2010产品创新数字化峰会征文： 基于自顶向下设计模式的半自动接头机构优化设计.doc

2010产品创新数字化峰会征文： 基于自顶向下设计模式的半自动接头机构优化设计 本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 2010产品创新数字化峰会征文： 基于自顶向下设计模式的半自动接头机构优化设计 本文阐述了Pro/Engineer 软件自顶而下设计的过程和实现方法,从转杯纺半自动接头装置机理分析出发，基于骨架模型的自顶向下设计技术，对转杯纺半自动接头机构进行了参数优化设计，不仅满足了该机构所要求的运动条件及初始状态，而且通过3D可视化虚拟仿真清楚地反映了该结构的真实意图及功能。 1 引言 自顶向下设计（Top-Down Design）是一种新颖高效的设计方法，既可以管理大型组件，又能有效地掌握设计意图，明确组织结构，实现设计信息共享。自顶向下设计是在产品自上而下的设计条件限制规格等要素明确定义后，将这些设计规范传送到每个子组件与零件中，从而保持产品结构的一致性。Pro/Engineer软件提供了依照设计意图进行规划，使用骨架模型（Skeleton Model）来承载定义组件的接口、零件组装的空间约束及特定运动关系等重要设计需求的自顶向下设计工具。 转杯纺纱机的发展趋势是高速、高产和自动化。实践表明，当纺杯速度超过6万转／分时，传统的人工接头不仅困难，而且接头质量也很差，因此，对转杯纺半自动接头的研究就很有必要。考虑到转杯纺半自动接头机构特征，尝试利用骨架模型，实现自顶向下的参数优化设计是很有意义的。 2 自顶向下设计过程 自顶向下设计能让设计信息在整个系统的任何阶层快速地传递与分享。任一层级所发生的设计变更，都会完整地传送至其他相关的子组件或零件。复杂的组件设计被系统化分割后，不同部门或项目团队能在相同的设计环境中轻而易举地实现并行工程。Pro/Engineer自顶向下设计的具体流程如下： 2.1 定义设计意图 在产品设计初期，最重要的步骤就是理清设计意图，首先将产品整体的概念、目的、功能等转换成设计规范、限制等，然后再利用Pro/Engineer的布局工具将其表达出来，以便让设计者充分了解产品特征，从而着手进行各个零部件与子系统的详细设计，真正做到有的放矢地进行设计。 2.2 定义产品结构 产品结构反映了产品组件、部件、零件彼此之间的层次及其隶属关系，也反映了该产品的构成要素及组装关系。利用Pro/Engineer的装配功能定义产品结构是实施自顶向下设计的纲领性文件，也是骨架定义的主要技术依据。 2.3 建立骨架模型 骨架模型主要用来表现空间需求、零组件结合位置以及机构运动情况等，在不同子组件间分享设计信息，控制彼此之间的参照或互动关系。骨架模型扮演多重角色，其本质仍属零件，由一系列特征、关系式、层、可视化表示等所组成。 2.4 传递设计意图 设计信息在骨架模型中完整定义后，需要分别传递到子组件，甚至底层的零件。以骨架模型为桥梁，以拷贝几何特征为手段，设计者可共享设计参照，进而保证设计的协调性及进度。所以当绝大部分的参照集中在容易控制的骨架模型时，不但设计意图容易实现，而且可大大降低外部参照所引发的不确定性问题。 2.5 拓展设计意图 设计信息及规范利用骨架模型进行传递，方法多种多样，其中最典型的是将现存的零组件直接装配至组件中，利用关系式来连接、合并特征这两种方式。通过这种传递，可将设计规范中的细节层层展开，使零部件的设计、修改，再生更加容易。 2.6 管理零组件之间的参照 相关性的最大益处在于修改设计意图可自动更新零部件，关键就在于参照的处理。如果能妥善管理参照分布情况，就可收到事半功倍的效果。在Pro/Engineer中，参照分布的管理控制有两种方式，参照控制来限制参照产生的范围区域，全局参照查看器协助检查各零件间的参照相依情况。 3 应用实例 转杯纺半自动接头装置包括机械和电器控制系统两个部分（工艺流程如图1所示）。接头的关键技术是控制喂棉、种子纱沉人凝棉槽和筒子落下引纱三个动作的配合，控制系统所给出的三个动作的时间间隔将决定接头能否顺利完成。半自动接头的两个考核指标是接头成功率和接头质量。接头成功率主要取决于接头装置的稳定性（只要三个动作的时间配合稳定）；接头质量的好坏就是寻找合适的三个动作参数，使接头处的强力尽量大，粗节尽量小，而不出现细节。 图1 转杯纺半自动接头工艺流程 因此，半自动接头机设计主要考虑两点：一是如何使该机构两种状态（正常纺纱状态和接头准备状态）相互顺利转换，具体讲就是当纱