SolidWorks的三維夾具CAD系統(tǒng)研究

2013-05-09 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者:殷國富陳佳徐雷

夾具作為制造企業(yè)中重要的基礎工藝裝備,廣泛應用于加工、檢測和裝配等制造過程中。夾具設計的效率直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)準備時間和產(chǎn)品成本。由于市場競爭的加劇和企業(yè)信息化的需要,企業(yè)對計算機輔助夾具設訊CAFD淇有強烈的需求。計算機輔助夾具設計(CAFD)是通過計算機軟件程序來完成夾具設計計算、結構設計、總裝圖和零件圖的繪制,及制定出夾具零件的數(shù)控加工程序等工作。計算機輔助夾具設計是CAD/CAM系統(tǒng)中一個獨立的部分,它和計算機輔助工藝規(guī)程設計(CAPP)共同構成CAD和CAM之間的接口,而它和CAPP又是彼此相互提供信息和作出決策的兩個獨立的系統(tǒng)。

目前的蘭維軟件的參數(shù)化設計、裝配模擬,干涉檢驗以及有限元分析等功能為計算機輔助夾具設計提供了強有力的技術支持,從而使如何在三維平臺下進行夾具設計成為研究的熱點。

    1、三維CAFD系統(tǒng)結構體系

機床夾具是山定位元件(或組件)、對刀元件、導向元件(或組件)、夾緊元件(或組件)及夾具體等幾個基本單元組成。機床夾具的設計的特點主要體現(xiàn)在:夾具的各個組成部分可以分別進行設計。與一般的產(chǎn)品設計相比,夾具設計的重構性還是比較強的。因此,CAFD系統(tǒng)主要完成以下幾個方面的設計:定位、對刀、導向、夾緊、夾具體等。每一個設計內(nèi)容都應包括方案確定和元件選擇。在三維設計平臺下,計算機輔助夾具設計的過程一般要經(jīng)歷概念設計、技術設計和洋細設計三個階段。

夾具設計過程不僅需要大量的有關零件設計、工藝和加工的數(shù)據(jù),同時還需要設計人員具有很豐富的領域知識和設計經(jīng)驗。根據(jù)夾具設計要求和系統(tǒng)功能分析.將三維CAFD系統(tǒng)分為以下幾個功能部分:信息輸入功能部分、輔助方案設計功能部分、設計校驗功能部分和結果輸出功能部分。輸入信息包括:工件信息、工序信息、設備信息三個部分;夾具方案設計需要設計定位方案、對刀導向方案、夾緊方案、夾具體方案;夾具設計校驗主要是指定位精度評估和夾緊力的校核;最后一個過程是輸出設計結果,包括元件圖、裝配圖BOM表,并更新數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)結構如圖1所示。

系統(tǒng)的基層是由數(shù)據(jù)庫、實例庫、方案庫和圖形庫作為支持。數(shù)據(jù)庫中主要包括夾具結構元素數(shù)據(jù)庫:標準、手冊資料信息數(shù)據(jù)庫(公差、配合、粗糙度等);設備資料數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫要求是開放性的,必要時可由設計者向數(shù)據(jù)庫內(nèi)增加必要的其他信息。

系統(tǒng)的信息輸入部分的數(shù)據(jù)主要是指需輸入到計算機中的夾具圖的各種有效信息:尺寸、形狀及位置公差、表面粗糙度等。此部分數(shù)據(jù)既可以從數(shù)據(jù)庫中讀取,也可以由用戶輸入。

系統(tǒng)提供基于實例和人機交互兩種方式輔助用戶生成夾具設計方案。夾具零件及裝配圖的重新生成方法中最常用的是利用尺寸驅動技術,通過讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)或者是用戶通過人機交互界面輸入的數(shù)據(jù)來驅動零件或裝配圖,從而生產(chǎn)符合用戶要求的零件或裝配圖。

三維CAFD系統(tǒng)可以集CAD/CAE/CAM于一體.能夠在立體造型設計的基礎上進行產(chǎn)品的模擬裝配、有限元分析計算、機構運動仿真、計算機輔助制造等,把設計、分析、制造集于一體。

