基于裝配關(guān)聯(lián)的CAD軟件

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

從未來的發(fā)展看,以Inventor為代表的新CAD軟件,必將為機(jī)械設(shè)計(jì)師帶來更為稱手的設(shè)計(jì)工具,提升設(shè)計(jì)質(zhì)量,進(jìn)而明顯提高設(shè)計(jì)效率。

陳伯雄來源:CAD/CAM與制造業(yè)信息化
關(guān)鍵字:裝配關(guān)聯(lián) CAD 幾何模型

無論是何種CAD軟件,最基本的功能就是構(gòu)建二維或三維的幾何模型,這是CAD軟件的及格線。一個(gè)CAD系統(tǒng)主要應(yīng)當(dāng)包括三方面的內(nèi)容:第一,幾何構(gòu)成的創(chuàng)建、修改、保存等功能,幾何模型數(shù)據(jù)庫;第二,專業(yè)設(shè)計(jì)支持功能;第三,非幾何模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫,以及這些數(shù)據(jù)的管理功能。

設(shè)計(jì)是創(chuàng)建、策劃、構(gòu)思的意思。設(shè)計(jì)是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程,只有經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的、有一定天賦的人才能完成。在設(shè)計(jì)時(shí),各個(gè)相關(guān)要素(如在裝配下的零件、在零件上的結(jié)構(gòu)、在結(jié)構(gòu)中的形狀和尺寸等等)需要反復(fù)調(diào)整、配湊,這是設(shè)計(jì)過程中始終存在的動(dòng)作。

以設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)專用桌椅為例。設(shè)計(jì)的原始條件有兩個(gè):一是在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的人,二是現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)。根據(jù)人體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)學(xué)尺寸,可以確定椅子坐面高應(yīng)為410mm,桌子面高700mm,這是最舒服的尺寸。根據(jù)具體計(jì)算機(jī)的尺寸,可以確定放鍵盤的部位應(yīng)不少于750mm×250mm,17寸顯示器距鍵盤外沿為450mm,因此桌子的面積至少是750mm×800mm。

之后進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì),確定結(jié)構(gòu)、外觀、裝配關(guān)系、工藝方法、材質(zhì)、顏色的設(shè)計(jì),還要考慮可維護(hù)性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果、可加工性、受力狀態(tài)等問題。最后才能產(chǎn)生裝配工程圖和零件工程圖,投入試制。從產(chǎn)生需求到確定大致結(jié)構(gòu),再到設(shè)計(jì)具體零部件,最后完成最終結(jié)構(gòu),這就是設(shè)計(jì)的基本過程。

最后,還要考慮如果將電子管顯示器更換成液晶顯示器,這個(gè)設(shè)計(jì)隨之改變的可能性。這就要求在這個(gè)過程中,所有零部件的設(shè)計(jì)都要與相關(guān)的零部件聯(lián)系,在裝配關(guān)系控制下確定參數(shù)。所以,能不能很好地支持自頂向下的創(chuàng)成設(shè)計(jì)構(gòu)思,完成基于裝配關(guān)系的關(guān)聯(lián)零件設(shè)計(jì),是評(píng)價(jià)CAD軟件能力的主要指標(biāo)。

設(shè)計(jì)過程的實(shí)質(zhì),就是對(duì)尚未定型的對(duì)象進(jìn)行模擬加工、模擬裝配等一系列動(dòng)作, 直到滿足各個(gè)設(shè)計(jì)約束條件,完成最終的幾何模型。反過來說,設(shè)計(jì)方案的確定,就必須與被設(shè)計(jì)對(duì)象未來的加工、測量、裝配和結(jié)構(gòu)緊密相關(guān),不可脫節(jié)。

如何在CAD軟件中盡量完整地再現(xiàn)這樣的思維過程?各種專門的仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生,人們可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行過去生產(chǎn)現(xiàn)場才能完成的過程。這是CAD系列軟件永恒追求的目標(biāo),也就是學(xué)術(shù)界講的“虛擬設(shè)計(jì)”的主要意思。

于是,在現(xiàn)有的軟件功能的基礎(chǔ)上盡可能多地實(shí)現(xiàn)這種“再現(xiàn)”,或者說規(guī)則的對(duì)應(yīng),成為目前CAD軟件的發(fā)展重點(diǎn)。而眼前能夠解決的,也是最需要解決的,就是“基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”。我們以Inventor軟件為例,它最具特色的功能主要表現(xiàn)在四方面。

1.參數(shù)化算法下的設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)

在零件設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)參數(shù)可以在造型中產(chǎn)生,也可以由用戶自定義。一個(gè)主零件的參數(shù),可以通過衍生關(guān)聯(lián)到其他的許多零件,并在模型中直接使用。這樣,當(dāng)主零件參數(shù)改變后,關(guān)聯(lián)零件將跟隨更新。這就表現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的主要構(gòu)思:這個(gè)零件的某尺寸,與某零件一樣,或者相關(guān)。

2.變量化算法下的裝配關(guān)聯(lián)

在裝配設(shè)計(jì)中,設(shè)置新零件的形狀草圖成“緩約束”狀態(tài),剩余約束通過裝配功能添加,最后造成與老零件之間的關(guān)聯(lián)。在老零件做了修改之后,新零件將依照裝配關(guān)系跟隨更新。這就表現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的另一個(gè)主要構(gòu)思:在裝配中某零件的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)零部件是某種關(guān)系。

3.草圖在設(shè)計(jì)中的作用

在Inventor中,草圖不僅僅是特征的基礎(chǔ),也能參與裝配設(shè)計(jì),可作為零部件的裝配基準(zhǔn)、甚至用于機(jī)構(gòu)的動(dòng)作模擬。從而圓滿完成了幾何范圍內(nèi)的概念設(shè)計(jì)和后期應(yīng)用。這就完成了設(shè)計(jì)中的“骨頭”,并可以在此基礎(chǔ)上長出“肉”,完成最終設(shè)計(jì)的概念約束條件。

4.設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理

這個(gè)功能已經(jīng)超越了“圖檔管理”的概念,是從設(shè)計(jì)項(xiàng)目切入的管理,將自動(dòng)地、完整地控制相關(guān)模型、裝配、工程圖和其他輔助信息,在版本、相互關(guān)聯(lián)等方面的管理。像找不到復(fù)雜裝配設(shè)計(jì)中的某張工程圖這種事就不會(huì)發(fā)生了。

這些主要特色功能,是對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)則更為完整而精確的表達(dá)手段,同時(shí),使設(shè)計(jì)人員從繁雜的操作中解脫出來,把更多的精力集中在設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)和修飾上。

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