SolidWorks的堆垛機參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)

2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

以三維特征造型軟件SolidWorks 2001為平臺,采用模塊化、參數(shù)化的設(shè)計思想構(gòu)建堆垛機的相應(yīng)模塊的三維模型;以Microsoft Acces:為支撐數(shù)據(jù)庫,Microsoft Visual Basi。為開發(fā)工具,建立設(shè)計計算與三維模型的數(shù)據(jù)接口;采用有限元分析軟件COSMOS進行結(jié)構(gòu)校核,建立了面向倉儲設(shè)備堆垛機的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng).實踐證明:該設(shè)計系統(tǒng)可顯著提高設(shè)計效率與質(zhì)量,可快速響應(yīng)個性化的市場要求.

作者: 秦慧斌*張亞明*吳淑芳*王宗彥來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 模塊化參數(shù)化功能塊數(shù)據(jù)接口

0引言

隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展,GAD技術(shù)已開始由二維向三維轉(zhuǎn)移.以外購的CAD軟件為平臺進行二次開發(fā),建立起適用于企業(yè)自身特點的應(yīng)用軟件系統(tǒng),具有迫切的現(xiàn)實意義.在制造業(yè)的物流、信息流和能量流中,物流對于企業(yè)的敏捷生產(chǎn),協(xié)同管理起著舉足輕重的作用堆垛機是物流倉儲的主要設(shè)備,其系列定型產(chǎn)品占有相當比例,系列中的大多數(shù)零件或部件具有相似的外形輪廓特征,具備了參數(shù)化設(shè)計的前提條件.SolidWorks是基于Windows平臺的優(yōu)秀三維設(shè)計軟件,以其參數(shù)化和特征造型技術(shù)著稱以SolidWorks為平臺開發(fā)出堆垛機的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)可顯著提高設(shè)計效率,有利于緩解資源與任務(wù)間的矛盾,可快速響應(yīng)個性化的市場要求,對加強企業(yè)競爭力具有很強的現(xiàn)實意義.此外參數(shù)化設(shè)計大量運用現(xiàn)代化的設(shè)計手段,有利于實現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM軟件的集成,可積極地推動企業(yè)的信息化建設(shè)。

    1堆垛機模塊化、參數(shù)化的設(shè)計思想

參數(shù)化設(shè)計是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計的一種簡單、高效、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計方法.它一般是指零件或部件的形狀比較定型,用一組參數(shù)和幾何約束該模型的結(jié)構(gòu)尺寸與拓撲關(guān)系;參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)關(guān)系,當賦予不同的參數(shù)序列值時,就可驅(qū)動典型模型,達到滿足設(shè)計要求的零件模型.

堆垛機的參數(shù)化設(shè)計是基于機械結(jié)構(gòu)模塊的參數(shù)化設(shè)計,它以機械結(jié)構(gòu)模塊為設(shè)計的基本單元.機械結(jié)構(gòu)模塊是指具有尺寸互換性的機械結(jié)構(gòu)部件,其安裝連接部分的幾何參數(shù)滿足某種規(guī)定的要求,并能保證通用互換或兼容.模塊化產(chǎn)品的構(gòu)成模式等于通用模塊(不變部分)加專用模塊(變動部分聲).堆垛機的參數(shù)化設(shè)計著重解決模塊中的變動部分.

在模塊的設(shè)計過程中,首先確定各模塊的性能參數(shù),幾何尺寸系列,基本結(jié)構(gòu)布局與各模塊之間的結(jié)合形式.這些參數(shù)將作為模塊的主驅(qū)動參數(shù),讓次要參數(shù)依賴于主驅(qū)動參數(shù),利用方程式設(shè)計成某種比例關(guān)系或幾何約束關(guān)系模塊間的接口數(shù)據(jù)有定義說明,以作為設(shè)計計算模塊的數(shù)據(jù)接口和樣機模型的輸入接口,圖1為雙立柱式堆垛機的3D模型,依據(jù)堆垛機的設(shè)計和功能要求,將堆垛機劃分為標準件及通用件、貨叉裝置、從動輪組、主動輪組、導輪組、滑輪組、卷筒、天輪組、載貨臺、松繩過載、斷繩保護、緩沖器共12個模塊.

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    2模型的建立與參數(shù)化

以WJ52型雙立柱式堆垛機為例,建立各模塊的參數(shù)化3D模型在完成本步驟時應(yīng)注意以下幾點:

1)在模型建立之前應(yīng)先對零件的特征進行規(guī)劃,先建立最重要的基本特征,依次類推,最后建立輔助特征.對于一些裝飾性的特征,如:倒角、圓角,對零件的整體形狀影響較小,但非常容易造成參數(shù)化驅(qū)動失敗,因而最好放到最后生成。

2)標準件及通用件按零件設(shè)計手冊中的公稱尺寸參數(shù)構(gòu)建模型,有固定關(guān)系的尺寸參數(shù)應(yīng)在模型中建立方程式利用數(shù)據(jù)庫Access為每一種標準件建立數(shù)據(jù)庫,如:螺栓、墊圈、螺釘、鍵等標準件和通用件的數(shù)據(jù)庫,每個數(shù)據(jù)庫由相應(yīng)標準件的國標參數(shù)表和與其公稱參數(shù)對應(yīng)的長度系列表組成,以作為應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)源層.

3)零件的屬性(名稱、圖號、材料、重量)應(yīng)在模型中建立,便于裝配體自動提取生成BOM (Bill of Materials)材料明細表.

