一、引言
当今的制造业的竞争越来越激烈，根据企业竞争的需要，在强调快速和柔性的前提下，提出了一种新的制造装配技术，它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持，在产品设计或制造实现之前，就能使人感到未来产品的性能或制造装配过程，从而提前作出决策和优化实施方案，这就是虚拟制造。如何能实现这种技术，关键还在于它的三种支持技术的发展。
CAD技术从二维绘图起步，在短短的二三十年内，取得了丰硕的成果，特别在CAD的三维软件方面，涌现出一大批商用的CAD系统。由于这些三维CAD系统具备完整的数据库，使得在二维制图、空间运动分析、装配技术、造型设计、应力应变分析、动画演示、NC刀具轨迹仿真等方面有着强大的工具支持功能，因此这项技术已被广泛地应用工程设计的各个领域，为虚拟制造技术的实现提供了前提。
在具体的机械设计过程中，设计人员需要一种直观的、可视的设计软件，充分表达部件的装配形态。本文将以INVENTOR软件为应用对象，提出部件虚拟装配的设计方法。
二、 INVENTOR软件的三维装配
INVENTOR软件是AUTODESK公司推出的可实现虚拟样机设计的三维实体造型软件，它是一个基于并行工程的CAD系统，具有特征化、参数化、自适应功能和在位装配等多项功能。使用INVENTOR软件可以实现对部件的三维虚拟装配。
2.1、部件装配模型的描述
机械产品是由具有层次关系的零部件所组成的系统。这种层次性主要表现为隶属与顺序两种关系。一个部件可以分解为若干零件或子部件，子部件还可以再分解为若干更下层的零件和子部件，这种关系就是装配的隶属关系。在装配机器时，装配零部件总是按一定的装配次序进行的，它首先由零件组装为部件，然后再参与整机的装配，这种关系就是装配的顺序关系。这种层次性的关系可用相应的装配树来表达。在图1中为组合机床部件的装配树示意图，它展示了机床总装配与各分部件装配的层次关系。 为实现这种层次性的关系，零部件间就要有相应的约束。这种零部件间的参数约束关系可以反映在三个方面：其一为零部件相互位置约束关系，主要表现为零部件间的空间位置关系及其部件间的组合形式，这是约束关系的静态形式；其二为零部件间的运动约束关系，这是约束关系的动态形式；其二为零部件间的自适应关系，这种关系表现为可根据装配原有的约束条件自动改变自身的大小和特征的大小以满足装配约束的限制。自适应零件具有欠约束的特征，可以根据约束关系来调整自身的尺寸大小。
图1组合机床装配树
部件的装配就是要实现这种具有层次性的约束关系。在INVENTOR软件中，就是根据这一模型来设计实现部件装配的，这表现为INVENTOR软件部件装配工作环境下，引进了部件浏览器和装配约束工具条，主要包括装配约束、运动约束和过渡约束及其自适应设计功能。其中装配约束是最常使用的方式，它包括配合、对准角度、相切和插入四种情况，这是最常用的约束关系。下表列出这四种约束的组成。
2.2、INVENTOR软件进行虚拟装配的设计方法
INVENTOR软件进行虚拟装配的设计方法主要有两种方式。一种是自下而上的装配设计，一种是自上而下的装配设计。
自下而上的装配设计是事先设计好了产品中的零部件的几何模型，再将几何模型添加到产品的总装中。它要求在装配设计前，设计者要预先设计好各零件的三维模型，并将其带入到部件的装配环境中，用装配约束实现虚拟装配。在自下而上的装配设计中，插入的零件或子部件在装配上可能会出现一些问题，这是由于零件是分别设计出来的，会出现某些尺寸的不统一。解决问题的方法有两个，一种是检查各零件的尺寸，若出现不匹配的情形应修改相关零件，在装配环境下该零件会自动随之变化。另一种方法是将各零件设置为自适应关系，这样一来，当零件的特征被约束到其他的零部件时，会在当前设计中自动调整零件的大小。自下而上的装配设计的基本步骤如下：
（1）新建一个装配部件几何模型或打开一个存在的装配部件几何模型。
（2）选择要装配的零部件几何模型，分别加入到当前的新建模型中
（3）对各零件按适当的装配约束将其定位，如果可能，可事先按制造过程的装配顺序放置零部件。
在设计新产品时，通常可选择自上而下的装配设计方法。自上而下的装配设计方法是先创建一个有零部件模板和装配关系的总装，再为各零部件建立几何对象。这种设计通常是对产品的概念设计。它突出的优点在于，在设计或修改新零件时可实时获得现有零件的位置信息，并使用现有零件的特征进行设计。
在真正的装配体设计时，通常会混合使用这两种方法。
2.3、INVENTOR软件虚拟装配的基本过程
基于INVENTOR软件在虚拟装配的特点，结合生产设计的实践,使用INVENTOR软件可以实现对零部件的虚拟装配。下面接合组合机床设计方案的实例，说明一下使用INVENTOR软件进行虚拟装配的过程，这个过程是采用自下而上的装配设计方法实现的。
（1）在INVENTOR的新建装配体环境下创建新的部件。
（2）在新的部件环境下，导入相关的机床通用部件和专用部件。
（3）制定装配方案，对各子部件依据装配关系进行装配约束的设置，完成总装。
（4）在INVENTOR的新建工程图环境下，将三维总装转变为二维工程图纸，将其导入到AUTOCAD中进行标注，填写相关说明，打印出图。
三、结束语
用INVENTOR软件进行虚拟装配时，应根据具体情况选择装配的设计方法，制定相关的装配方案，在装配注意组装的顺序和位置，设置正确的装配约束条件。对部件的虚拟装配可丰富产品的设计手段，使设计的内容更加形象，立体，可视，增强设计的层次和可信度，提高企业的竞争力。
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