SolidWorks的自頂向下裝配與參數(shù)化技術(shù)

2013-05-24  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

介紹了在SolidWorks中自頂向下的裝配設(shè)計(jì)過(guò)程和實(shí)施方法,提出以"頂層基本骨架"作為自頂向下設(shè)汁時(shí)信息傳遞的橋梁,并以具體實(shí)例實(shí)現(xiàn)了裝配過(guò)程和參數(shù)化設(shè)什。

作者: 水俊峰 吳宗佳 陳樹(shù)曉 吳淑芳 王宗彥 來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 自頂向下 參教化技術(shù) 裝配

現(xiàn)代工業(yè)制造中,產(chǎn)品裝配的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能、可維修性和可回收性等,傳統(tǒng)的產(chǎn)品裝配大多以零件兒何模型為基礎(chǔ),在零件詳細(xì)幾何模型的基礎(chǔ)上搭建裝配模型,這種從零件模型構(gòu)建裝配模型的方法稱為自底向上的裝配方法。然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員首先進(jìn)行概念設(shè)計(jì),再經(jīng)過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì),最終得到產(chǎn)品的裝配,一開(kāi)始零件的幾何模型并不確定,隨著設(shè)計(jì)的深入和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的細(xì)化,逐步建立起清晰的產(chǎn)品裝配模型和零件模型,我們把這種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法稱為自頂向下的裝配模式,這種方法增加了零件之間的關(guān)聯(lián)性,使設(shè)計(jì)層次變得更清晰,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的傳遞、共享、繼承,特別適用于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的并行工程和協(xié)同設(shè)計(jì)。
   
參數(shù)化設(shè)計(jì)是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種高效、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方法.它一般是指零件、部件比較定型,用一組參數(shù)來(lái)控制模型的結(jié)構(gòu)尺寸和拓?fù)潢P(guān)系,參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式的對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時(shí),就可驅(qū)動(dòng)模型,獲得滿足設(shè)計(jì)要求的裝配模型以及相對(duì)應(yīng)的零件模型。因此,將自頂向下的模型裝配技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合,對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系列化、提高設(shè)計(jì)效率具有重要意義。本文即以國(guó)家"863"項(xiàng)目"橋式起重機(jī)智能化設(shè)計(jì)"中的某一部件為例,使用SolidWorks,通過(guò)自頂向下方式對(duì)其進(jìn)行裝配和參數(shù)化設(shè)計(jì)。
   
    1自頂向下的裝配設(shè)計(jì)
   
自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是從產(chǎn)品的頂層開(kāi)始通過(guò)在裝配過(guò)程中可以隨時(shí)設(shè)計(jì)零件來(lái)完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。為此,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié),按照該產(chǎn)品的最基本的功能和要求,在設(shè)計(jì)頂層先構(gòu)造出一個(gè)"基本骨架",稱之為"頂層基本骨架"(TBS),隨后的設(shè)計(jì)過(guò)程基本上都在這個(gè)"頂層基本骨架"的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制、修改、細(xì)化、完善并最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。從產(chǎn)品的空間結(jié)構(gòu)上來(lái)看,產(chǎn)品的"頂層基本骨架"類似于該產(chǎn)品的裝配草圖,它能代表產(chǎn)品模型的主要空間形狀和空間位置,能基本反映構(gòu)成產(chǎn)品的各個(gè)子模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系以及其主要功能,是整個(gè)產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)過(guò)程中的核心內(nèi)容,是各個(gè)子裝配之間相互聯(lián)系的中間橋梁和紐帶。TBS的主要功能包括:①管理功能:頂層基本骨架可以被用來(lái)管理大型的裝配設(shè)計(jì),允許設(shè)計(jì)者只調(diào)出頂層裝配的基本骨架到內(nèi)存中來(lái)控制整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及其變更,頂層基本骨架包含了重要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),如基座的位置、產(chǎn)品的外型、子裝配、零件及設(shè)計(jì)參數(shù),可以在頂層基本骨架上對(duì)其進(jìn)行更改,而這些更改將被傳遞到其下的所有子系統(tǒng)中。②組織功能:頂層基本骨架可以增強(qiáng)零件在裝配中的相互關(guān)聯(lián)和依賴性,這些存在于實(shí)際裝配之中的相互關(guān)聯(lián)和依賴關(guān)系可以很好地從最初的總體布局中被捕獲并抽取出來(lái),構(gòu)成頂層基本骨架,為子裝配體和零件所享用。③共享數(shù)據(jù)功能:一個(gè)有組織的裝配基本骨架允許信息在不同層次間被共享,如果在某一層發(fā)生改變,那么和它相關(guān)聯(lián)的裝配和零件都能夠獲得這種最新的更改,④設(shè)計(jì)變更的傳遞功能:可以用TBS來(lái)控制變更,產(chǎn)品的變更結(jié)果在零件中表現(xiàn)而在產(chǎn)品的頂層實(shí)施。
   
    2.自頂向下裝配設(shè)計(jì)的步驟
   
    2.1建立"頂層基本骨架"
   
