东莞横沥模具设计
培训介绍冲压线装配仿真中虚拟技术的研究（一）
虚拟装配是基于计算机生成的虚拟环境，对实体模型进行模拟装配的过程，并对装配过程和装配结果进行分析和验证。由于汽车车身冲压线组成部件不仅体积庞大、数目繁多，并且相互之间的运动联系也非常复杂，导致各冲压设备的装配序列和彼此之间的装配尺寸难以确定。如果按照传统的人工试凑装配方法，不但费时费力，延长冲压线的组装周期，直接影响到冲压生产线按期投入生产，有时甚至由于部件相互之间存在干涉导致无法完成组装成功。
针对上述问题，考虑企业的实际情况，本文应用虚拟装配技术来解决车身冲压线组装的难题。在建立汽车车身冲压线三维模型类库的基础上，构建虚拟环境以完成冲压线各零部件的装配过程，并运用仿真手段对装配结果进行验证。因此，操作人员通过与装配过程进行实时信息反馈和交互，可以直观地看到自己的组装结果，并且在此基础上进行各部件间的干涉检验及布局调整，从而真正利用虚拟现实的手段实现冲压线装配路线的合理规划。
冲压线实体建模
冲压线实体建模的核心问题是解决如何在虚拟环境中表达和存储冲压线各零部件的数据信息，使之能够全面支持装配工艺规划、装配分析与评价以及为装配仿真提供所需的信息数据。因此，装配模型是进行虚拟装配的信息基础和前提条件。
1、冲压线基本建模工作
建模工作产生的所有的计算机模型格式主要采用CATIA V5文件，也可利用其他CAD系统(如Pro/E、AutoCAD、UG)等来建立，利用中性文件格式进行转换。
2、建立虚拟冲压线模型类库
基于表1的冲压线基本工作，建立压机线组件库、冲压件库、模具库、端拾器零件库等模型类库。每一模型类库对应计算机一文件夹下存储的物理地址。
（1）压机线组件库
压机线组件库是整个虚拟冲压线的主体，包括压机、拆垛机、清洗机、对中台、旋转单元、上下料机械手、中间小车等。由于压机结构与空间布局相对固定，尺寸、外形、相对位置由压机厂商提供，因此在后续的装配过程中相对稳定。
（2）冲压件库
冲压件是压机的工作对象，从车身设计部门提供CAD图纸，一般冲压件包括车身外覆盖件和大型内衬件。
（3）模具库
模具由冲压件零件决定，模具CAD图由模具设计部门提供，根据冲压件的不同选择相应的模具数据文件。
（4）端拾器零件库
吸盘及结构件等构成真空吸盘式端拾器部件。冲压生产线其相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成：
□ 一个取料机械手，带有中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器，负责将工件从上一台压力机取出放置在穿梭小车上。
□ 一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车，负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。
□ 一个上料机械手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾起并送入下一台压力机工位。
由此可见，端拾器是冲压线拾取和放置冲压件的重要执行机构。
冲压线的虚拟装配
在建立冲压线各模型类库的基础上，通过调用各参数文件并进行虚拟装配，调整每个零部件模型的三维空间坐标和结构布局，并经布尔计算确定各零件模型设计是否有缺陷（是否存在空间干涉或者间隙）。
压机结构以及压机线的空间布局相对固定，模具是嵌入在压机之上，冲压件是直接从冲压件库中调用，按照CATIA提供的点线约束、点面约束、面面约束以及同轴约束等条件一一进行，直到装配完成。因此，这部分的装配工作简单，并利用CATIA的宏（macro）命令将装配过程录制下来，实现一次装配重复利用，即开始新的装配任务时，通过宏命令回放直接完成该部分的装配，必要时适当修改回放过程中的某些装配细节。
端拾器的装配工作则非常复杂，由于冲压件根据生产计划的要求而经常变更，不同的冲压件需要对应不同的端拾器抓取，因此，需要对CATIA进行二次开发，从而智能地辅助生产一线的技术人员针对不同冲压件，快速地完成其相对应的端拾器部件的装配。
1、操作人员从冲压件库里调出冲压件数据文件，并设定吸盘类型与型号。
2、软件根据冲压件几何尺寸，给出吸盘数量、参考尺寸以及吸盘在工件的布置点位置。操作人员基于软件给出的吸盘的参考尺寸与布置点进行调整。
3、软件生成端拾器的其他结构件，自动装配成端拾器部件，并计算吸盘受力情况。吸盘受力分析不通过，重复上述步骤，人工调整吸盘的参考尺寸与布置点情况。
4、上/下料机械手是连接端拾器和压机的机构。生成的端拾器与上/下料机械手、压机组合装配，并进行布尔计算检查端拾器是否与冲压线其他零部件存在空间干涉/间隙的情况，从而进一步调整端拾器结构件的尺寸及空间布局。
5、操作人员保存软件给出的、并经过调整的端拾器装配方案，为进一步的冲压线仿真做准备。
端拾器装配方案还需要经过后续的冲压线整体仿真验证，即端拾器在工作当中是否会与冲压线其他零部件发生运动干涉。如果后续的冲压线仿真运行过程中、端拾器工作中没有发生干涉，则端拾器装配方案最终得到确定。
虚拟冲压线的仿真运行
1、冲压线虚拟装配环境构建
虚拟环境是在计算机上构建的模拟三维空间，它是整个虚拟装配系统发挥作用的基础。文中的虚拟装配环境采用CATIA的Real Time Rendering（实时建模）环境模块
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