專利名稱：一種數(shù)字化機械設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械設(shè)計方法，尤其是一種數(shù)字化機械設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
目前機械制造企業(yè)大多采用沿襲多年的仿制和經(jīng)驗進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，由設(shè)計人員根據(jù)頭腦中的三維模型繪制零件二維工程圖，再由生產(chǎn)人員根據(jù)二維工程圖在頭腦中還原成三維模型，進行加工生產(chǎn)，這一過程不僅容易導(dǎo)致設(shè)計信息傳遞的失誤，導(dǎo)致廢品的產(chǎn)生，同時也導(dǎo)致生產(chǎn)周期的延長。在樣機零件加工生產(chǎn)完成后，進行裝配和性能實驗，在這一過程中無論哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤或者不滿足設(shè)計條件，都要返回到設(shè)計人員處進行修改。在最終樣機確定前，“設(shè)計-加工-測試”這一過程往往需要多次反復(fù)，這無疑會使成本增加，產(chǎn)品上市周期延長。隨著技術(shù)進步和市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的技術(shù)含量和復(fù)雜程度在不斷增加，而產(chǎn)品的生命周期日益縮短。因此，新產(chǎn)品的開發(fā)和上市周期就成為企業(yè)形成競爭優(yōu)勢的重要因素。
目前聯(lián)合收割機的設(shè)計方法通常如下由設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計要求從已有的設(shè)計中選擇相近的產(chǎn)品，修改結(jié)構(gòu)參數(shù)以適應(yīng)當前要求。該種設(shè)計方法的缺陷是在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)時很大程度依賴設(shè)計人員的經(jīng)驗，具有很大的隨意性，對于設(shè)計結(jié)果的優(yōu)劣只能等產(chǎn)品樣機試制后進行試驗得知。
現(xiàn)有的研究軸流脫粒裝置，大多沿用盧里耶等提出的切流脫粒理論基本公式，其將脫?？臻g內(nèi)谷物的運動速度默認為等同于滾筒的圓周速度，而實測的谷物平均運動速度僅為滾筒圓周速度的20％～30％；另外假設(shè)谷物在脫?？臻g內(nèi)從入口到出口運動時質(zhì)量保持不變，而實際生產(chǎn)中，隨著軸流脫粒過程的進行，占谷物質(zhì)量很大部分的籽粒不斷地從凹板分離出去，因此基于質(zhì)量不變的思想建立的數(shù)學(xué)模型缺乏說服力。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計精確、效率高的數(shù)字化機械設(shè)計方法。
(二)技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟A、利用計算機把組成機械產(chǎn)品的各個零件分別進行三維建模；B、根據(jù)各零件的結(jié)構(gòu)及各零件之間的位置關(guān)系、裝配關(guān)系將上述各三維模型進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型；C、檢查虛擬產(chǎn)品模型中各個三維模型之間的裝配關(guān)系是否完全符合要求，如果完全符合要求則形成數(shù)字樣機，如果不完全符合要求，則針對不符合要求的三維模型進行修改，重新進行建模、虛擬裝配，直至符合要求、形成數(shù)字樣機為止；D、按照數(shù)字樣機中的三維模型進行零件加工。
優(yōu)選地，在步驟C之后，還包括對數(shù)字樣機進行虛擬試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果進行零件三維建模的修正步驟。
優(yōu)選地，所述步驟A中，三維建模步驟包括在CAD軟件平臺Pro/ENGINEER wildfire上進行零部件模型的三維建模；更優(yōu)選地，所述三維建模步驟中，對于形狀規(guī)則的零件，采取Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Toolkit模塊提供的特征描述法來自動建模；對于標準件，利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能進行參數(shù)化建模；對于形狀不規(guī)則的非標準零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的基礎(chǔ)特征造型功能結(jié)合工程特征造型功能來實現(xiàn)零件進行三維建模。
