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        基于Solidworks的焊接機(jī)械手的系列化設(shè)計(jì)

        2013-03-17 11:09:30龍燕華
        湖南有色金屬 2013年4期
        關(guān)鍵詞:系列化工程圖草圖

        龍燕華

        (湖北省地質(zhì)勘查裝備中心,湖北武漢 430034)

        利用Solidworks這樣的新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)來完成設(shè)計(jì)工作,能夠更直觀地呈現(xiàn)零件的形態(tài),更迅速地完成零件建模和裝配,更有效地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析,更便捷地進(jìn)行更改和系列化,從而縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期,提高了產(chǎn)品的可靠性,保證了產(chǎn)品開發(fā)的一次成型。這樣也為企業(yè)節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力,降低開發(fā)成本,增強(qiáng)快速應(yīng)對(duì)市場、積極參與競爭的能力。

        1 Solidworks簡介

        Solidworks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)[1]。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、技術(shù)創(chuàng)新是Solidworks的三大特點(diǎn),使得Solidworks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。Solidworks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。Solidworks不僅提供如此強(qiáng)大的功能,同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說,操作簡單方便、易學(xué)易用。

        2 焊接機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析

        Solidworks軟件本身提供了自上而下和自下而上兩種設(shè)計(jì)方法,兩種方法各有自己的優(yōu)點(diǎn)和不同的應(yīng)用范圍。但是自上而下的設(shè)計(jì)方法對(duì)軟硬件的要求都很高,因此這里采用自下而上的設(shè)計(jì)方法,首先進(jìn)行零件建模。

        2.1 焊接機(jī)械手的零件建模

        Solidworks的零件建模是以草圖和基本特征為基礎(chǔ)。它的草圖繪制尤其簡單,在繪制的過程中設(shè)計(jì)者不需要考慮尺寸,而只需要繪制基本形狀。因?yàn)橐猿叽鐬轵?qū)動(dòng)的Solidworks草圖,便于設(shè)計(jì)者隨時(shí)修改。在零件建模的過程中,主要應(yīng)該考慮的是設(shè)計(jì)者意圖的表達(dá)形式,因?yàn)橥涣慵谌S建模過程中,可能有多種建模方法[2]。因而,最恰當(dāng)、最簡單的建模方式,是一個(gè)好的設(shè)計(jì)者應(yīng)該追求的方向。焊接機(jī)械手包含有基座、連桿機(jī)構(gòu)、連接套和焊接頭四大部分。其零件構(gòu)成主要為軸類、齒輪和基本桿和座類零件,不涉及機(jī)架類焊件和鈑金件,建模過程比較簡單。齒輪和軸類三維建模時(shí)分別可以采用的兩種設(shè)計(jì)方法:對(duì)于齒輪,一種方法是先利用拉伸特征生成齒輪圓柱形齒坯,然后再利用掃描切除、拉伸切除或者放樣切除方法切除齒槽的部分;第二種方法是先在草圖中繪制出齒輪的二維齒廓線,然后通過拉伸特征,得到齒輪的實(shí)體模型。對(duì)于直齒圓柱齒輪來說,由于其端面的形狀便是齒廓的輪廓形狀,所以在本文中所繪制的直齒輪均采用了這種方法。對(duì)于軸類的三維建模設(shè)計(jì),一種方法是采用草圖旋轉(zhuǎn)而成,另一種方法是對(duì)各軸段依次拉伸凸臺(tái)而成,然后切除鍵槽。其中軸上的長槽的創(chuàng)建時(shí),可采用Solidworks草圖中的直槽口。零件建模過程中,應(yīng)該養(yǎng)成良好的習(xí)慣,及時(shí)定義零件的名稱、材料、顏色等相關(guān)配置信息,為下一步設(shè)計(jì)分析做準(zhǔn)備?;S零件圖如圖1所示。

        圖1 基座

        2.2 焊接機(jī)械手的裝配和檢查

        Solidworks提供的裝配平臺(tái)也是比較自由的,設(shè)計(jì)者根據(jù)零件點(diǎn)、線、面的配合關(guān)系來搭建裝配體,可以隨時(shí)修改零件和配合關(guān)系,可以隨意地根據(jù)自己的設(shè)計(jì)意圖更改零件的固定或者浮動(dòng)模式,可以根據(jù)裝配需要隱藏或者顯示零部件,也可以根據(jù)裝配體重建復(fù)雜程度的需要壓縮或者解壓零部件。焊接機(jī)械手的裝配零件數(shù)目較少,可以直接組成裝配體,不需要多級(jí)子裝配體。在裝配體仿真之前,設(shè)計(jì)者可以直接將各零件設(shè)置成完全定義,以便檢查裝配關(guān)系是否遺漏。焊接臂子裝配體和總裝配體如圖2、圖3所示。

