zl50f裝載機工作裝置三維檢查

zl50f裝載機工作裝置三維檢查

裝載工作裝置由液壓桶驅(qū)動，完成了對貨物的鉆孔和裝載。這是安裝工作設(shè)備的重要部件之一。其設(shè)計水平直接影響到工作設(shè)備的性能，也影響到整個機器的性能。若借助目前流行的軟件AutoCAD與3dsmax,利用它們提供的三維造型和三維動畫功能,對裝載機工作裝置進行工況模擬和虛擬裝配仿真,不僅能在設(shè)計時直接觀察到零件的三維結(jié)構(gòu)形狀和各種工況下的運動狀態(tài),還能有效檢測工作裝置的各部件間是否發(fā)生干涉與碰撞,驗證設(shè)計的合理性,可省去制造樣機時所需的反復(fù)實驗、修改等環(huán)節(jié),大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低產(chǎn)品成本。1拉伸或旋轉(zhuǎn)生成三維立體模型AutoCAD具有很強的三維功能,可以直接生成一些基本立體,也可以對面域、多段線閉合邊界進行拉伸或旋轉(zhuǎn)生成三維立體。對三維立體模型可以進行切割、疊加及交、并、差布爾運算等創(chuàng)建復(fù)雜的立體模型。下面以ZL50F的動臂為例,利用已有二維工程圖進行三維建模。1.1動臂機構(gòu)的拉伸動臂結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要是由兩動臂板、橫梁及兩支承板焊接而成的空間結(jié)構(gòu),在銷軸連接處還有焊接的墊板以加強該處的強度。分析動臂結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn),動臂板、支承板、橫梁、墊板均可以采用對主體輪廓進行拉伸形成三維立體模型。在利用AutoCAD對其進行三維模型制作時,與實際零件生產(chǎn)過程一樣,分別對各個零件單獨進行制作,零件全部制作完成后,再根據(jù)裝配圖將它們組裝到一起。1.2零件模型的建立在AutoCAD中,打開動臂板零件圖,將圖中的文字、標(biāo)注、點劃線等圖層均凍結(jié)或關(guān)閉,只余下輪廓線圖層,如圖2所示,然后用面域(Region)命令將輪廓創(chuàng)建為面域,或用邊界(Boundary)命令將輪廓創(chuàng)建為多段線邊界,用拉伸(Extrude)命令將邊界拉伸為三維實體,再用差集(Subtract)命令制作出孔,如圖3所示。用復(fù)制命令將制作好的三維模型拷貝到一幅新文件中單獨保存。同理,可制作出橫梁、支承板、墊板零件三維模型。對于零件上的小圓角、倒角等細小結(jié)構(gòu),一般都是在零件主體生成后,再用圓角、倒角等命令去處理,即先創(chuàng)建大的形體,后創(chuàng)建小的形體。1.3動臂的裝配所有零件生成后進行組裝。對動臂應(yīng)以大的形體動臂板為基體進行組裝,橫梁的定位可以利用動臂裝配平面圖形進行,利用移動、三維旋轉(zhuǎn)、對齊等命令將它們組裝在一起。在操作時,利用對象捕捉功能和它們之間的相對位置關(guān)系坐標(biāo)值,快速定位。另一動臂板、支承板采用直接復(fù)制和平移,可快速完成制作。組裝好后的渲染圖如圖1所示。1.4裝配結(jié)構(gòu)合理性檢查AutoCAD提供有三維實體干涉檢查功能,可以讓用戶快速驗證設(shè)計尺寸和裝配結(jié)構(gòu)的合理性。