基于3DCAPP-A的装载机双变总成装配工艺设计.doc

1、 广西科技大学 普通本科毕业设计论文 课题名称 基于 3DCAPP-A 的装载机双变 总成装配工艺设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 广西科技大学毕业设计论文 摘要 随着新一代信息技术与制造业的深度融合，国家大力推动新一代信息技术与制造技术融合发展，制造业必定以信息技术为主进行产品研发与制造。目前制造业企业生产制造线上装配工艺存在一些不足，比如某双变总成装配工艺描述不够直观、不够完整以及很难预测装配过程中环境变化等问题，为此 开展“基于 3DCAPP-A 的装载机双变总成装配工艺设计研究”。 本文以某型号装载机双变总成 装配工艺为

2、试点，通过 KM3DCAPP-A 软件技术进行双变总成三维装配工艺研究，通过三维模型轻量化、装配工序生成、零部件组件的划分、装配工艺三维仿真等研究三维装配技术在产品装配工艺设计应用时的关键技术及关键内容，探索三维装配技术在装载机整机三维装配实施的可行性。 本文通过分析并优化双变总成的装配工艺，基于 3DCAPP-A 技术完成装载机双变总成三维装配工艺设计，通过三维装配工艺能够有效解决二维装配工艺描述不直观、不完成等问题，为装载机三维整机装配工艺先行试点，为实现制造业智能制造奠定基础。 关键词： 信息化制造 双变总成 三维装配工艺 三维装配技术 广西科技大学毕业设计论文 Abstract Wit

3、h the new generation of information technology and manufacturing depth integration, the state vigorously promote the integration of new generation of information technology and manufacturing technology development, manufacturing is bound to information technology based product development and manufa

4、cturing. The manufacturing industry enterprise manufacturing assembly line process has some disadvantages, such as a double variable assembly assembly process description is not intuitive, is not complete and it is difficult to predict the assembly process issues like climate change and therefore to

5、 carry out 3DCAPP-A loader with two variable based on the assembly assembly process design and research “. In this paper, a type of loading machine with double assembly assembly process for the pilot, the dual variable by KM3DCAPP-A software technology 3D assembly process of assembly, through the st

6、udy of three-dimensional model of lightweight, assembly process generation, component division, the assembly process to simulate the 3D assembly technology in product assembly process design and application of key technologies and key content to explore 3D assembly technology in loading the feasibil

7、ity of the implementation of the 3D machine assembly. This paper through analysis and optimization of two variable assembly assembly process, based on 3DCAPP-A technology to complete loader dual variable assembly 3D assembly process design, through the three-dimensional assembly process can effectiv

8、ely solve the 2D assembly process description is not intuitive, do not complete and other issues, for loading machine machine three-dimensional assembly process, the pilot to achieve intelligent manufacturing manufacturing lay the foundation. Key words:Manufacturing Information Dual Variable assembl

9、y 3D Assembly Process 3D assembly technology 广西科技大学毕业设计论文 目 录 第一章 绪论 .1 第一节 课题来源 .1 第二节 3DCAPP 技术的国内外发展状况 .2 一、 3DCAPP 技术的国外发展状况 .2 二、 3DCAPP 技术国内发展状况 .3 第 三节 研究目的及内容 .4 第二章 双变总成 .5 第 一节 双变总成的重要性 .5 第 二节 双变总成的组成 .5 一、变矩器 .6 二、变速箱 .9 第三节 章节小结 . 11 第三章 KM3DCAPP-A 简介 . 12 第一节 KM3DCAPP-A 的功能 . 12 第二节 KM

10、3DCAPP-A 的价值 . 13 第 三节 KM3DCAPP-A 优势 . 14 第四节 KM3DCAPP-A 行业应用 . 14 一、 KM3DCAPP-A 在航空航 天行业的应用 . 14 二、 KM3DCAPP-A 在电子行业的应用 . 15 第五节 章节小结 . 15 第四章 双变总成装配工艺仿真及应用 . 16 第 一节 目前双变总成装配工艺状况及分析 . 16 一、双变总成传统工艺状况 . 16 二、工艺分析 . 17 第二节 3DCAPP-A 工艺仿真 . 18 一、 三维模型与轻量化过程 . 18 二、 装配工序生成 . 20 三、 零部件组件的划分 . 20 四、 装配工艺