考慮到自頂向下設(shè)計(jì)的特點(diǎn),并結(jié)合具體產(chǎn)品模型的特殊裝配結(jié)構(gòu),所有零件均采用自身的基準(zhǔn)面和設(shè)計(jì)草圖中的要素(點(diǎn)、線、基準(zhǔn)面)進(jìn)行定位,而不用零件自身的特征要素定位,以避免個(gè)別零件發(fā)生變更或丟失造成整個(gè)裝配體結(jié)構(gòu)解體.首先在裝配環(huán)境下繪制裝配骨架的正面草圖(見(jiàn)圖1)及側(cè)面草圖(見(jiàn)圖2).通過(guò)這兩個(gè)裝配骨架草圖,確定核心零件的外形尺寸,表示出零件之間的裝配位置、相互關(guān)聯(lián)特性等。在草圖繪制過(guò)程中要充分使用約束關(guān)系及尺寸之間的方程式,減少不必要的草圖尺寸,從而使布局草圖簡(jiǎn)潔而又能清晰地表達(dá)出裝配零部件的約束關(guān)系、位置關(guān)系、尺寸關(guān)系及結(jié)構(gòu)功能。

    
根據(jù)上述裝配步驟可以快速高效地完成模型裝配(見(jiàn)圖3),模型中部分零件以"透明"的方式顯示,從中可以看到零件僅僅與裝配骨架草圖中的幾何要素發(fā)生裝配約束關(guān)系,而零件自身之間則是相互獨(dú)立的,沒(méi)有任何位置、尺寸等方面的配合關(guān)系.此時(shí),以自頂向下裝配的產(chǎn)品模型就基本完成了。

2.2 涉分析
   
裝配模型完成后,簫要進(jìn)行初步的干涉分析,實(shí)現(xiàn)的方法是:對(duì)裝配設(shè)計(jì)中的零部件的模型進(jìn)行布爾求交運(yùn)算,若有交集出現(xiàn),則說(shuō)明零部件間存在干涉,即所設(shè)計(jì)零部件不能保證可靠裝配,必須根據(jù)零部件干涉的部位和程度修改原設(shè)計(jì)。
   
    3參數(shù)化技術(shù)
   
參數(shù)化技術(shù)就是采用參數(shù)預(yù)定義的方法建立圖形的集合約束,指定一組尺寸作為參數(shù)使其與幾何約束集相關(guān)聯(lián),并將所有的關(guān)聯(lián)式融人到應(yīng)用程序中,然后通過(guò)對(duì)話框以人機(jī)交互方式修改參數(shù)尺寸,最終由程序根據(jù)這些參數(shù)及其變化順序地執(zhí)行表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有著明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)完成對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì),它儲(chǔ)存了設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程,能設(shè)計(jì)出一系列的在形狀和功能上相似的產(chǎn)品模型。正是有了這種參數(shù)化建模技術(shù),才使得數(shù)據(jù)的改變?cè)诓煌瑢哟沃g的傳遞變得唯一和及時(shí)。

    
    3. 1確定設(shè)計(jì)參數(shù)
   
針對(duì)本次設(shè)計(jì),首先確定各個(gè)零部件的性能參數(shù)、幾何尺寸系列、基本結(jié)構(gòu)布局與零部件之間的結(jié)合形式。這些參數(shù)將作為裝配體的主驅(qū)動(dòng)參數(shù),讓次要參數(shù)依附于主要參數(shù),利用方程式建立起次要參數(shù)與主要參數(shù)之間的變化關(guān)系或幾何約束關(guān)系,圖4為零件特征尺寸與裝配骨架草圖之間的方程式。
   
    3.2參數(shù)驅(qū)動(dòng)
   
參數(shù)確定以后,利用Visual Basic開(kāi)發(fā)工具與SolidWorks API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng),編輯人機(jī)交互操作設(shè)計(jì)界面(見(jiàn)圖5),并進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)和零部件之間干涉檢驗(yàn)。應(yīng)用程序可嵌人到SolidWorks系統(tǒng)中,加載后,應(yīng)用程序菜單直接出現(xiàn)在SolidWorks主菜單上,如同該軟件的其它功能模塊一樣。部分程序代碼如下:

    
    4結(jié)論
   
本文基于SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件,利用自頂向下的裝配設(shè)計(jì)方法,建立起參數(shù)化模型,為起重機(jī)設(shè)計(jì)提供了高效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。借助該系統(tǒng),設(shè)計(jì)入員通過(guò)更改裝配模型的主要驅(qū)動(dòng)參數(shù),可以自動(dòng)并實(shí)時(shí)地更新不同型號(hào)的系列產(chǎn)品;在生成產(chǎn)品零件、裝配體模型的同時(shí)自動(dòng)更新工程圖,并進(jìn)行相應(yīng)的工程分析。采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì),對(duì)提高設(shè)計(jì)效率,縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力及靈活的市場(chǎng)反應(yīng)能力有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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