鍵入interfere命令,選中所有對象后回車,系統(tǒng)開始檢查裝配是否干涉。若有干涉,系統(tǒng)會提示發(fā)生干涉的零件和干涉的部位,然后再按提示進行調(diào)整,直到設(shè)計完全正確、裝配合理為止。1.5合在一起的治療因為在工作時動臂上各零件之間不存在相對運動,實際零件是通過焊接組合在一起的。為便于操作和控制,應(yīng)將組裝好的動臂用合并(Union)命令,合并為一個整體。這樣就完成了動臂三維實體的制作。同理可分別制作出鏟斗、搖臂、拉桿、銷軸和油缸三維實體模型,并將它們組裝在一起。2系統(tǒng)的和.dwg文件的轉(zhuǎn)換在AutoCAD中進行精確建模之后,可將模型導(dǎo)入到3dsmax系統(tǒng)中,為模型賦材質(zhì),設(shè)置場景燈光、攝像機,進行動畫編輯等操作,最后渲染出逼真的圖像與動畫。AutoCAD與3dsmax都是Autodesk公司的產(chǎn)品,二者之間的坐標(biāo)系精確配合,數(shù)據(jù)信息能夠通過*.dwg文件和.3ds文件進行快速轉(zhuǎn)換。*.dwg文件能提供3dsmax與AutoCAD間幾何上和組織方法上的轉(zhuǎn)變,且在轉(zhuǎn)變過程中,保持幾何體在兩種環(huán)境中可能具有的最高精度。導(dǎo)入AutoCAD三維模型的方法是:選擇File|Import,在彈出的Selecttoimport對話框中,設(shè)置文件類型為AutoCADDrawing(*.DWG,*.DXF),找到要導(dǎo)入的文件后,單擊打開按鈕;然后對系統(tǒng)彈出的AutoCADDWG/DXFImportOptions對話框進行設(shè)置,取消GeometryOptions中的前三項選擇。這樣在AutoCAD2005中制作的三維模型,就能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換到3dsmax6.0系統(tǒng)中,且對象間保持各自的獨立性。另外,從AutoCAD2005導(dǎo)入到3dsmax6.0中的模型,名稱會發(fā)生變化,系統(tǒng)全部以統(tǒng)一的3dSolid命名各對象。為便于管理和操作,應(yīng)按“見名知義”的原則重新命名。3等級關(guān)系的建立3.1父對象的動態(tài)轉(zhuǎn)換層級鏈接是指將對象鏈接在一起形成樹狀結(jié)構(gòu)的組合,以供制作動畫使用。在兩個鏈接的對象中,一個是父,一個是子。一個單一的父對象可以有許多子對象,但是,一個子對象只能有一個父對象。當(dāng)變換作用到父對象上時,通過鏈接關(guān)系將變化傳輸給子對象。所以要用3dsmax模擬復(fù)雜的運動,各零件間必須建立正確的層級鏈接關(guān)系。3.2載機工作裝置建立裝載機工作裝置各組成部件之間的層級鏈接關(guān)系,首先要對裝載機工作裝置的機構(gòu)和運動進行分析。圖4所示是ZL50F裝載機工作裝置,動臂缸活塞推動動臂,動臂繞軸心點(鉸接點)P2轉(zhuǎn)動,同時帶動鏟斗、搖臂等一起向上運動;當(dāng)鏟斗達到最高極限位置后,轉(zhuǎn)斗缸活塞拉動搖臂,搖臂繞搖臂銷軸P3轉(zhuǎn)動并帶動連桿,連桿通過鏟斗上銷軸P9拉動鏟斗,鏟斗繞下銷軸P1轉(zhuǎn)動,將物料卸下。根據(jù)對裝載機工作裝置的運動分析,利用圖解視圖建立動臂、動臂缸和轉(zhuǎn)斗缸三組層級鏈接關(guān)系,如圖5所示。