11、三维仿真 . 21 五、 工艺装备的三维仿真 . 22 六、 工艺信息库的加载 . 23 第三节 研究成果与意义 . 24 一、研究成果 . 24 二、研究意义 . 26 第四节 章节小结 . 27 结束语 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 广西科技大学毕业设计论文 1 第一章 绪论 第一节 课题来源 自二十世纪八十年代以来，制造业产品研发与制造环境的不断变化，制造业中的研发与制造技术也发生了重大变化。特别是将计算机技术引入到制造业研发与制造中，使得制造业中产品的研发过程时间大大缩短，研发人员能够更高效的参与产品的研发。为未来计算机技术与制造技术融合奠定基础。然而，之前研究出来的二

12、维 CAD 技术在制造业企业中只能被用作电子板报指示图，虽然能够涵盖工艺产品制造的全部数据，但是对工艺产品的细节描述不直观和不完整，增加了作业人员的产品作业的难度。 近年来，计算机技术在制造业中发展迅速，在制造业中运用计算机技术进行产品研发设计与工艺制造已是世界潮流趋势。因此，紧跟世界潮流，很多制造业企业都将三维 CAD 技术引入到产品研发设计与工艺制造中，用于减少企业对产品的研发设计周期时间与工艺制造生产时间，从而提高企业核心竞争力，创新能力和产品研发设计能力。实践证明，采用了三维 CAD技术的制造业企业相对于同类型的其他制造业企业拥有更强的创新能力和产品研发设计能力，获得的企业效益也更好，

13、企业发展更顺利。这使得三维 CAD 技术在制造业企业中受到越来越重视，这种变化是企业对三 维 CAD 技术未来需求的主流方向，同时，这也是三维 CAD 技术以后的发展潮流趋势。 多年以来，三维 CAD 技术在制造业企业中越来越广泛运用与普及，计算机辅助工艺设计（ CAPP）技术作为制造业企业中生产制造信息技术集成系统中不能缺少的一部分，却还是处于运用二维 CAD 技术的产品相关信息来进行产品研发设计。而基于二维 CAD 技术去实现产品工艺研发信息的获取、表达、组织与管理又是很复杂，效率性不高，导致产品工艺研发的经验和方法不能够有效性的总结和积累，而且基于二维 CAD 技术也不可以直观地描述出复

14、杂产品工艺的关键工艺特征，从 而不能够对产品工艺过程的评价以及审核。因为这些不足的问题，会使二维 CAPP 运用于三维 CAD 技术时，三维 CAD 中的某些功能模块不能够正常使用，比如产品装配工艺 BOM 图的生成和编辑、零部件装配关系的检查和仿真、产品工艺性的评价和审核等问题。虽然采用 CAD/CAM 一体化的方法能够解决零件的加工工艺问题，但不能够解决装配工艺问题，特别是在研发繁琐结构的工艺产品的装配时。而在产品的制造过程中，装配作为制造产品的最后一步，具有非常意义。因此，基于三维 CAD 技术的装配 CAPP 技术已是制造业企业迫切的需求。 随着制造业的发 展与产品需求的变化，制造业企

15、业产品的装配工艺研发也发生了变化。在制造业企业中运用信息化技术也越来越广泛与普遍，运用三维 CAD 技术和 PLM（产品全生命周期管理）技术进行产品创新研发设计和数字化设计制造正在成为企业产品制造的基础，这对工艺设计与管理模式等产生了重大影响，同时也奠定了其应用的基础。运用三维产品数字模型（ 3D）的工艺装配规划技术已经成为当前 CAPP（计算机辅助工艺设计）技术发展的重要方向和趋势之一。 广西科技大学毕业设计论文 2 同时，由于现有的二维 CAPP 的装配工艺研发模式不能够满足制造业企业对工艺产品三维模型完整的表达与无障 碍应用的要求，也无法适应制造业企业产品多元化，生产基地国际化的发展的需

