CN101082993A - 一种数字化机械设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种设计精确、效率高的数字化机械设计方法。本发明数字化机械设计方法是基于先进的CAD软件平台完成零部件三维建模，通过虚拟装配，形成数字样机，通过对数字样机的性能分析与优化，实现纵向轴流联合收割机的结构优化设计，按照优化后的数字样机的三维模型进行零件加工生产。本发明的积极效果是采用数字化设计技术，结合知识工程、虚拟设计和协同设计等研究，在计算机上完成产品的开发，通过对产品模型的分析，产品方案设计，在数字状态下进行产品的虚拟试验和制造。能够实现精确设计，极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具和生产准备时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械设计方法，尤其是一种数字化机械设计方法。
背景技术
目前机械制造企业大多采用沿袭多年的仿制和经验进行结构设计，由设计人员根据头脑中的三维模型绘制零件二维工程图，再由生产人员根据二维工程图在头脑中还原成三维模型，进行加工生产，这一过程不仅容易导致设计信息传递的失误，导致废品的产生，同时也导致生产周期的延长。在样机零件加工生产完成后，进行装配和性能实验，在这一过程中无论哪一环节出现错误或者不满足设计条件，都要返回到设计人员处进行修改。在最终样机确定前，“设计-加工-测试”这一过程往往需要多次反复，这无疑会使成本增加，产品上市周期延长。随着技术进步和市场竞争的日益激烈，产品的技术含量和复杂程度在不断增加，而产品的生命周期日益缩短。因此，新产品的开发和上市周期就成为企业形成竞争优势的重要因素。
目前联合收割机的设计方法通常如下：由设计人员根据设计要求从已有的设计中选择相近的产品，修改结构参数以适应当前要求。该种设计方法的缺陷是：在确定结构参数时很大程度依赖设计人员的经验，具有很大的随意性，对于设计结果的优劣只能等产品样机试制后进行试验得知。
现有的研究轴流脱粒装置，大多沿用卢里耶等提出的切流脱粒理论基本公式，其将脱粒空间内谷物的运动速度默认为等同于滚筒的圆周速度，而实测的谷物平均运动速度仅为滚筒圆周速度的20％～30％；另外假设谷物在脱粒空间内从入口到出口运动时质量保持不变，而实际生产中，随着轴流脱粒过程的进行，占谷物质量很大部分的籽粒不断地从凹板分离出去，因此基于质量不变的思想建立的数学模型缺乏说服力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种设计精确、效率高的数字化机械设计方法。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明数字化机械设计方法，其特征在于包括如下步骤：
A、利用计算机把组成机械产品的各个零件分别进行三维建模；
B、根据各零件的结构及各零件之间的位置关系、装配关系将上述各三维模型进行虚拟装配，形成虚拟产品模型；
C、检查虚拟产品模型中各个三维模型之间的装配关系是否完全符合要求，如果完全符合要求则形成数字样机，如果不完全符合要求，则针对不符合要求的三维模型进行修改，重新进行建模、虚拟装配，直至符合要求、形成数字样机为止；
D、按照数字样机中的三维模型进行零件加工。
优选地，在步骤C之后，还包括对数字样机进行虚拟试验，并根据试验结果进行零件三维建模的修正步骤。
优选地，所述步骤A中，三维建模步骤包括：在CAD软件平台Pro/ENGINEER wildfire上进行零部件模型的三维建模；更优选地，所述三维建模步骤中，对于形状规则的零件，采取Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Toolkit模块提供的特征描述法来自动建模；对于标准件，利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能进行参数化建模；对于形状不规则的非标准零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的基础特征造型功能结合工程特征造型功能来实现零件进行三维建模。
其中所述机械产品为联合收割机，其中步骤A是将组成联合收割机的拨禾轮、切割器、风扇、喂入搅龙、倾斜输送器、驾驶室、轴流滚筒、前桥、螺旋输送器、凹板、粮箱、顶盖、籽粒搅龙、下筛、杂余搅龙、籽粒滑板、杂余滑板、滑板、上筛、排草轮、尾筛分别进行三维建模。
