系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)Solidworks

2013-05-16  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

 引言

    1 初級(jí)建模
 
AutodeskCAD統(tǒng)治產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)市場(chǎng)幾近長(zhǎng)達(dá)幾十年,而隨著產(chǎn)品的多元化、多樣化、復(fù)雜化以及智能化,為了縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本和更好的占有市場(chǎng)。顯然,傳統(tǒng)的二維CAD所擁有的功能就顯得捉襟見(jiàn)肘了,三維軟件代替AutoCAD就是必然的趨勢(shì)。越來(lái)越多的三維軟件在市場(chǎng)上隨處可見(jiàn),UG、proe、CATIA、SolidWorks等等。寫(xiě)這篇文章的目的,就是希望能夠?yàn)槟切┻€在為學(xué)哪種三維軟件而煩惱的的朋友指明一條道路。

SolidWorks功能齊全,操作簡(jiǎn)明,可能更加會(huì)適合剛接觸三維CAD軟件的朋友們。它大致可以劃分為以下幾個(gè)板塊:草圖繪制、三維建模、曲面建模、鈑金設(shè)計(jì)、焊接件的生成、模具板塊、裝配體、工程出圖以及Aniamtor動(dòng)畫(huà)、photowords渲染、COSMOSWorks有限元分析等等眾多模塊。我個(gè)人把前半部分稱(chēng)為初級(jí)建模,因?yàn)閼?yīng)用這些模塊的功能就可以很好的把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)。而如果用戶需要把產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)分析的話就要應(yīng)用到后半部分的模塊。

    草圖的繪制

和其他三維CAD軟件一樣,要讓SolidWorks生成三維特征并將這些特征進(jìn)行有序的疊加,從而達(dá)到設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的目的。首先,要繪制出相應(yīng)的草圖,進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行“拉伸——切除”、“放樣凸臺(tái)”、“旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)”以及“掃描”等等三維操作命令。草圖建立的將會(huì)直接影響到后續(xù)的特征建立。

區(qū)別于傳統(tǒng)的二維CAD,用戶在繪制草圖的時(shí)候,不必可以的追求坐標(biāo)的精確,可以大致的將草圖的輪廓繪制出來(lái)。然后,利用SolidWorks提供的“草圖實(shí)體編輯工具”和“尺寸標(biāo)注工具”對(duì)各個(gè)草圖圖素進(jìn)行約束。這樣,可以大大的提高繪圖的效率。同時(shí),若是用戶在建立了特征以后也可以對(duì)前面的草圖進(jìn)行修改尺寸值和幾何關(guān)系等。

    草圖繪制工具欄和尺寸標(biāo)注工具欄

以下是繪制是草圖實(shí)例:

    
    
    尺寸值修改框:用于驅(qū)動(dòng)尺寸,達(dá)到想要的值。

    三維特征建模

    1)規(guī)則實(shí)體的建模

當(dāng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是形狀比較規(guī)則的時(shí)候,直接應(yīng)用“拉伸——切除”和“旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)”一般就可以達(dá)到目的。如下面的八卦和象棋盤(pán),看似比較復(fù)雜,但是它的形狀還是比較規(guī)則的。所以只要進(jìn)行一系列的“拉伸——切除”命令將其有序的疊加就可以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

        
    八卦建模以及所應(yīng)用到的特征命令

象棋盤(pán)模型和繪制的部分命令(其中后面還需要很多部的“拉伸——切除”命令)

    2)非規(guī)則實(shí)體的建模

大部分的產(chǎn)品還是非規(guī)則的,這就需要用戶能夠很好的應(yīng)用“放樣凸臺(tái)”和“掃描”命令。對(duì)這些稍微復(fù)雜的特征操作,一般大部分都需要繪制一條直線或者曲線作為放樣或者掃描的“路徑”,繪制多條曲線作為“引導(dǎo)線”。這些技巧只有用戶親身實(shí)踐才能夠體會(huì)到。下面就有幾個(gè)實(shí)例:

             
高露潔牙膏瓶的建模,這里應(yīng)用到了多個(gè)放樣來(lái)生成瓶身和底部

       
拉簧的建模:這里應(yīng)用到了掃描,而且還利用了SolidWorks陣列特征的功能。

下面是幾個(gè)比較金典的實(shí)體建模,綜合的應(yīng)用了各個(gè)三維特征操作命令:

             
    電飯煲的建模以及部分特征步驟

    臺(tái)燈建模     

    曲面建模

相對(duì)于UG來(lái)說(shuō),SolidWorks曲面建模功能稍微薄落了一點(diǎn),但是對(duì)于不是從事汽車(chē)飛機(jī)設(shè)計(jì)的用戶來(lái)說(shuō)。我想SolidWorks提供的曲面功能已經(jīng)足夠了。

有的產(chǎn)品需要通過(guò)面的布爾運(yùn)算,先構(gòu)造其一個(gè)大致的面輪廓,然后應(yīng)用“加厚”命令對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行填實(shí)。

     
    曲面工具欄                                    特征操作工具欄

曲面的建模大致和特征的建立差不多,下面是幾個(gè)我自己建立的曲面模型。

                
    牛仔帽的曲面建模和所應(yīng)用到的曲面命令

           
    茶壺的曲面建模和部分曲面命令

    裝配體

裝配體是指有的機(jī)器是由幾個(gè)乃至幾十個(gè)部件構(gòu)成的,我們可以先把組成該機(jī)器的構(gòu)件通過(guò)Solid works保存起來(lái),然后在裝配體模塊下,約束這些構(gòu)件的空間自由度,從而達(dá)到組合成一個(gè)整體的目的。裝配好的機(jī)器可以將其爆炸,便于觀察。

        
    裝配體工具欄   各個(gè)構(gòu)件之間的約束關(guān)系

下面是水龍頭的裝配體和爆炸視圖和話筒的裝配體:

    工程出圖

    機(jī)械師的交流是借助于工程圖紙的。在SolidWorks軟件中,可以說(shuō)三維實(shí)體建模、裝配體的組裝和工程圖的出圖是相互聯(lián)系在一起的。SolidWorks工程圖模塊提供了多個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際ISO標(biāo)準(zhǔn),其中當(dāng)然也包括了我國(guó)的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)GB。所以,在眾多的三維軟件中,越來(lái)越多的機(jī)械工程設(shè)計(jì)師都比較傾向于SolidWorks。

    和傳統(tǒng)的二維CAD相比較,SolidWorks在出圖方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    1)在用CAD的時(shí)候,我們先要在腦海里大致的想像出一個(gè)模型的三視圖;而用SolidWorks可以先在零件建模模塊把模型建立起來(lái),然后導(dǎo)入工程圖紙模塊當(dāng)中,這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的生成三視圖和軸測(cè)圖等多個(gè)視圖。我們只要把相應(yīng)的視圖拖入工作窗口區(qū)就可以,而在建立剖視圖、局部視圖、斷裂視圖、投影視圖的時(shí)候也是相當(dāng)?shù)姆奖愕摹＿@只要熟練的應(yīng)用好SolidWorks和豐富的機(jī)械制圖理念。

    2)利用SolidWorks可以快速的標(biāo)注形位公差、基準(zhǔn)特征、表面粗糙度和注釋;而在以前的二維CAD版本當(dāng)中,標(biāo)注形位公差時(shí)時(shí)先要制作成塊的,現(xiàn)在有所提高在這方面。在SolidWorks軟件中,可以方便的為一個(gè)尺寸添加上下偏差、配合制、對(duì)稱(chēng)公差和配合性質(zhì)。同時(shí)SolidWorks還可以快速的標(biāo)注引線。下面是編輯形位公差的過(guò)程:

    3)SolidWorks工程圖模塊還為用戶提供了多個(gè)模板,其中包括A0、A1、A2、A3、A4等。用戶可以對(duì)這些圖紙格式進(jìn)行編輯(SolidWorks分為編輯圖紙和編輯圖紙格式狀態(tài))。當(dāng)一種圖紙格式時(shí)經(jīng)常使用的時(shí)候,可以對(duì)它制作成一個(gè)塊并保存起來(lái)。這樣在下次遇到需要使用同樣的格式的時(shí)候,可以直接將它調(diào)用出來(lái)使用。猶如下面是我保存起來(lái)的一個(gè)A4橫向圖紙的標(biāo)題欄。

    A4橫向圖紙的標(biāo)題欄

    如果出圖的是一個(gè)裝配體的工程圖,那么SolidWorks還為用戶提供了材料明細(xì)表,同時(shí)也可以對(duì)它進(jìn)行編輯和保存。下圖是一個(gè)齒輪和軸的工程圖:

    如果讀者對(duì)SolidWorks確實(shí)有所興趣的話,可以自己學(xué),當(dāng)然也歡迎和我們進(jìn)行討論交流。這里只是對(duì)SolidWorks系統(tǒng)介紹一番,不可能對(duì)工程圖的具體操作進(jìn)行詳細(xì)的解說(shuō),盡情讀者體諒。

  鈑金設(shè)計(jì)

    鈑金至今為止尚未有一個(gè)比較完整的定義,根據(jù)國(guó)外某專(zhuān)業(yè)期刊上的一則定義可以將其定義為:鈑金是針對(duì)金屬薄板(通常在6mm以下)一種綜合冷加工工藝,包括剪、沖/切/復(fù)合、折、焊接、鉚接、拼接、成型(如汽車(chē)車(chē)身)等。其顯著的特征就是同一零件厚度一致,它在汽車(chē)修復(fù)技術(shù)方面應(yīng)用的比較廣泛些,比如車(chē)體外殼被撞了個(gè)坑,就可以通過(guò)鈑金使之恢復(fù)原樣。目前的3D軟件中,SolidWorks、UG、proe、SolidEdge、等都有鈑金件一項(xiàng),主要是通過(guò)對(duì)3D圖形的編輯而得到板金件加工所需的數(shù)據(jù)(如展開(kāi)圖,折彎線等)。

    在SolidWorks中,像三維特征建模一樣,要先通過(guò)“拉伸—切除”、“旋轉(zhuǎn)拉伸”等命令生成一個(gè)零件的基體。要想建成一個(gè)鈑金模型,首先要通過(guò)“基體—法蘭/薄片”、“邊線法蘭”和“斜接法蘭”命令生成一個(gè)鈑金的基體。然后才能對(duì)生成的基體進(jìn)行“折彎”、“展開(kāi)”和“轉(zhuǎn)折”等多項(xiàng)命令的操作。同時(shí)用戶也可以通過(guò)“插入折彎”命令從現(xiàn)有保存的零件生成一個(gè)鈑金零件。需要說(shuō)明的是,鈑金模塊、三維特征建模以及和其他模塊之間是相互關(guān)聯(lián)的。在編輯一塊鈑金的時(shí)候,用戶可以通過(guò)三維特征建模命令添加到鈑金當(dāng)中去。比如,用戶可以在一塊鈑金中陣列孔。下面是“鈑金工具欄”和兩個(gè)模型:

                                                
    鈑金工具欄                                             鈑金1的設(shè)計(jì)樹(shù)

    鈑金1模型應(yīng)用到了三維特征操作命令中的陣列命令,這樣可以大大的提高建模的效率。

    鈑金1模型

    下圖是彈簧夾的半片模型以及應(yīng)用到的鈑金命令:

         
    彈簧夾半片模型                                       設(shè)計(jì)樹(shù)

    Aniamtor動(dòng)畫(huà)

    一般在SolidWorks中,后期制作的插件是沒(méi)有開(kāi)啟的,這樣可以盡量的節(jié)省電腦屏幕的資源。當(dāng)用戶需要用到這些插件的時(shí)候,隨時(shí)都可以把它們調(diào)用出來(lái)。執(zhí)行“工具/插件”菜單命令,此時(shí)會(huì)出現(xiàn)插件開(kāi)啟對(duì)話框,用戶只要在相應(yīng)的插件后面勾選就可以開(kāi)啟插件。