其中所述機械產(chǎn)品為聯(lián)合收割機，其中步驟A是將組成聯(lián)合收割機的撥禾輪、切割器、風(fēng)扇、喂入攪龍、傾斜輸送器、駕駛室、軸流滾筒、前橋、螺旋輸送器、凹板、糧箱、頂蓋、籽粒攪龍、下篩、雜余攪龍、籽?；?、雜余滑板、滑板、上篩、排草輪、尾篩分別進行三維建模。
所述步驟B中，基于聯(lián)合收割機級連層次單元裝配結(jié)構(gòu)，對各級連層次單元中的組成零部件之間的裝配關(guān)系進行分析，歸結(jié)為定位關(guān)系、聯(lián)接關(guān)系和運動關(guān)系三類，分別對應(yīng)各子裝配體、總裝配體之間的裝配關(guān)系并進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型。
所述步驟C中，對虛擬裝配形成的虛擬產(chǎn)品模型進行靜態(tài)干涉檢查及運動干涉檢查，對于檢查過程中發(fā)現(xiàn)的干涉情況通過修改裝配關(guān)系或者修改零件模型尺寸加以修正。
運用Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Mechanism模塊和Pro/Mechanica模塊對運動部件進行運動分析，獲得部件的運動狀態(tài)特性，以及運用動力學(xué)仿真軟件ADAMS對振動篩進行動力學(xué)分析并優(yōu)化，獲得滿足清選要求的最佳振動篩結(jié)構(gòu)。
(三)有益效果本發(fā)明數(shù)字化機械設(shè)計方法的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，結(jié)合知識工程、虛擬設(shè)計和協(xié)同設(shè)計等研究，在計算機上完成產(chǎn)品的開發(fā)，通過對產(chǎn)品模型的分析，產(chǎn)品方案設(shè)計，在數(shù)字狀態(tài)下進行產(chǎn)品的虛擬試驗和制造。能夠?qū)崿F(xiàn)精確設(shè)計，極大限度減少了工程更改，節(jié)省了大量工裝模具和生產(chǎn)準備時間，同時提高了工作效率，降低了勞動強度。


圖1為本發(fā)明數(shù)字化機械設(shè)計方法的流程框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，進一步詳細說明本發(fā)明所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法的具體實施方式
，但不用來限制本發(fā)明的保護范圍。
參見圖1。本發(fā)明數(shù)字化機械設(shè)計方法包括如下步驟A、利用計算機把組成機械產(chǎn)品的各個零件分別進行三維建模；B、根據(jù)各零件的結(jié)構(gòu)及各零件之間的位置關(guān)系、裝配關(guān)系將上述各三維模型進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型；C、檢查虛擬產(chǎn)品模型中各個三維模型之間的裝配關(guān)系是否完全符合要求，如果完全符合要求則形成數(shù)字樣機，如果不完全符合要求，則針對不符合要求的三維模型進行修改，重新進行建模、虛擬裝配，直至符合要求、形成數(shù)字樣機為止；D、按照數(shù)字樣機中的三維模型進行零件加工。
下面以聯(lián)合收割機為例說明本發(fā)明所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其包括如下步驟1.在先進的CAD軟件平臺Pro/ENGINEER wildfire將組成聯(lián)合收割機的撥禾輪、切割器、風(fēng)扇、喂入攪龍、傾斜輸送器、駕駛室、軸流滾筒、前橋、螺旋輸送器、凹板、糧箱、頂蓋、籽粒攪龍、下篩、雜余攪龍、籽?；?、雜余滑板、滑板、上篩、排草輪、尾篩等零部件分別進行三維建模。具體分為A、對于形狀規(guī)則的零件，如軸流滾筒這類回轉(zhuǎn)體零件、機架這類的拉伸體零件、攪龍這類的掃描體零件，采取Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Toolkit模塊提供的特征描述法來自動建模。
B、對于螺釘、螺母類標準件，用戶可以利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能進行參數(shù)化建模。將事先定義好模型(在表格中稱之為CENERIC)零件的可供驅(qū)動的尺寸參數(shù)、特征、模型等放入表格中。用戶在表格中輸入?yún)?shù)值就可以創(chuàng)建1個新的零件(在表格中稱為INSTANCE零件)。
C、對于形狀不規(guī)則的非標準零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等基礎(chǔ)特征造型功能結(jié)合孔、倒角、抽殼、肋、拔模等工程特征造型功能來實現(xiàn)零件三維建模。