所述步骤B中，基于联合收割机级连层次单元装配结构，对各级连层次单元中的组成零部件之间的装配关系进行分析，归结为定位关系、联接关系和运动关系三类，分别对应各子装配体、总装配体之间的装配关系并进行虚拟装配，形成虚拟产品模型。
所述步骤C中，对虚拟装配形成的虚拟产品模型进行静态干涉检查及运动干涉检查，对于检查过程中发现的干涉情况通过修改装配关系或者修改零件模型尺寸加以修正。
运用Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Mechanism模块和Pro/Mechanica模块对运动部件进行运动分析，获得部件的运动状态特性，以及运用动力学仿真软件ADAMS对振动筛进行动力学分析并优化，获得满足清选要求的最佳振动筛结构。
(三)有益效果
本发明数字化机械设计方法的优点和积极效果是：本发明采用数字化设计技术，结合知识工程、虚拟设计和协同设计等研究，在计算机上完成产品的开发，通过对产品模型的分析，产品方案设计，在数字状态下进行产品的虚拟试验和制造。能够实现精确设计，极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具和生产准备时间，同时提高了工作效率，降低了劳动强度。
附图说明
图1为本发明数字化机械设计方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明本发明所述的数字化机械设计方法的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。
参见图1。本发明数字化机械设计方法包括如下步骤：
A、利用计算机把组成机械产品的各个零件分别进行三维建模；
B、根据各零件的结构及各零件之间的位置关系、装配关系将上述各三维模型进行虚拟装配，形成虚拟产品模型；
C、检查虚拟产品模型中各个三维模型之间的装配关系是否完全符合要求，如果完全符合要求则形成数字样机，如果不完全符合要求，则针对不符合要求的三维模型进行修改，重新进行建模、虚拟装配，直至符合要求、形成数字样机为止；
D、按照数字样机中的三维模型进行零件加工。
下面以联合收割机为例说明本发明所述的数字化机械设计方法，其包括如下步骤：
1.在先进的CAD软件平台Pro/ENGINEER wildfire将组成联合收割机的拨禾轮、切割器、风扇、喂入搅龙、倾斜输送器、驾驶室、轴流滚筒、前桥、螺旋输送器、凹板、粮箱、顶盖、籽粒搅龙、下筛、杂余搅龙、籽粒滑板、杂余滑板、滑板、上筛、排草轮、尾筛等零部件分别进行三维建模。具体分为：
A、对于形状规则的零件，如轴流滚筒这类回转体零件、机架这类的拉伸体零件、搅龙这类的扫描体零件，采取Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Toolkit模块提供的特征描述法来自动建模。
B、对于螺钉、螺母类标准件，用户可以利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能进行参数化建模。将事先定义好模型(在表格中称之为CENERIC)零件的可供驱动的尺寸参数、特征、模型等放入表格中。用户在表格中输入参数值就可以创建1个新的零件(在表格中称为INSTANCE零件)。
C、对于形状不规则的非标准零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的拉伸、旋转、扫描、混合等基础特征造型功能结合孔、倒角、抽壳、肋、拔模等工程特征造型功能来实现零件三维建模。
2.基于联合收割机级连层次单元装配结构，对各级连层次单元中的组成零部件之间的装配关系进行分析，归结为定位关系、联接关系和运动关系三类，分别对应各子装配体、总装配体之间的装配关系并进行虚拟装配，形成虚拟产品模型。
3.对虚拟装配形成的虚拟产品模型进行静态干涉检查及运动干涉检查，对于检查过程中发现的干涉情况通过修改装配关系或者修改零件模型尺寸加以修正。
4.运用Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Mechanism模块和Pro/Mecha-nica模块对拨禾轮、搅龙、轴流滚筒等运动部件进行运动分析，获得部件的运动状态特性，以及运用动力学仿真软件ADAMS对振动筛进行动力学分析并优化，获得满足清选要求的最佳振动筛结构。
