基于MBD的零件仿真信息三維標(biāo)注方法研究*

謝宏成,曹文鋼,姜 康

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

基于MBD的零件仿真信息三維標(biāo)注方法研究*

謝宏成,曹文鋼,姜 康

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

MBD技術(shù)能對零件仿真信息進(jìn)行完整的數(shù)字化定義,提出了基于MBD的零件仿真信息三維標(biāo)注方法。將零件仿真信息進(jìn)行分類與整理,設(shè)計(jì)了各種MBD仿真信息符號,并通過編程實(shí)現(xiàn)對零件三維標(biāo)注信息的自動(dòng)表達(dá)。

MBD;仿真信息;符號;三維標(biāo)注;自動(dòng)表達(dá)

0 引 言

MBD,基于模型的定義(Model Based Definition)彌合了三維模型直接用于制造的間隙。實(shí)際上, MBD是一種基于3D的產(chǎn)品數(shù)字化標(biāo)注技術(shù),它采用三維數(shù)字化模型對產(chǎn)品數(shù)字化信息的完整描述[1]。這項(xiàng)技術(shù)由波音公司率先應(yīng)用于飛機(jī)制造上,并且收到了顯著的成果,這才有了新一代數(shù)字化模型的定義。MBD技術(shù)是最近幾年在國內(nèi)慢慢發(fā)展起來,我國的MBD技術(shù)隨著越來越多人力物力的投入也日趨成熟。其核心思想是:全三維基于特征的表述方法,基于文檔的過程驅(qū)動(dòng)使用人員僅需一個(gè)數(shù)模即可獲取全部信息,減少了對其他信息系統(tǒng)的過度依賴,使設(shè)計(jì)/制造廠之間的信息交換可不完全依賴信息系統(tǒng)的集成而保持有效連接。產(chǎn)品信息種類繁多主要包括設(shè)計(jì)信息、工藝信息、仿真信息等。本文主要討論的是產(chǎn)品的仿真信息三維標(biāo)注方法[2]。隨著CAD與CAE技術(shù)的平行發(fā)展,二者的結(jié)合也越來越緊密。因此現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展過程中,CAD/CAE技術(shù)漸漸成為了制造業(yè)中的主流技術(shù)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品CAE仿真分析過程繁瑣,包括CAE前期處理,中期處理和后期處理。尤其是前期處理模型的構(gòu)建,約束的施加,網(wǎng)格的劃分都占據(jù)了仿真分析人員的大量時(shí)間。CAD/ CAE轉(zhuǎn)換接口能夠?qū)崿F(xiàn)二者的過度銜接。筆者將討論CAD/CAE轉(zhuǎn)換接口實(shí)現(xiàn)的前期環(huán)節(jié)即在Proe上實(shí)現(xiàn)仿真信息的三維標(biāo)注。

1 Proe模型構(gòu)建

為了讓讀者在了解仿真信息標(biāo)注方法的同時(shí)又能使標(biāo)注符號清晰明確,因此采用帶有簡單特征的桿狀零件。如圖1所示。

圖1 桿狀零件圖

2 仿真信息分類

CAE仿真分析之所以費(fèi)時(shí)費(fèi)力,因?yàn)橐紤]的因素繁多,且不同情況下CAE的分析處理也不盡相同。但無論零件所受的環(huán)境影響如何,不外乎以下幾種情況分別為:尺寸,公差,約束,力,力矩,位移,裝夾,材料和載荷。