        圖2 焊接臂

        圖3 裝配圖

        在裝配體完全定義之后,干涉檢查、質(zhì)量特性和間隙驗(yàn)證是利用Solidworks進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步。這三個(gè)工具,可以知道干涉關(guān)系、檢查尺寸錯(cuò)漏、核算質(zhì)量特征。通過這一步的檢查和修正之后,焊接機(jī)械手應(yīng)該是一個(gè)完全定義、參數(shù)明確,沒有干涉、質(zhì)量合適的裝配體,可以進(jìn)一步進(jìn)行仿真分析。

        2.3 焊接機(jī)械手的仿真分析

        Solidworks提供了強(qiáng)大的算例分析工具,不同版本可能稍有差異。其中Simulation是其專門的模擬插件,提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。Solidworks Simulation憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持,能夠使用個(gè)人計(jì)算機(jī)快速解決大型問題[3],打開Simulation插件,分析焊接機(jī)械手,優(yōu)化應(yīng)力集中點(diǎn)。

        2.4 焊接機(jī)械手的工程圖生成

        焊接機(jī)械手仿真分析完成、修正優(yōu)化之后,利用Solidworks軟件中的工程圖模塊將零件圖和裝配圖生成設(shè)計(jì)圖紙。自動(dòng)標(biāo)注尺寸,生成明細(xì)表和標(biāo)題欄,通過人工標(biāo)注修改尺寸。由于Solidworks各模塊具有全相關(guān)性[4],當(dāng)系統(tǒng)對(duì)某一模塊中任一尺寸進(jìn)行修改時(shí),相對(duì)應(yīng)其它模塊的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新??傃b配圖的工程圖輸出如圖4所示。

        圖4 工程圖

        2.5 焊接機(jī)械手的系列化設(shè)計(jì)

        Solidworks可以將 Microsoft Excel表格內(nèi)嵌到Solidworks文件里面作為系列零件設(shè)計(jì)表[5]。通過系列零件設(shè)計(jì)表來控制模型的相關(guān)屬性(約二十多種屬性可被系列零件設(shè)計(jì)表控制)??梢院芊奖愕貙?duì)零件或裝配體進(jìn)行配置。采用Solidworks軟件中的系列零件設(shè)計(jì)表,使系列化設(shè)計(jì)過程變得簡單、重復(fù)性工作少,從而提高了設(shè)計(jì)人員的效率。本設(shè)計(jì)中的焊接機(jī)械手,零部件全部相同,只是尺寸大小有別,依照系列零件設(shè)計(jì)表設(shè)計(jì)不同大小尺寸,即可獲得相關(guān)不同系列的焊接機(jī)械手,大大簡化了系列化設(shè)計(jì)的過程。系列化設(shè)計(jì)表截圖如圖5所示。

        圖5 系列化設(shè)計(jì)表

        3 結(jié)語

        利用Solidworks對(duì)焊接機(jī)械手進(jìn)行三維設(shè)計(jì),包含了零件建模、搭建裝配體、仿真分析、工程圖生成、系列化等五個(gè)部分。三維實(shí)體設(shè)計(jì)直觀性強(qiáng)、參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn),保證了設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)意圖的完美呈現(xiàn),最大限度地將分析和驗(yàn)證留在了設(shè)計(jì)階段,縮短了設(shè)計(jì)周期,降低了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成品,為現(xiàn)代企業(yè)參與激烈的市場競爭提供了技術(shù)保障。

        [1] 沈海榮.基于VB技術(shù)的Solidworks二次開發(fā)方法[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2004,(2):22-24.

        [2] 陳超祥,葉修梓.Solidworks零件與裝配體教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [3] 陳超祥,葉修梓.Solidworks Simulation基礎(chǔ)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [4] 劉宏芹.Solidworks2010中文版從入門到精通[M].北京:中國鐵道出版社,2010.

        [5] 彭和平.基于Solidworks的零件系列化設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化加工技術(shù),2004,(8):12-14.

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