2夾具三維圖形庫與夾具裝配體的建模方法

2.1基于SolidWorks的夾具三維圖形庫的建立

SolidWorks是目前廣泛應用的完全基于Windows的三維CAD/CAE/CAM軟件。它采用與UG相同的底層圖形核心Parasolid,具有強大的基于特征的參數(shù)化實體建模能力,可以完成復雜的產(chǎn)品設計和產(chǎn)品裝配過程。SolidWorks通過OLE(對象鏈接與嵌入)技術為用戶提供了強大的二次開發(fā)接口,凡支持OLE編程的開發(fā)工具,均可用于SolidWorks的二次開發(fā),創(chuàng)建出用戶定制的專用模塊。

    夾具圖形庫是指以一定形式表示用于夾具設計的子圖形的集合。本系統(tǒng)的圖形庫主要有通用件(螺釘、螺母等)圖形庫、夾具標準件(定位元件、夾緊元件、導向元件、對刀原件)圖形庫和企業(yè)常用件(夾具體等〕圖形庫。它的作用是使夾具系統(tǒng)能裝配出一張符合要求的夾具裝配圖。夾具圖形庫是建立三維CAFD系統(tǒng)的關鍵。夾具圖形庫結構如圖2所示。

夾具三維圖形庫的開發(fā)方法是在SolidWork\s下建立大量的通用件、夾具標準件和企業(yè)常用件的零件圖形庫,并按照機械零件手冊和夾具設計手冊等工具書上的數(shù)據(jù)建立工程數(shù)據(jù)庫,在此基礎上,編寫程序(如VB, VC, Delphi等)調(diào)用SolidWorks的API函數(shù)實現(xiàn)對圖庫零件的尺寸參數(shù)驅動。

2.2基于SolidWorks的夾具裝配體建模方法

    本系統(tǒng)可運用交互式方法在SolidWorks裝配環(huán)境下,以要設計夾具的零件工序圖(3D模型)為裝配的基礎,按照手動繪制夾具總裝圖的步驟,交互式調(diào)用夾具圖形庫中的定位元件、夾緊元件及機構、導向元件裝置等零件圖。在裝配體建模過程中,實際上是用二次開發(fā)所得,加載在SolidWorks裝配體生成環(huán)境下的菜單項,對上述元件實現(xiàn)尺寸驅動,進行裝配,最后根據(jù)夾具總的布局設計夾具體生成整個機床夾具裝配體。

在SolidWorks環(huán)境下,可迅速的對夾具裝配體進行裝配干涉檢查和誤差分析,大大提高了沒計效率。同時在夾具三維圖形庫中調(diào)用的零件模型,可利用 SolidWorks的COSMOSX-press進行受力應力狀況分析,再轉換到內(nèi)嵌于SolidWork:的軟件的COSMOS/Works進行更高級的有限元分析。這樣就可以實現(xiàn)機床夾具的計算機輔助設計校驗。裝配體還可用Solidworks自帶的一個插件Animator(動畫軟件)對夾具進行運動仿真,即給定夾具中可以運動的零件的運動方式和運動路徑,使裝配體產(chǎn)生運動,從運動過程可以看出各零件是否會產(chǎn)生運動的干涉,以便及時修改。 Solidworks可以把運動過程生成AVI動畫文件,保存后可以脫離軟件環(huán)境獨立運行。

在三維設計環(huán)境SolidWorks下完成元件的具體設計和裝配圖設計,并進行裝配干涉檢驗和誤差分析等內(nèi)容,從而可以檢驗概念設計的正確與否,并可糾正概念設計中的錯誤和不合理之處。

詳細設計是夾具設計的最后階段,主要工作是完成夾具二維圖形的設計。目前的三維設計軟件SolidWorks具有從三維生成二維工作圖,而且具備雙向關聯(lián)的能力,并且具有三維實體全面尺寸約束和特征修改能力,因此能在設計中修改尺寸形狀。

3應用實例及結論

本文提出了一種在SolidWorks平臺基礎上的三維CAFD系統(tǒng)的結構體系。通過建立SolidWorks二次開發(fā)的夾具三維圖形庫,以及 SolidWorks在夾具設計時在裝配體建模和分析中的運用方法,提出開發(fā)基于SolidWorks三維平臺的CAFD系統(tǒng),用以有效提高夾具設計的效率和標準性。圖3和圖4分別為調(diào)用三維夾具圖形庫的標準件實例和在SolidWorks裝配環(huán)境下面生成的夾具裝配體的模型實例。

不斷完善SolidWorks二次開發(fā)建立的夾具三維圖形庫可以更好地滿足企業(yè)的要求,提高三維CAFD系統(tǒng)的實用性和通用性。

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