采用数字化对机械产品进行设计，使得在产品开发的不同阶段运用数字化模型描述产品，并对产品进行设计、开发、评价、修改。利用计算机进行三维建模，把联合收割机的结构和零件全部用三维实体描述出来，并且把各种技术要求、设计说明、材料公差等非几何信息以及各结构之间的相对位置表示清楚，在此基础上进行虚拟装配，检查零部件之间是否发生干涉以及它们之间的间隙，排除某些设计的不合理性，最终形成联合收割机数字样机。数字样机作为制造依据，能够实现精确设计，极大限度减少了工程更改，节省了大量工装模具和生产准备时间。机械零件是通过数字化模型来表达的，各阶段共享模型数据，因此在联合收割机产品设计同时，可进行CAE分析计算、工装设计、工艺设计、可制造性分析，并可借助于网络技术进行数字化传递，实现资源共享，为并行工程创造条件。与传统的设计方法相比，采用三维数字化设计不仅使联合收割机几何形状得以直观显示，而且被赋予物理属性的三维模型可以为其后进行的设计分析、验证、模拟与仿真提供保障。
本发明基于数字化设计方法，基于变质量***的基本原理提出的谷物在轴流脱粒空间内的运动模型为基础，采用数字化设计技术对纵向轴流联合收割机进行设计，通过对三维数字化产品模型的分析和测试，在数字状态下进行产品的虚拟试验和制造，并导入最优化模块，在短时间内完成新型纵向轴流联合收割机产品方案设计。
本发明的方法基于数字化平台，采用Top-Down设计模式，先构建新型纵向轴流联合收割机整机的设计总体布局，然后细化各个组件，最后完成各个零件。在设计组件时，进行虚拟装配，考察组件之间、组件与零件是否发生干涉，对发生干涉部分进行调整。在设计零件时，通过联合收割机产品零件数字化模型，进行CAE分析计算、工装设计、工艺设计、可制造性分析，获得最优设计结果。由产品零件的数字化模型，自动生成零件三视图或者数控加工代码，用于零件的生产和加工。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种数字化机械设计方法， 其特征在于包括如下步骤：
A、利用计算机把组成机械产品的各个零件分别进行三维建模；
B、根据各零件的结构及各零件之间的位置关系、装配关系将上述各三维模型进行虚拟装配，形成虚拟产品模型；
C、检查虚拟产品模型中各个三维模型之间的装配关系是否完全符合要求，如果完全符合要求则形成数字样机，如果不完全符合要求，则针对不符合要求的三维模型进行修改，重新进行建模、虚拟装配，直至符合要求、形成数字样机为止；
D、按照数字样机中的三维模型进行零件加工。
2、根据权利要求1所述的数字化机械设计方法，其特征在于在步骤C之后，还包括对数字样机进行虚拟试验，并根据试验结果进行零件三维建模的修正步骤。
3、根据权利要求1或2所述的数字化机械设计方法，其特征在于所述步骤A中，三维建模步骤包括：在CAD软件平台Pro/ENGINEER wildfire上进行零部件模型的三维建模。
4、根据权利要求3所述的数字化机械设计方法，其特征在于所述三维建模步骤中，还包括：对于形状规则的零件，采取Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Toolkit模块提供的特征描述法来自动建模；对于标准件，利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能进行参数化建模；对于形状不规则的非标准零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的基础特征造型功能结合工程特征造型功能来实现零件进行三维建模。
5、根据权利要求1所述的数字化机械设计方法，其特征在于所述机械产品为联合收割机，其中步骤A是将组成联合收割机的拨禾轮、切割器、风扇、喂入搅龙、倾斜输送器、驾驶室、轴流滚筒、前桥、螺旋输送器、凹板、粮箱、顶盖、籽粒搅龙、下筛、杂余搅龙、籽粒滑板、杂余滑板、滑板、上筛、排草轮、尾筛分别进行三维建模。
6、根据权利要求1或5所述的数字化机械设计方法，其特征在于所述步骤B中，基于联合收割机级连层次单元装配结构，对各级连层次单元中的组成零部件之间的装配关系进行分析，归结为定位关系、联接关系和运动关系三类，分别对应各子装配体、总装配体之间的装配关系并进行虚拟装配，形成虚拟产品模型。
7、根据权利要求1或5所述的数字化机械设计方法，其特征在于所述步骤C中，对虚拟装配形成的虚拟产品模型进行静态干涉检查及运动干涉检查，对于检查过程中发现的干涉情况通过修改装配关系或者修改零件模型尺寸加以修正。
8、根据权利要求3或5所述的数字化机械设计方法，其特征在于运用Pro/ENGINEER wildfire内嵌的Pro/Mechanism模块和Pro/Mechanica模块对运动部件进行运动分析，获得部件的运动状态特性，以及运用动力学仿真软件ADAMS对振动筛进行动力学分析并优化，获得满足清选要求的最佳振动筛结构。
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