第6章 装配造型.

第一篇第6章装配造型在零件造型完成以后，根据设计意图将不同零件组织在一起，形成与实际产品装配相一致的装配结构以供设计者分析评估，这种方法称为装配造型（Assemb1y Modeling）。

通过参数化方法将零件组装成装配与用参数化方法将特征组装成零件的过程非常相似。

但是组织大型的复杂装配绝不仅仅是零件的简单组合，它需要提供特殊的技术来提高工作效率，这些技术包括简化表达、模型替换、自上而下的设计等。

CAD系统提供的装配功能不仅能快速组合零部件成产品，而且在装配中，可参照其它部件进行部件关联设计，并可对装配模型进行间隙分析、重量管理等操作。

装配模型生成后，可建立爆炸视图，并可将其引入到装配工程图中；同时，在装配工程图中可自动产生装配明细表，并能对轴测图进行局部剖切。

本章主要介绍一般CAD系统中基本装配造型的实现和使用方法。

6.1 装配造型基本理论在大多数CAD／CAM系统中，有2种不同的装配模式：多组件装配和虚拟装配。

1 多组件装配该装配模式是复制零件的所有数据到装配中，装配中的零件与所引用的零件没有关联性。

当零件修改时，不会反应到装配中，因此，这种装配属非智能装配。

同时，由于装配时要引用所有零件，需占用较大的内存空间，影响装配工作速度。

2 虚拟装配该装配模式是利用零件链接关系建立装配。

该装配模式有如下优点：●由于是链接零件而不是复制零件到装配，因此，装配时要求的内存空间少。

●装配中不需编辑的下层零件可简化显示，提高了显示速度。

●当组成装配的零件修改时，装配会自动更新。

因此，目前主流的CAD软件都采用虚拟装配模式进行装配建模，它通过使用指针虚拟链接零件，而不是使用零件中的实际几何体，这样可以保持主模型和其他应用之间的关联性，便于向任何一个零件文件中添加新零件构成装配。

6.1.1 装配模型的表示装配造型就是将不同的零部件用一定的方法组合在一起，形成装配结构。

一个复杂产品可以看成是由多个部件所组成，每个部件又可以根据复杂程度的不同继续划分为下一级的子部件，如此类推，直至零件。

这就是对产品的一种层次描述，采用这种描述可以为产品的设计、制造和装配带来很大的方便。

同样地，产品的计算机装配模型也可以表示成这种层次关系，如图1.6.1所示。

1．部件组成装配的基本单元叫部件（Component）。

—个装配是由一系列部件按照一定的约束关系组合在—起的。

部件是一个包封的概念，—个部件可以包含一个零件或一个子装配，甚至可以什么都不包含，也就是空部件。

部件可以任意嵌套。

部件既可以在当前的装配文件中创建，也可以在外部装配模型文件中创建，然后引用到当前文件中来。

特征图1.6.1 装配结构2．根部件根部件（Root Component）是装配模型的最顶层结构，也是装配模型的图形文件名。

当创建一个新装配模型文件时，根部件就自动产生，此后引入该图形文件的任何零件都会跟在该根部件之后。

注意，根部件不是一个具体零部件，而是一个装配体的总称。

3．基部件基部件（Base Component）是放到装配中的第一个部件，它和零件造型中的基特征非常相似。

基部件不能被删除或者禁止，不能被阵列，也不能变成附加部件。

它是装配模型的最上层部件，其后引用的各个零部件在装配树中都要依次向后排列。

基部件在装配模型中的自由度为零，无须施加任何装配约束（因为是第一个零件，也无法施加约束），因此，在装配模型中，它是默认不动的。

4．子装配子装配（Subassembly）本身也是装配。

子装配是由一系列零件装配而形成的附属于大装配体的一种较小的装配体，它是装配模型中逻辑上附属于上层体系的—种零件组。

在更高一层的装配中，它将作为—个部件被装配。

合理地使用子装配对于大型装配有重要意义。

5．装配树所有的部件添加在基部件上面，形成一个树状的结构叫做装配树。

整个装配建模的过程可以看成是这棵装配树的生长过程，即从树根开始，生长出一个一个的子树枝（部件），每个子树枝再生长出子树枝（子部件），直至最后长出叶子（零件）。

这样，在—棵装配树中就记录了零部件之间的全部结构关系，以及零部件之间的装配约束关系。

用户可以从装配树中选取装配部件，或者改变装配部件之间的关系。

装配树与零件造型中的特征树功能相仿，如图1.6.2所示。

图1.6.2 装配树6．部件样本在实际的设计中，一个零件有可能在装配模型中使用多次，这时可以对该零件制作多个拷贝，这样的拷贝被称为部件样本（Instance），习惯上把部件样本的使用称为部件引用。

部件样本有以下重要性质：1 当在同一个装配模型中需要多次引用同一个零件时，例如要在当前装配模型中的六个不同的地方用到相同的螺栓和螺母，这时只需要在模型系统中存储一个该零件的图形文件即可，这样就大大减少了模型占用的磁盘空间。