16、求，无法适应制造业企业发展的潮流。 目前制造业企业产品装配工艺的编制存在的一些不足主要如下： 一、二维工艺卡片主要采用 EXLCE、 WORD、二维 CAPP 等方式编制，对工艺产品装配的细节描述不直观和不完整，增加了作业人员的产品装配作业的难度； 二、工作业人员在编制产品工艺的时候很难预计装配过程中装配环境的变化，比如产生装配干涉和不合理的现象，降低了作业人员的工作效益； 三、装配人员的基础技能培训只能参照图纸讲解和培训平台的展示，这样的培训不仅培训周期长，而且也不利于员工的自主学习，同时占用了大量的人工成本和场地、展板等费用，降低了企业的效益。 3DCAPP（三维装配工艺规划技术）代表了一

17、种全新的制造工艺体系和模式，因为其可以和三维 CAD 技术相结合、可视化效果好，受到企业界和学术界的高度重视。国家“十五”和“十一五”期间，国家科技部、工信部等政府部门组织相关单位进行 3DCAPP 相关技术的研究和攻克。 在今天这个“工业 4.0”时代，全新的产品研发设计与制造模式，全世界都在推动制造业的发展，以新一代计算机技术、信息技术、制造技术等为根本点，推动新一 代信息通讯技术和制造技术的深入融合为切入点。为推动国家制造业的发展，在最新的关于国家未来制造业的发展中国制造 2025通知中，国务院重点提出，加大力度推动信息化与工业化的深度融合。能够料到，基于 3DCAPP 技术的研发将会成

18、为今后一段时间内专家们研究的一个重点内容。 第二节 3DCAPP 技术的国内外发展状况 一、 3DCAPP 技术的国外发展状况 国外的 3DCAPP 技术研究与开发可以追溯到二十世纪八十年代末，美国是世界上第一个发起研究并取得突破性成果的国家。美国许多研究组织和机构在美国政府的大力支持下，建立了研 究三维装配技术的工作站。其中， 美国参数技术公司 （ PTC)深入研究并推出了 Pro/E 操作软件系统，该软件系统采取模块化的功能模块方式，使用户能够按照自身的需求进行功能模块选择，而不必安装所有的功能模块。产品研发设计者根据 Pro/E的特征模块方式，可以将研发设计阶段至生产制造整个过程集成在一

19、块，达到产品制造工艺的并行工程设计。 Pro/E 在产品的设计研发阶段就能够对产品的可装配性进行仿真评估，从而不需要到实际生产装配时才发现产品装配工艺存在问题。 Pro/E 能够和参数和 CAD软件之间实现数据共享，产品的三维模型以及结构树可以从 CAD软件中自动转出。并且可以在三维 CAD 环境下，获取产品的装配约束信息，基于这些信息可以有效地规划装配顺序和装配路径，对于规划过程中存在的问题还可以给予修改建议。 广西科技大学毕业设计论文 3 作为全世界 PLM（产品生命周期管理）领域的先进技术领头羊，法国制造业的达索系统公司（ Dassault Systeme）为客户提供一整套数字化设计、制

20、造、 维护、数据管理的 PLM 平台。对于达索系统里面，又涵盖了一个关于工艺产品制造过程的“数字化制造”子系统 DELMIA。作为“数字化企业精益制造集成式解决方案”的缩写， DELMIA 研究主要方向是关于产品复杂制造工艺过程与产品后期维护过程的三维仿真和有关工艺产品数据的管理和协同。运用三维仿真技术对产品制造全周期和产品后期维护过程进行三维仿真和数据分析。能够获得产品制造工艺的可视性、可达性以及可制造性与产品后期可维护性等等相关的完整数据信息。同时， DELMIA 能够很好与 CATIA、 ENOVIA、 SMARTEAM、LMS 等系统的完整集成，能够很好的利用产品研发设计的数据信息，也

21、能够获取产品制造过程中有关的专业知识信息，使最佳的产品制造生产经验能够反复使用。运用 DELMIA进行产品研发设计与制造生产，能够提高企业生产效率、安全性系数与产品质量等方面，同时降低产品研发设计与制造生产成本。 此外，对于三维装配仿真技术的研究并取得一定成果案例还有许多，例如由美国的参数技术公司（ PTC）的技术副总裁与 CV 公司的副总裁发起组织并 研发的 SolidWorks 软件系统，该软件系统能够很好的运用于机械行业产品的装配工艺研发设计。美国 西门 子自动化与驱动集团 (A&D)旗下机构 Siemens PLM Software 研 发的 Solid Edge 软件系统，该软件系统

