虚拟装配工具库的开发

李智阿 陈勇 王薏群

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1 引言

传统的汽车同步工程阶段，对于装配工具虚拟分析及验证，大多采用人工测量车身数模或通过在CATIA软件中将气动工具三维数模导入到车身数模中进行位移至安装点拖动工具确认是否可装配或是否存在干涉情况；由于安装螺栓或螺母与安装点存在允许的公差偏差量，人工分析无法设定预留的公差干涉量进行分析，而且无操作人员手部数据分析不够精确，在后续的实际选型后，在现场实际装配中容易产生手部干涉或零件在允许的公差内便宜而产生的装配工具干涉情况。

本文介绍如何建立虚拟的装配工具及工具库，并如应用DELMIA进行虚拟装配工具分析。

2 数字化装配工具的组成

数字化装配工具的组成如图1所示。主要由装配工具、套筒、接杆和手部四个部分组成。

图1 数字化装配工具组成示意图

3 虚拟装配工具分析原理

虚拟装配工具分析原理：是根据装配工具组成的数据在DELMIA系统内从装配的初始位置位移到安装结束的位置，围绕安装螺孔或螺栓的直径进行360度空间干涉性分析，确定某一个角度能够满足从装配开始到装配结束过程运动无干涉情况；虚拟装配工具分析原理如下图所示：

图2 虚拟装配工具分析原理图

通过虚拟工具原理可以看出装配工具从装配开始至装配结束整个动作可活动范围空间进行100%的全面分析确认是否具有可操作空间。

4 气动装配工具及附件

装配工具及附件为了满足安装要求在外形、安装尺寸、驱动方式、参数及功能要求方面建立了一系列工具集附件供使用。下面是装配工具及附件种类情况：

装配工具按照操作方式分类，见图3：

装配工具按照驱动方式分类，见图4：

装配工具按照工具功能方式分类，见图5：

图3 装配工具按照操作方式分类示意图

图4 装配工具按照驱动方式分类示意图

图5 装配工具按照功能方式分类示意图

常用套筒种类：

按照端头形状分类为外六角形、十字形、内六角形等，按照螺母或螺栓尺寸分类为：M5、M6、M8、M10、M12等，按照安装形状分为方头和六角头，按照安装头尺寸分类为：3/8、1/4、1/2等。

常用接杆种类：

按照安装头形状分类为方头和六角头，按照安装头尺寸分类为：3/8、1/4、1/2等，按照长度分类为75mm、100mm、125mm、150mm、200mm、250mm；

5 构建虚拟验证工具方式

首先根据各公司工具使用情况，将使用的工具种类（力矩及功能、）、套筒种类及接杆种类、手持姿态种类、螺栓长度种类等进行梳理，根据使用范围将上述内容进行阵列组合出所需要建立的虚拟工具种类；根据各公司使用种类的多少决定着组合的虚拟工具的数量，将所有阵列组合的工具建立完成后，建立虚拟工具库将所建立的虚拟工具建立到虚拟工具库中；

虚拟工具库构建流程如下：

图6 虚拟工具构建流程图

步骤1：准备三维数据，将气动扳手、接杆、套筒及手部数据导入到软件中，见图7；

步骤2：装配组合工具，将所有数据按照实际工具装配后的状态进行装配，满足相关装配后的工具尺寸与现场实际一致，见图8；

图7 工具组成部件示意图

图8 工具装配完成示意图

步骤3：将工具建立为运动机构，设定工具的装配起始位置和装配结束位置，起始至结束位置的距离即为装配螺栓的长度；

图9 建立装配工具示意图

步骤4：设定工具，将工具行程设定为螺栓长度，并设定工具套筒前端不进行干涉性分析；（因为软件分析原理是工具在装配空间内是否与零件发生干涉情况，实际装配工具结束点会与零件发生接触所以需要设定不干涉部件以便于软件正常分析）

工具装配行程设定如下图：

图10 工具装配行程示意图

不干涉部件设定如下图：

图11 不干涉部件设定示意图

步骤5：建立虚拟工具库，将建立的工具统一建立到虚拟工具库中，并设定好名称和关键字，可以根据工具型号、力矩范围、螺栓方头尺寸、螺栓长度、接杆长度等进行设定，便于在工具分析时候后选择适当的工具分析，缩小分析的范围提高分析效率；

工具库构建如下图所示：

图12 工具库示意图

6 虚拟工具分析方法：

根据数据确定需要安装点位置，通过软件和虚拟工具库对需要分析的安装点进行模拟分析，确认工具可以操作性：

分析流程，见图13：

步骤1：准备分析数据，确定分析数据所需要分析的安装点，见图14；

步骤2：标记需要分析的安装点，并将希望采用同一把工具的装配点归类到一个组，便于以后分析快算选择所需要分析的安装点，见图15；

步骤3：通过软件选择所建立的虚拟工具库，从库中筛选出所需要选型的工具进行分析，并选择所需要分析的安装点，如图16所示：

步骤4：设定分析参数，设定分析步进角度、允许失败程度、和分析的干涉量，由于工具装配孔在实际生产过程中存在合理的公差，工具实际装配存在变差需要进行干涉量的设定，使分析能够更加接近实际状态分析更加精准。

图13 虚拟工具分析流程图

图14 车身数据示意图

图15 标记安装点示意图

图16 虚拟工具分析图示

图17 参数设定示意图

步骤5：根据分析结果选择分析满足要求的工具，若出现多吧工具满足要求，根据实际情况选择；

图18 工具分析结果示意图

步骤6：如工具无法满足要求需要通过软件分析确认干涉部位，并将信息反馈产品修改设计数据或寻找专用工具进行确认；

图19 干涉分析示意图

7 结语

虚拟工具库的建立改变了原有传统的通过人工操作比对数据分析的操作方式，极大的提高了分析效率，提升了分析质量，让分析过程呈现出实际安装的状态，分析更加精准，而且解决了人工分析无法确认干涉量的情况和快速确认干涉部位的情况，通过建立虚拟工具库采用软件自动分析降低了对工艺人员的经验要求，将经验总结到软件参数设定中，不同人员通过软件分析出来的是统一的结果。