從以上幾方面來對CAE仿真分析信息加以說明。其中尺寸信息是最基本的信息,它反應(yīng)了零件的整體結(jié)構(gòu),是保證分析有效性的前提,因此我們應(yīng)率先保證此類信息的標(biāo)注準(zhǔn)確性,其標(biāo)注方法與傳統(tǒng)三維零件標(biāo)注基本相同。接下來是公差信息,它主要影響零件的配合精度,形位公差符號由形位公差手冊查得,標(biāo)注方法與在二維圖紙上標(biāo)注類似。約束信息是CAE仿真分析中一種比較常見的信息,尤其是固定約束與位置約束,在其他零件 MBD信息中很少見[3]。它們的三維標(biāo)注符號與使用方式將在后面加以說明。力與力矩在MBD三維標(biāo)注中又有其特殊性,尤其是力的種類繁多像分布力、集中力等都有不同的三維表達(dá),在后文中將加以體現(xiàn)。位移體現(xiàn)了零件在某個(gè)方向的移動(dòng),其包含了方向、速度、加速度三個(gè)方面信息,其三維標(biāo)注也將從這三個(gè)方面入手體現(xiàn)零件的位移信息。裝夾信息多體現(xiàn)零件的可加工性,仿真分析時(shí)很少涉及,因此這里只略帶說明。材料信息在CAE仿真分析中所占的比重很小且在仿真分析中很容易解決,所以這里不將其三維標(biāo)注放在Proe中解決,而是在CAE處理軟件中自行解決,這樣更能提高CAD/CAE結(jié)合的效率,減少工作人員的時(shí)間。

3 仿真信息符號

將著重討論上文提到的9類仿真信息的標(biāo)注符號與方式。以圖1所給的模型為例,首先是尺寸信息,如圖2所示,由圖可以看出其標(biāo)注方法與三維零件尺寸標(biāo)注類似。尺寸線、尺寸界線、箭頭以及字體的高度都與二維圖紙中的國標(biāo)相同,其中尺寸線與尺寸界線標(biāo)注規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4458.4-2003)。字體標(biāo)注規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)GB2312,標(biāo)注所用線條標(biāo)注規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4457.4-2001)。

公差在三維圖上的標(biāo)注方法與在二維圖上標(biāo)注類似,形狀公差標(biāo)注規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4458.5-2003),位置公差標(biāo)注規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4458.5-2003)。由于CAE仿真分析很少涉及到對公差提出硬性要求,因此這里將不以圖例的形式展出而是以國家標(biāo)準(zhǔn)的形式給出。約束在仿真分析時(shí)比較常見,常見的約束有位置約束、固定約束、水平約束、垂直約束、平行約束等。其中尤以位置約束與固定約束比較常見,位置約束符號由三角圖形符號與方位數(shù)值組成,其中等邊三角圖形的上頂點(diǎn)代表位置約束方向,下方是方位數(shù)值,它由三部分組成,第一部分是字母符號,文章采用U表示。第二部分是數(shù)值,第三部分是單位。固定約束由三個(gè)正三角形組成,代表三個(gè)方向同時(shí)被約束,即固定[4]。位置約束與固定約束一般標(biāo)注在零件底部來與其它仿真信息進(jìn)行區(qū)分。所有零件都會受到力或力矩的影響,零件所受力的種類不同時(shí)CAE分析結(jié)果也大不相同,為此必須對零件所受力的種類進(jìn)行分類其中集中力一般標(biāo)注在零件表面上,箭頭指示作用點(diǎn),數(shù)值部分由三部分組成分別是符號、數(shù)值與單位[5]。為了使標(biāo)注符號能夠顯得更加清晰體力一般標(biāo)注在零件實(shí)體一側(cè),箭頭代表體力方向,數(shù)值部分同樣由三部分組成。分布力分為兩種,一種是漸變式分布力,另一種是函數(shù)分布力。漸變式分布力的數(shù)值部分由符號、初始值、遞增(或遞減)值、單位組成。函數(shù)分布力數(shù)值部分則由幅值符號、幅值、單位、相位符號、相位值組成[6]。這兩種分布力都標(biāo)注在零件表面。扭矩符號數(shù)值部分由符號、數(shù)值、單位組成。其一般標(biāo)注在零件外側(cè)頂部,來顯示零件所受扭矩方向。位移信息同樣也分為三種,分別是位移、速度、加速度。為了清楚表達(dá)零件仿真信息三維標(biāo)注符號,位移、速度、加速度符號一般標(biāo)注在零件實(shí)體外側(cè)與體力符號標(biāo)注類似[7]。它們的數(shù)值部分也是由三部分組成,分別是符號、數(shù)值與單位。裝夾與材料信息在第二節(jié)中已經(jīng)進(jìn)行了說明這里不再綴余。這里所說的載荷信息是指零件所受沖擊與交變載荷等復(fù)雜載荷。這里不單獨(dú)列出其仿真信息三維標(biāo)注符號是因?yàn)楫?dāng)零件受到復(fù)雜載荷影響時(shí),其相應(yīng)物理量必然發(fā)生改變[8-9]。比如說位移、速度、加速度發(fā)生改變,因此此類信息的三維仿真標(biāo)注可歸結(jié)到位移信息標(biāo)注里。至此基于MBD仿真信息三維標(biāo)注方法已全部說明,下面給出整體標(biāo)注完成實(shí)例如圖3所示。