22、能够很好的运用于通用机械行业产品的装配工艺研发设计。以及还有美国AutoDesk 公司研发的 Inventor 软件系统 。 二、 3DCAPP 技术国内发展状况 国内有关三维装配 CAPP 技术的研究与探索起源于二十世纪九十年代期间，其了展现了一种全新的产品工艺研发设计与制造生产方式。由于能够和三维 CAD 技术很好的融合，并且能够有效地解决产品研发设计与装配工艺编制过程中不能够实现的动态仿真特性而让制造 业企业越来越普遍注重，得到了迅速发展。当今，三维装配 CAPP 技术已经在国内航空航天、船舶、汽车等相关机械行业开展了运用与技术研究探索。 当今国内有一定进展的现有装配 CAPP 主要有检

23、索式和创成式两种。检索式指的是把工艺产品的制造生产装配工艺文件录入系统当中，当开始某一种工艺产品制造生产的装配工艺研发时，检索类似工艺产品制造生产的装配工艺研发。如果检索到，就会基于此基础之上展开更改，从而研发设计出新的工艺产品的制造生产装配工艺文件。对于创成式则是事先将一些与产品制造生产装配工艺设计相关的规划录入了其中，然后借助 计算机的逻辑推理功能生成新的产品制造生产装配工艺文件。 在三维装配 CAPP 研究方面，国内有一些机构与单位有一定突破性进展，具体有如下： （一）天河智造（北京）科技股份有限公司组织与研发出的 TH CAPP 工艺设计及管理系统。该软件系统涵盖网络、数据库，具有实用

24、、智能以及能够达到各行业研发设计要求与产品工艺系统集成的需求。该软件系统提供了产品工艺 集成与数据 信息互换 、广西科技大学毕业设计论文 4 产品 工艺规划、工艺设计、工艺仿真等 众多强大 功能 模块 ， 能够很好 的 达到 企业 集成信息化技术与产品制造技术的结合要求 。 （二）金叶西工大软件股份有限公司组织 与研发的 GLCAPP 软件系统，该软件系统主要对于工艺全生命周期进行规划，促进产品制造生产工艺标准化、模范化。该软件系统运用“协同集成”的方式和依据知识信息的“快速规范”的产品工艺研发和产品工艺管理方式，能够把产品工艺研发、产品制造工艺整个周期管理集成在一起，能够将产品工艺信息与知识

25、信息共享与反复利用，使企业新产品达到基于知识信息的产品迅速研发与工艺管理。能够使产品制造生产过程中的工程数据具有“唯一数据源”和“完整准确”，保证了企业产品工艺研发与产品制造生产过程中工艺过程管理模块的“设计协同、数据唯一、过程受 控”。 （三）华天软件组织与研发出的三维 CAPP 软件系统，该软件系统提供了复杂产品工艺制造生产阶段综合的解决方案。为企业工艺研发中心与工艺制造部门提供了先进的三维数字化工艺研发设计以及完善的产品制造生产过程与产品数据管理解决方案。使产品工艺研发与产品信息管理由二维朝向三维的发展，增强了产品工艺制造生产阶段产品、工艺信息、工厂等方面的数据信息和制造生产过程管理能力

26、。此外，华天软件还组织与研发出了 SINOVATION 软件系统，该软件系统是借助日本 UEL 公司 CRUX 基础平台技术而研发运用汽车、汽车零部件、通用机械 等行业的三维装配工艺规划软件。 总的来说，目前的三维装配 CAPP 系统还处于初级阶段。未来，三维装配 CAPP 的发展方向将会是基于 3D 虚拟技术的创成式装配 CAPP 系统。 第三节 研究目的及内容 为了有效解决目前制造业企业中产品制造生产存在的问题，本文采用 3DCAPP-A 技术，以某型号装载机双变总成装配工艺为试点，开展产品三维装配工艺研究。研究三维装配技术在产品装配工艺设计应用时的关键技术及关键内容，探索三维装配技术在产