2.基于聯(lián)合收割機級連層次單元裝配結(jié)構(gòu)，對各級連層次單元中的組成零部件之間的裝配關(guān)系進行分析，歸結(jié)為定位關(guān)系、聯(lián)接關(guān)系和運動關(guān)系三類，分別對應(yīng)各子裝配體、總裝配體之間的裝配關(guān)系并進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型。
3.對虛擬裝配形成的虛擬產(chǎn)品模型進行靜態(tài)干涉檢查及運動干涉檢查，對于檢查過程中發(fā)現(xiàn)的干涉情況通過修改裝配關(guān)系或者修改零件模型尺寸加以修正。
4.運用Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Mechanism模塊和Pro/Mecha-nica模塊對撥禾輪、攪龍、軸流滾筒等運動部件進行運動分析，獲得部件的運動狀態(tài)特性，以及運用動力學(xué)仿真軟件ADAMS對振動篩進行動力學(xué)分析并優(yōu)化，獲得滿足清選要求的最佳振動篩結(jié)構(gòu)。
采用數(shù)字化對機械產(chǎn)品進行設(shè)計，使得在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段運用數(shù)字化模型描述產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行設(shè)計、開發(fā)、評價、修改。利用計算機進行三維建模，把聯(lián)合收割機的結(jié)構(gòu)和零件全部用三維實體描述出來，并且把各種技術(shù)要求、設(shè)計說明、材料公差等非幾何信息以及各結(jié)構(gòu)之間的相對位置表示清楚，在此基礎(chǔ)上進行虛擬裝配，檢查零部件之間是否發(fā)生干涉以及它們之間的間隙，排除某些設(shè)計的不合理性，最終形成聯(lián)合收割機數(shù)字樣機。數(shù)字樣機作為制造依據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確設(shè)計，極大限度減少了工程更改，節(jié)省了大量工裝模具和生產(chǎn)準備時間。機械零件是通過數(shù)字化模型來表達的，各階段共享模型數(shù)據(jù)，因此在聯(lián)合收割機產(chǎn)品設(shè)計同時，可進行CAE分析計算、工裝設(shè)計、工藝設(shè)計、可制造性分析，并可借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行數(shù)字化傳遞，實現(xiàn)資源共享，為并行工程創(chuàng)造條件。與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，采用三維數(shù)字化設(shè)計不僅使聯(lián)合收割機幾何形狀得以直觀顯示，而且被賦予物理屬性的三維模型可以為其后進行的設(shè)計分析、驗證、模擬與仿真提供保障。
本發(fā)明基于數(shù)字化設(shè)計方法，基于變質(zhì)量系統(tǒng)的基本原理提出的谷物在軸流脫粒空間內(nèi)的運動模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)對縱向軸流聯(lián)合收割機進行設(shè)計，通過對三維數(shù)字化產(chǎn)品模型的分析和測試，在數(shù)字狀態(tài)下進行產(chǎn)品的虛擬試驗和制造，并導(dǎo)入最優(yōu)化模塊，在短時間內(nèi)完成新型縱向軸流聯(lián)合收割機產(chǎn)品方案設(shè)計。
本發(fā)明的方法基于數(shù)字化平臺，采用Top-Down設(shè)計模式，先構(gòu)建新型縱向軸流聯(lián)合收割機整機的設(shè)計總體布局，然后細化各個組件，最后完成各個零件。在設(shè)計組件時，進行虛擬裝配，考察組件之間、組件與零件是否發(fā)生干涉，對發(fā)生干涉部分進行調(diào)整。在設(shè)計零件時，通過聯(lián)合收割機產(chǎn)品零件數(shù)字化模型，進行CAE分析計算、工裝設(shè)計、工藝設(shè)計、可制造性分析，獲得最優(yōu)設(shè)計結(jié)果。由產(chǎn)品零件的數(shù)字化模型，自動生成零件三視圖或者數(shù)控加工代碼，用于零件的生產(chǎn)和加工。
