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数控彩显玻壳屏压机参数化设计及虚拟装配

数控彩显玻壳屏压机参数化设计及虚拟装配 2011年12月09日 来源： 一、引言 数控彩显玻壳屏压机是电视机、电脑、医疗行业和电子检测行业仪器上的显象管玻壳压制生产的关键设备。世界上著名的彩显玻壳屏压机生产厂家有美国的康宁公司、林奇公司，日本的NEG公司、三菱重工和旭硝子株式会社。过去的若干年里，我国深圳、咸阳、上海、成都、安阳、石家庄、大连和天津玻壳制造厂的设备大都引进自上述几家公司。自1986年以来，沈阳中捷摇臂钻床厂在数控彩显玻壳屏压机的生产制造方面经历了合作生产——安装调试——项修、大修——改进设计——自行设计开发小型机——走向系列化、产业化批量生产的过程。现在，该厂已是继美国和日本之后，代表中国自主设计生产数控转台式彩显玻壳屏压机的国际第三大制造商，可以生产具有自主知识产权的14～38英寸彩显和背投电视机玻壳数控转台式屏压机，并开始为诸如国际最大的彩电玻壳制造基地安玻集团等企业提供高质量的系列装备和优质服务，产品的技术水平也已经达到了当代国际先进水平。 随着IT行业市场竞争的日趋激烈，为了满足市场对更大、效率更高的彩显玻壳屏压机的需求和用户对产品供货周期的要求，沈阳中捷摇臂钻床厂在不断改进制造工艺和设备的同时，在设计方面又引进了先进的三维CAD/CAE技术，从而进一步加快了企业系列化产品开发的速度，并提高了设计质量，满足了市场的需要。本文是对PY14型数控彩显玻壳屏压机应用SolidWorks三维设计软件和COSMOS有限元分析软件进行参数化设计和虚拟装配设计工作的介绍。 二、零件3D参数化设计技术 1.3D参数化设计的基本思想 机械产品的3D设计主要包括产品零件的3D建模与设计、虚拟装配与干涉检查、关键零部件的结构有限元分析与优化、2D工程图的转换和参数标注等。三维参数化设计软件的思想是零件尺寸的参数驱动，即我们在设计零件之初只要给出零件外形轮廓（零件设计尺寸变量D、R、X），后续只需通过简单的表达式来给变量赋值，定义几何尺寸。几何尺寸也可以以变量的形式出现在表达式中以驱动其他几何尺寸，也就是说SolidWorks不仅记录了建模过程中的尺寸定义，而且将整个建模过程中的特征操作完整地记录下来，只需给尺寸变量赋值就可以实现模型更新。当然，参数化设计也是要遵循一定规律的，并不是针对任何零部件都可以进行参数化设计，只有结构尺寸相对标准化、系列化，国标或厂标对其有准确描述的零件才可以进行参数化设计。例如屏压机中所使用的各种垫片、锁紧螺母、轴承以及气缸等部件就完全可实现参数化设计，因其在14～38英寸全系列屏压机中的结构外形没有改变，只是几何尺寸有相应改变。 2.基于SolidWorks的零件库二次开发 虽然SolidWorks给我们提供了强大的三维设计手段，但它却是一款通用性软件，因此针对一些专业性要求较高的应用层面就略显不足了。欲使3D设计软件真正提高产品的设计效率，企业不仅要有相关的标准零件库，还要有基于产品典型零部件的企业自定义零件库。设计者只有拥有了上述两类零件库，才能够快速而有效地实现产品的3D设计。 通常，标准零件库主要由软件供应商开发，而企业的自定义零件库则多由企业自行开发或与相关科研单位联合开发完成。在本项目研究中，为实现屏压机的3D设计，企业通过产学研合作，以SolidWorks软件为平台，进行了针对屏压机产品的产品自定义零件库的二次开发。 SolidWorks软件预留有API接口，它支持多数流行的编程语言，如VB、VC++等。该企业采用VC++对典型产品零件进行了参数化设计二次开发，包括人机交互和编程实现。所谓人机交互就是指通过建立合理的人机界面和参数选择方式，以外部输入的方式来获取建模所需参数，利用设计变量赋值的改变实现模型更新，如图1所示。编程实现即完全由程序控制来实现从VC++到应用程序的调用以及参数的调用。后者相对复杂但可以实现较复杂零件的参数化设计目的。 图1 人机界面方式生成零件 需要强调的一点是参数化过程中初始参数的选择一定要得当，尤其是一些相对复杂的非标件，否则会造成需要输入十几个甚至几十个初始参数的尴尬局面，这也提示我们参数化设计的对象并非任意选择的。 三、基于特征的产品虚拟装配设计 对PY系列屏压机产品的虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）过程（见图2），即在计算机上对已经建立的产品零件按照产品的装配关系完成部件和整机的三维装配模型，在此基础上应用软件提供的功能，进行装配零件之间的动、静态干涉检查。一旦发现设计不合理之处及时调整与修改设计图纸，从而可缩短产品制造与装配生产过程的时间，降低产品的装配成本，提高设计质量。在本产品的3D设计与虚拟装配过程中，发现原二维AutoCAD设计图纸在管路设计上存在严重的干涉现象，通过在3D虚拟装配图中对个别管路位置进行调整，可有效地解决管路的干涉问题。 图2 虚拟装配设计流程图 1. 确定装配层次 装配层次是指屏压机总装配体的子装配体

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