3.3調(diào)整轉(zhuǎn)動軸心位置如圖4所示,因鏟斗繞P1、動臂繞P2、搖臂繞P3、動臂缸繞P4、轉(zhuǎn)斗缸繞P5軸心點轉(zhuǎn)動,所以需要將它們的軸心點調(diào)整到各自的轉(zhuǎn)動軸心位置?？赏ㄟ^打開層級命令面板中Pivot選項卡下的“AffectPivotOnly”按鈕,用移動變換實現(xiàn)這一目的。4基于移動、旋轉(zhuǎn)和國工商學(xué)模型的e在層級鏈接和軸心點位置均調(diào)整好后,當(dāng)轉(zhuǎn)動動臂時,可看到動臂繞點P2轉(zhuǎn)動,同時其上的所有子對象鏟斗、搖臂、連桿等均隨之運動,但液壓油缸不隨之運動;當(dāng)轉(zhuǎn)動鏟斗時,鏟斗繞點P1轉(zhuǎn)動,但動臂、搖臂等不隨之運動。在3dsmax的正向運動中,當(dāng)父對象作移動、旋轉(zhuǎn)和縮放變換時,其子對象必定隨之變換,但是,子對象變換時,其父對象不隨之作變換。在3dsmax的反向運動中,不但父對象的變換會影響子對象,子對象的移動、旋轉(zhuǎn)也會影響父對象。所以,要實現(xiàn)動臂缸活塞推動動臂,轉(zhuǎn)斗缸活塞拉動轉(zhuǎn)斗,必須采用正、反兩種運動,借助輔助對象虛擬體將三個層級鏈接關(guān)系綁定在一起。4.1輔助對象的創(chuàng)建分別在動臂缸銷軸P7、轉(zhuǎn)斗缸前銷軸P6和鏟斗上銷軸P9處創(chuàng)建三個輔助對象虛擬體(Dummy),并把它們分別鏈接到動臂缸活塞、轉(zhuǎn)斗缸活塞和連桿上,見圖5。4.2hdiksolter依賴反向運動控制器因液壓缸在工作時,存在缸體活塞的移動和缸體的轉(zhuǎn)動,所以需利用3dsmax提供的HDIKSolver(依賴反向運動控制器)實現(xiàn)這一功能。分別在虛擬體1→動臂缸活塞→動臂缸和虛擬體2→轉(zhuǎn)斗缸活塞→轉(zhuǎn)斗缸之間建立兩個HDIKSolver。4.3缸前銷軸p6分別將虛擬體1綁定到動臂銷軸P7,虛擬體2綁定到轉(zhuǎn)斗缸前銷軸P6,虛擬體3綁定到鏟斗上銷軸P9處。這時如果轉(zhuǎn)動鏟斗會發(fā)現(xiàn)所有對象均隨之變化,但是綁定對象的位置變化并不與實際一致,還需要限制液壓缸的滑動和轉(zhuǎn)動。4.4y軸擺動的控制根據(jù)各對象的實際運動情況施加約束,限制實際不存在的滑動和轉(zhuǎn)動。如動臂、液壓缸、鏟斗只在一定的角度范圍內(nèi)繞Y軸擺動,液壓缸桿只沿著液壓缸滑動,各銷軸只隨其父對象作平動。為了符合實際和便于控制,需限定各對象的自由度,即將鏟斗、動臂、搖臂、動臂缸、轉(zhuǎn)斗缸的移動都去掉,僅余下繞Y軸的轉(zhuǎn)動;將動臂缸和轉(zhuǎn)斗缸活塞轉(zhuǎn)動的自由度去掉,僅余其延缸體軸線的移動。約束限定設(shè)置好后,開啟IK,轉(zhuǎn)動鏟斗會發(fā)現(xiàn)所有對象均隨之變化,如圖6所示。4.5動畫的渲染加工在以上各步驟完成之后,可以將其與車身、前車架等模型組裝在一起,開始按實際工況設(shè)置動畫。播放動畫檢查無誤后,為各對象賦材質(zhì),為場景設(shè)置燈光,架設(shè)攝像機等。在不同的位置渲染單幀圖像,查看效果滿意后,開始渲染動畫并保存成所需的動畫格式,以便于對外宣傳和技術(shù)交流等。渲染后的效果如