4)視零件的不同特征及不同的設(shè)計要求采取不同的驅(qū)動方式.圖2所示滑輪的繩槽部分,因其參數(shù)由起重行業(yè)規(guī)范規(guī)定,故采用系列零件設(shè)計表來驅(qū)動,通過生成不同的配置來實現(xiàn)模型的改變,因其內(nèi)孔徑、寬度與軸承的配合有關(guān),故在裝配體中建立方程式與幾何關(guān)系約束,通過尺寸驅(qū)動來實現(xiàn).

5)在零件草圖或裝配中建立幾何約束關(guān)系和尺寸方程式以確定模塊之間以及零部件之間的連接、配合、位置關(guān)系,

6)對模塊的數(shù)據(jù)接口進行定義說明,

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3堆垛機的參數(shù)化設(shè)計步驟

堆垛機的參數(shù)化設(shè)計步驟如圖3所示.

堆垛機的參數(shù)化設(shè)計總體分為三個階段.第一階段包括:模塊中零部件的建模,標準件、通用件的建模及數(shù)據(jù)庫的建立、裝配、參數(shù)化、接口數(shù)據(jù)的定義說明,零部件的2D工程圖;第二階段包括:接口模塊的實現(xiàn),將計算模塊的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生成模型所需的輸入?yún)?shù);第三階段為采用有限元分析軟件COSMOS對生成模型進行結(jié)構(gòu)和力學性能的校核分析。

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    4堆垛機參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的功能模塊

    4.1數(shù)據(jù)庫支撐模塊

堆垛機設(shè)計過程中需要查詢起重行業(yè)標準及設(shè)計手冊的大量數(shù)據(jù).標準件的數(shù)據(jù)資料已借助于Access建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)ODBC(Open Data Base Connection)是Microsoft的WOSA( Windows Open System Architecture)的一個組件,它提供了一整套的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù),可方便地同Access相連用ODBC技術(shù)與VB的支待,實現(xiàn)了程序與數(shù)據(jù)的連接,使得設(shè)計所需的數(shù)據(jù)可以隨時得到,并在不斷地使用過程中使數(shù)據(jù)庫得到不斷擴充,從而得到方便設(shè)計的目的.

堆垛機參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的組成如圖4所示.

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4.2設(shè)計計算模塊

在設(shè)計中涉及到大量的數(shù)學計算、經(jīng)驗、歷史數(shù)據(jù)的查詢,起重行業(yè)標準文獻的引用,標準結(jié)構(gòu)和可參數(shù)化結(jié)構(gòu)圖塊及原有圖形資源共享等工作.為避免繁瑣的重復計算與查表,本項目根據(jù)用戶定單要求的設(shè)計參數(shù)(貨物重量P,貨物長度L,寬度W,高度H,提升速度v1,運行速度vx,貨叉伸縮速度vc,最大提升高度Hmax)采用Visual Basic建立了用戶設(shè)計的計算模塊,可以完成對堆垛機典型零部件的設(shè)計計算(如.:車輪、軸、軸承和鍵、鏈等的計算),如圖5所示。

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4.3接口模塊

Visual Basic是Windows下常用的編程語言,可用它建立良好的用戶界面和完成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢、讀取等功能,同時Solidwoks API接日采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄏ蛴脩籼峁┝舜罅縊LE(Object Linking and Embedding)對象鏈接與嵌入技術(shù)用于二次開發(fā),VB程序可借助于對PartDoc,AssembyDoc,DrawingDoc, Sketch,Dimension等對象屬性的設(shè)置和調(diào)用來完成對零件的建模、修改和壓縮等控制,獲取零件的裝配,零件工程圖巾的各項信息,各種幾何和拓撲信息,以及完成對特征尺寸的設(shè)置和提取。

    4.4定制菜單

應(yīng)用程序開發(fā)、測試完畢后,將其編譯成可執(zhí)行文件,利用API提供的增加單項功能函數(shù),如:frame. addmenu, frame addmenuitem,sldworks. addrnenu,sldworks. addmenuitem等,在Solidworks的裝配界面中添加一個菜單項,命名為堆垛機CAD,如圖6所示。

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    4.5校核模塊

該模塊的功能是對單一的模塊進行校核來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的再確定,并將結(jié)果反饋給計算模塊.對單一模塊校核,以工作對象和工作環(huán)境為基本參數(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu),簡化模型,通過COSMOS校核認可后,再確定單一模塊的總體尺寸和截面尺寸。

    4. 6工程圖模塊

2D工程圖紙直接用來指導生產(chǎn),它是堆垛機參數(shù)化設(shè)計的最終體現(xiàn).在本文中,模型與工程圖雙向驅(qū)動,模型改變后,在圖紙管理器中設(shè)定相應(yīng)的圖幅及圖紙比例,可以自動生成相應(yīng)的工程圖,各種剖視、尺寸、公差標注、注釋輸入符合國標由于在零部件模型中已建立相應(yīng)的屬性,包括:零件名稱、圖號、材料、數(shù)目重量、備注要求等,并且在Excex文件中建立了BOM表模板,因此可在裝配圖中自動生成材料明細表。

    5結(jié)束語

利用模塊化、參數(shù)化的設(shè)計方法建立了堆垛機相應(yīng)模塊的3D模型,為堆垛機的設(shè)計提供了基于Solidworks平臺下的計算機輔助設(shè)計工具,設(shè)計人員可以借助于設(shè)計系統(tǒng)的實時幫助,按照設(shè)計步驟完成對堆垛機的設(shè)計工作.經(jīng)使用設(shè)計效率提高了30%.參數(shù)化設(shè)計是在拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系不變的條件下實現(xiàn)的,對于產(chǎn)品的多樣性變化向題,可以遵從以上方法再通過進一步的設(shè)計工作加以解決此設(shè)計方法對標準化、系列化的產(chǎn)品或接近于標準化、系列化的產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用價值.

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