27、品制造线上实施的可行性。 本文通过分析目前某型号双变总成的装配工艺，运用 3DCAPP-A 技术，通过三维 模型轻量化、装配工序划分、零部件组件划分、装配工艺三维仿真设计完成某型号双变总成三维装配工艺设计，为某型号装载机整机三维装配工艺试点先行，为实现制造业智能制造奠定基础。 广西科技大学毕业设计论文 5 第二章 双变总成 本课题以装载机某型号双变总成开展研究。某型号双变总成采用双涡轮液力变矩器、超越离合器自动楔紧和松脱以及各档位摩擦片离合来实现动力传输。其变矩器拥有很大的变矩比，很宽的高效区域，采用油当作介质，用来减少外来的不利因素影响，保护了柴油机的传动系统。变矩器与超越离合器共同工作可以

28、自动调节输出扭矩和转速，自动实现了低速重载 和高速轻载的转换，减轻了司机操作的劳动强度，从而提高了装载机的舒适度。 第一节 双变总成的重要性 装载机当中的双变总成是由变矩器总成和变速箱总成共同组合在一起构成的。它的作用是将动力装置输出的动力按需要传递给驱动轮和其他操纵机构，其具有以下作用。 一、 降低转速，增大转矩：柴油机输出的动力具有扭矩小、转速高、转矩和转速变化范围小的特点，这个特点与要求装载机在作业时所需的较大扭矩、较低速度和转矩与速度两者变化范围相对较大之间构成冲突。为此，采用双变总成将发动机的动力按需要适当降低转速、增加转矩后传到驱动轮上，使之适应装载机 运行或作业的需求。 二、 实

29、现装载机的倒退行驶：装载机作业或行驶过程中，需要倒退行驶，而柴油机不能反向旋转，所以需要双变总成来保证在柴油机旋转方向不变的情况下，使驱动轮反向旋转。 三、 必要时中断传动：柴油机不能带负载荷启动，并且在启动以后，转速也一定要保证高于或者等于最低稳定转速，不然就会导致熄火。因此，在准备启动装载机的时候，一定要通过双变总成把柴油机与驱动轮之间的动力连接线路中断。此外，在柴油机不停止运转的情况下，为了使装载机能够暂时停驻等，必要时通过双变总成切断动力。 四、 差速作用：装载机在道路上过弯前行的时候，由 于装载机的左右两个车轮在相同时段内前行的路程不相同，这会导致装载机在过弯的时候有可能会发生“打滑

30、”，引起装载机转向困难，也会导致车轮轮胎磨损严重等问题。为此，通过双变总成能够使左右车轮可以以不同的角速度旋转，能够很好解决装载机过弯时发生的问题。 因此，双变总成就好比是人类的心脏一样，是装载机的“心脏 ” ，对于装载机是不可缺少的。 第二节 双变总成的组成 双变总成指的是变矩器总成和变速箱总成（如图 2-1），其左半部分为变矩器总成（图 2-2），右半部分为变速箱总成（图 2-3）。通常，口头上说的变速箱指的就是双变总成而非仅 仅是变速箱总成。 广西科技大学毕业设计论文 6 图 2-1 双变总成 图 2-2 变矩器总成 图 2-3 变速箱总成 一、变矩器 （一） 分类 根据装载机液力变矩器

31、的结构和性能特点，其能够划分为下面几类。 （ 1） 正转和反转液力变矩器 在正常运转条件下，涡轮旋转方向与泵轮相同的液力变矩器称为正转液力变矩器；涡轮与泵轮转向相反的液力变矩器称为反转液力变矩器。 在结构上，正转液力变矩器的工作液是按照 B（泵轮） -T（涡轮） -D（导轮）依次滚动的，如图 2-4（ a）所示。反转型液力变矩器为了改变方向，将导轮布置在涡轮前面，其工作液是 B-D-T 方向流动的 ，如图 2-4（ b）所示。 图 2-4 正转与反转变矩器简略图 （ 2） 单级和多级液力变矩器 根据液力变矩器循环圆中涡轮叶片的列数或者刚性连接在一起的涡轮数目，能够将液力变矩器划分为单级、两级 以及多级这三种，如图 2-5 所示。循环圆中只有一个涡轮的液力变矩器称为单级液力变矩器，装载机上装用的双涡轮液力变矩器由于涡轮之间无刚性连接，所以仍为单级涡轮变矩器。