以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化機械設(shè)計方法， 其特征在于包括如下步驟A、利用計算機把組成機械產(chǎn)品的各個零件分別進行三維建模；B、根據(jù)各零件的結(jié)構(gòu)及各零件之間的位置關(guān)系、裝配關(guān)系將上述各三維模型進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型；C、檢查虛擬產(chǎn)品模型中各個三維模型之間的裝配關(guān)系是否完全符合要求，如果完全符合要求則形成數(shù)字樣機，如果不完全符合要求，則針對不符合要求的三維模型進行修改，重新進行建模、虛擬裝配，直至符合要求、形成數(shù)字樣機為止；D、按照數(shù)字樣機中的三維模型進行零件加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于在步驟C之后，還包括對數(shù)字樣機進行虛擬試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果進行零件三維建模的修正步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于所述步驟A中，三維建模步驟包括在CAD軟件平臺Pro/ENGINEER wildfire上進行零部件模型的三維建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于所述三維建模步驟中，還包括對于形狀規(guī)則的零件，采取Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Toolkit模塊提供的特征描述法來自動建模；對于標準件，利用Pro/ENGINEER wildfire提供的族表功能進行參數(shù)化建模；對于形狀不規(guī)則的非標準零件，采用Pro/ENGINEER wildfire提供的基礎(chǔ)特征造型功能結(jié)合工程特征造型功能來實現(xiàn)零件進行三維建模。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于所述機械產(chǎn)品為聯(lián)合收割機，其中步驟A是將組成聯(lián)合收割機的撥禾輪、切割器、風(fēng)扇、喂入攪龍、傾斜輸送器、駕駛室、軸流滾筒、前橋、螺旋輸送器、凹板、糧箱、頂蓋、籽粒攪龍、下篩、雜余攪龍、籽?；?、雜余滑板、滑板、上篩、排草輪、尾篩分別進行三維建模。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于所述步驟B中，基于聯(lián)合收割機級連層次單元裝配結(jié)構(gòu)，對各級連層次單元中的組成零部件之間的裝配關(guān)系進行分析，歸結(jié)為定位關(guān)系、聯(lián)接關(guān)系和運動關(guān)系三類，分別對應(yīng)各子裝配體、總裝配體之間的裝配關(guān)系并進行虛擬裝配，形成虛擬產(chǎn)品模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于所述步驟C中，對虛擬裝配形成的虛擬產(chǎn)品模型進行靜態(tài)干涉檢查及運動干涉檢查，對于檢查過程中發(fā)現(xiàn)的干涉情況通過修改裝配關(guān)系或者修改零件模型尺寸加以修正。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的數(shù)字化機械設(shè)計方法，其特征在于運用Pro/ENGINEER wildfire內(nèi)嵌的Pro/Mechanism模塊和Pro/Mechanica模塊對運動部件進行運動分析，獲得部件的運動狀態(tài)特性，以及運用動力學(xué)仿真軟件ADAMS對振動篩進行動力學(xué)分析并優(yōu)化，獲得滿足清選要求的最佳振動篩結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種設(shè)計精確、效率高的數(shù)字化機械設(shè)計方法。本發(fā)明數(shù)字化機械設(shè)計方法是基于先進的CAD軟件平臺完成零部件三維建模，通過虛擬裝配，形成數(shù)字樣機，通過對數(shù)字樣機的性能分析與優(yōu)化，實現(xiàn)縱向軸流聯(lián)合收割機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，按照優(yōu)化后的數(shù)字樣機的三維模型進行零件加工生產(chǎn)。本發(fā)明的積極效果是采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，結(jié)合知識工程、虛擬設(shè)計和協(xié)同設(shè)計等研究，在計算機上完成產(chǎn)品的開發(fā)，通過對產(chǎn)品模型的分析，產(chǎn)品方案設(shè)計，在數(shù)字狀態(tài)下進行產(chǎn)品的虛擬試驗和制造。能夠?qū)崿F(xiàn)精確設(shè)計，極大限度減少了工程更改，節(jié)省了大量工裝模具和生產(chǎn)準備時間。
文檔編號G06F17/50GK101082993SQ20061008381
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者閆楚良, 楊方飛, 王志, 張書明, 李 杰, 孫旭, 紀敦, 付志高, 韓巖峰 申請人:中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院