2 当对某个零件定义进行修改时，所有引用过该部件样本的装配模型都会自动刷新，无须逐个修改，从而大大减少了工作量，同时避免了因为修改遗漏所带来的错误。

3 相同的零件可能应用到不同的装配文件中，在不同的装配模型中采用外部引用的方式，不需要重复构造就可以在文件之间反复引用。

6.1.2 装配约束参数化的装配造型根据实际的装配过程建立不同部件之间的相对位置关系。

一般通过装配约束、装配尺寸和装配关系式等手段将部件组织到装配中。

装配约束是最重要的装配参数。

有些系统把约束和尺寸共同参与装配的操作也归人装配约束。

实际上，装配建模的过程可以看成是对零件的自由度进行限制的过程，因为机器中的大部分零部件是不允许随便运动的（运动部件除外）。

限制零件自由度的主要手段是对零件施加各种约束，通过约束来确定两个零件或多个零件之间的相对位置关系以及它们的相对几何关系。

因此，学习装配建模的关键是理解并应用各种装配约束方法以及相关的操作命令。

6.1.2.1零件自由度分析刚体零件的运动自由度DOF（Degree of Freedom）描述了零件运动的灵活性，自由度越大，零件运动越灵活。

三维空间中一个自由零件的自由度是6个，即3个绕坐标轴的转动和3个绕坐标轴的移动，此时，该零件能够运动到空间的任何位置，见图1.6.3a。

但是，当给零件的运动施加—系列限制时，零件运动的自由度将减少，例如，规定该零件的下表面必须在XY面上，此时零件就只能在该平面内作平面运动，它的DOF就减少到3个：2个移动（沿X，Y轴）和1个转动（绕Z 轴），见图1.6.3b。

如果继续规定该零件的一个侧面不能离开XZ面，此时零件就只能沿X轴作移动了，DOF减少到1个，见图1.6.3c。

如果再规定该零件的一个角点不能离开原点，那么该零件就不能运动，其DOF等于0，见图1.6.3d，此时零件就完全固定在该坐标系中了。

由此可见，空间任意零件的自由度在0～6之间变化，当一个零件的自由度为0时，称之为完全定位。

a DOF=6b DOF=3c DOF=1d DOF=0图1.6.3 零件的自由度6.1.2.2 装配约束类型在装配造型中经常使用的装配约束类型有下面几类：1）贴合贴合约束是一种最常用的装配约束，它可以对所有类型的物体进行定位安装。

使用贴合约束可以使一个零件上的点、线、面与另一个零件上的点、线、面贴合在一起，即俗称的“共点”、“共线”、“共面”等。

使用该装配类型时要求两个对象是同类型的，例如，对于平面对象，它们共面且法线方向相反，如图1.6.4a所示；对于圆锥面，要求角度相等，并对齐其轴线，如图1.6.4b所示。

a b图1.6.4 贴合约束2）对齐使用对齐约束可以使两个零件产生共面或共线位置关系。

当对齐平面时，使两个表面共面且法线方向相同，如图1.6.5a所示；当对齐圆柱、圆锥和圆环等对称实体时，是使其轴线相一致，如图1.6.5b所示。

当对齐边缘和线时，是使两者共线。

a b图1.6.5 对齐约束3）角度该装配约束类型是在两个对象间定义角度尺寸，用于约束相配组件到正确的方位上。

角度约束可以在两个具有方向矢量的对象间产生，角度是两个方向矢量的夹角。

这种约束允许配对不同类型的对象，例如可以在面和边缘之间指定一个角度约束。

角度约束有两种类型：平面角度和三维角度。

平面角约束需要一根转轴，两个对象的方向矢量与其垂直。

如图1.6.6所示组件，当角度值为零时，两个配对组件的矢量方向相同。

图1.6.6 角度约束4）平行平行约束使一个零件上的线或面（有方向性）与另一个零件上的线或面（方向相同）实现平行对正，如图1.6.7所示。

图1.6.7 平行约束5）正交该约束类型约束两个对象的方向矢量彼此垂直。

6）中心该约束类型约束两个对象的中心，使其中心对齐，如图1.6.8所示。

图1.6.8 中心约束7）距离距离约束用于指定两个相配对象间在三维空间的的最小距离，此距离被称为偏移量。

偏移量可以像尺寸一样被修改，它可以是正数，也可以是负数，还可以是0，如图1.6.9所示。

偏移量为0时该约束和贴合约束相同，也就是说，距离约束可以转化为贴合，而贴合不能转化为距离约束。

图1.6.9 距离约束6.1.2.3 装配约束/实体对应矩阵确定两个部件的相对位置，主要是依据部件上的表面、边线、角点、轴线、中心点、对称面等几何要素进行定位。

这些定位要素根据几何特点可以分为以下几种：(1 平面（包括实体的表面和基准面）；(2 曲面（主要指三维空间不在同一个平面内的曲面）；(3 直线（包括基准轴）；(4 曲线（指空间曲线，如在同一个平面内则具有平面的定位属性）；(5 点（实体的顶点、中心点、曲线端点）。

这些定位要素之间的约束关系如表1.6.1所示。

注意不同的装配造型软件其装配约束类型各有不同。

表1.6.1 装配约束/实体对应表点线圆平面圆柱面球面圆锥面圆环面点贴合对齐距离线贴合对齐距离除相切适合所有约束圆贴合对齐中心距离相切适合所有约束适合所有约束平面贴合对齐中心距离除相切适合所有约束适合所有约束除相切适合所有约束圆柱面贴合对齐中心距离相切适合所有约束适合所有约束适合所有约束适合所有约束球面贴合对齐中心距离相切贴合对齐中心距离相切贴合对齐中心距离相切贴合对齐中心距离相切贴合对齐中心距离相切贴合对齐中心距离相切圆锥面贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离圆环面贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离贴合对齐中心距离6.1.2.4 装配约束规划使用各种约束将会减少零件的自由度，每当在两个零件之间添加一个装配约束，它们之间的一个或多个自由度就被消除了，例如，贴合约束中的共点约束去除了3个移动自由度，共线约束去除2个移动和2个转动自由度，共面约束去除了1个移动和2个旋转自由度；对齐约束去除了1个移动和2个转动自由度，等等。