圖2 尺寸標(biāo)注圖

圖3 仿真信息標(biāo)注圖

4 標(biāo)注窗口

MBD仿真信息的自動(dòng)標(biāo)注是基于Proe的二次開發(fā),這里是通過C++編程語言在Visual Studio編程環(huán)境上實(shí)現(xiàn)零件仿真信息的自動(dòng)標(biāo)注,標(biāo)注窗口如圖4。標(biāo)注窗口實(shí)現(xiàn)了仿真信息的清楚表達(dá),部分編程代碼如圖5所示。

圖4 標(biāo)注窗口圖

圖5 代碼圖

5 結(jié) 語

主要研究了CAD/CAE仿真分析的前期部分即MBD仿真信息的三維標(biāo)注。通過對影響仿真分析的各類信息進(jìn)行研究,給出了仿真信息三維標(biāo)注符號與方法。這將為通過CAD模型的導(dǎo)入來實(shí)現(xiàn)CAE前處理模型的自動(dòng)構(gòu)建提供幫助。

[1] 周秋忠,查浩宇.基于三維標(biāo)注技術(shù)的數(shù)字化產(chǎn)品定義方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2011(1):33-36.

[2] 潘康華.基于MBD的機(jī)械產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究[D].北京:機(jī)械科學(xué)研究總院,2012.

[3] 潘康華.MBD技術(shù)的發(fā)展歷程與展望[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2013(2):15-17.

[4] 將向前.現(xiàn)代產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范國際標(biāo)準(zhǔn)體系[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2004,40(12):133-138.

[5] 程五四,陳興玉,張祥祥,等.面向三維工藝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造信息三維標(biāo)注研究[J].現(xiàn)代設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù),2012(17):51-55.

[6] 周秋忠,范玉青.MBD技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用[J].航空維修與工程,2008(3):55-57.

[7] Model-based manufacturing.http://www.model-based-enterprise.org,2010.

[8] 盧 鵠,于 勇,楊五兵,等.飛機(jī)單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源集成模型研究[J].航空學(xué)報(bào),2010,37(4):836-84.

[9] 丘宏俊.基于知識的飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)關(guān)健技術(shù)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2006.

Research on 3D Annotation Method of Simulation Information of Parts Based on the MBD

XIE Hong-cheng,CAO Wen-gang,JIANG Kang
(School of Mechanical and Automotive Engineering,Hefei University of Technology,Hefei Anhui 230009,China)

The MBD technology can give the complete digital definition to the simulation information of parts;3D annotation method of simulation information of parts based on the MBD is proposed in this paper.Through classification and sorting of the parts′simulation information,variety of the simulation information symbols are designed,and the automatic expression of the parts′3D annotation information is completed through the programming.

MBD;simulation information;symbol;3D annotation;automatic expression

TP371.51

A

1007-4414(2015)05-0005-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.002

2015-06-29

謝宏成(1991-),男,安徽宣城人,研究方向:CAD/CAM。