         
    插件開(kāi)啟對(duì)話框

    其中,包括了管道設(shè)計(jì)(SolidWorks Routing)插件、Potoworks插件、和國(guó)家標(biāo)注零件庫(kù)(SolidWorks Toolbox Browser)插件。其中標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)插件是根據(jù)GB標(biāo)準(zhǔn),SolidWorks系統(tǒng)附帶的一些基本機(jī)械零件模型,它們賦予了而不同的屬性。所以,當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器的時(shí)候,需要用到GB標(biāo)準(zhǔn)的零件時(shí),可以直接從零件庫(kù)調(diào)用出來(lái)。

當(dāng)設(shè)計(jì)師為了更好的給用戶展示所設(shè)計(jì)的機(jī)器的工作原理的時(shí)候,僅僅單靠模型的外觀是很難體現(xiàn)出各個(gè)部件之間的工作原理的。SolidWorks為了解決這個(gè)問(wèn)題,為用戶提供了Aniamtor動(dòng)畫(huà)插件。它的原理是,在特定的時(shí)間,讓一個(gè)或者多個(gè)部件按照預(yù)先設(shè)定的工作路徑工作。這樣就可以得到在這段時(shí)間內(nèi),機(jī)器的工作工程。

    對(duì)于一些簡(jiǎn)單的機(jī)器,為了觀察內(nèi)部的零件或者是調(diào)整觀察方位,我們可以通過(guò)SolidWorks附帶的“動(dòng)畫(huà)向?qū)А眮?lái)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單動(dòng)畫(huà)的生成。比如,旋轉(zhuǎn)模型、爆炸/解除爆炸、物理模擬等。而大部分機(jī)器的工作原理是沒(méi)有特定的規(guī)律的,這就需要用戶通過(guò)放置時(shí)間鍵碼來(lái)定義自由零件的工作路徑。如下圖的工業(yè)機(jī)械手臂和密碼打火機(jī)的動(dòng)畫(huà):

  
    機(jī)械手裝配體                             機(jī)械手工作動(dòng)畫(huà)的動(dòng)畫(huà)路徑

    黃色的線條代表零件的工作路徑,而中間間斷的則是說(shuō)明該零件在這段時(shí)間內(nèi)是靜止不動(dòng)的。它的工作原理是:先讓藍(lán)色的旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°,然后灰色的連接體1向下彎曲一定的角度,再讓黃色的焊槍機(jī)構(gòu)(包括藍(lán)色的抓手)繞著綠色的連接體2的上端面旋轉(zhuǎn)一定角度,當(dāng)完成焊接后,按照原來(lái)的路徑返回。這樣就機(jī)械手就完成了一個(gè)焊接的過(guò)程。

       
    密碼打火機(jī)的剖視圖                              密碼打火機(jī)的裝配總成

    密碼打火機(jī)的動(dòng)畫(huà)路徑

    機(jī)械業(yè)之所以經(jīng)久不衰是因?yàn)樗凶约旱臉?biāo)準(zhǔn),具有很好的互換性和標(biāo)準(zhǔn)性。只有這樣大家才會(huì)遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則(GB)進(jìn)行設(shè)計(jì)。SolidWorks為用戶提供了中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn),其中有標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)、鈑金快速成型工具、管道設(shè)計(jì)插件等等。而且,用戶還可以為所設(shè)計(jì)的零件賦予屬性配置,這樣當(dāng)用戶需要類(lèi)似的零件就不必再設(shè)計(jì),而是調(diào)用相應(yīng)屬性的零件。SolidWorks所制定的標(biāo)準(zhǔn)可以大大的提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率,實(shí)現(xiàn)縮短開(kāi)發(fā)周期的CAD原始目標(biāo)。

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