且 同軸的。起點(diǎn)和兩軸的方向信息都存儲在數(shù)據(jù)庫中。距離 5與表面 52和名為 123的另一面 相關(guān)，這兩者都是平面。兩個(gè)表面是平行的，它們之間的距離是零。在圖 10的底部的輸 出窗口是用來觀察這兩個(gè)工件當(dāng)前制束的。觀察中心 8的角度和距離的兩個(gè)中心軸面 57 和面 103之間實(shí)現(xiàn)。觀察距離 5實(shí)現(xiàn)觀察 52面和 123面兩個(gè)法線之間的角度和距離。當(dāng)這 些角度和距離在公差表中相應(yīng)的公差范圍內(nèi)時(shí)，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)便正確安裝了。圖 10顯示了 兩個(gè)平行軸和兩個(gè)平行法線。 6.結(jié)論 從 CAD 模型信息到虛擬環(huán)境的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)分解和信息 翻譯方法（ DDTIM）已 經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，具體操作方法也已經(jīng)給出了。 原始數(shù)據(jù)分解和信息翻譯方法分解 CAD 模型的 信息分為三個(gè)部分：幾何信息、拓?fù)湫畔⒑脱b配信息。本文是通過一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面轉(zhuǎn) 換幾何信息的，表面的一個(gè)重要概念在本節(jié)中創(chuàng)建。通過構(gòu)建基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的五個(gè)層 次的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換拓?fù)湫畔?。在本?jié)中，建立了三個(gè)表，即組件表、零件表、和表面表。 裝配信息也通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)轉(zhuǎn)換。包括配合表和公差表的兩個(gè)表被構(gòu)造，配合信息和公 差信息存儲在相應(yīng)的表中。 SolidWorks 的向前擴(kuò)展法，在每個(gè)階段都起著重要的作用。 幾何信息、拓?fù)湫?息、裝配信息之間互相作用，形成一個(gè)有機(jī)的體系。最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)性 的虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā)出來，用以進(jìn)一步證明裝配信息轉(zhuǎn)化并驗(yàn)證轉(zhuǎn)化信息和裝配仿是否 真的實(shí)行。結(jié)果顯示以上方法效果極好，信息轉(zhuǎn)換得恰到好處，證明原始數(shù)據(jù)分解和信 息翻譯方法是將 CAD 系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)換到虛擬環(huán)境系統(tǒng)一個(gè)較好的方法。