搜索基于SolidWorks的銑床頂尖座三維參數化設計
2013-05-17 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 朱冬云*林延延 來源: 萬方數據
關鍵字: 三維參數化 全尺寸約束 尺寸驅動設計 ∑方程式
闡述了三維參數化設計基本理論,介紹了三雛設計軟件SolidWorks在銑床頂尖座三維參數化設計中的應用。在SolidWorks環境中,對銑床頂尖座的標準件、非標準件和裝配體進行三維參數化設計,以三維模型為基礎,約束造型核心;以尺寸驅動為特征.自動完成對整組圖形的變動。實現維參數化設計,對提高設計效率與經濟效益具有現實意義。
在SolidWorks環境中,利用SolidWorks插件,∑方程式的優勢,對頂尖裝配體中的標準件、非標準件和裝配體實現三維參數化設計,實現了只改變一個尺寸就可驅動整個裝配體變化的效果,展示了SolidWorks強大的建模功能和參數化功能,展現三維參數化設計是一種高效的三維設計方法。為工程技術人員探索了一條更快更新的產品設計道路,對提高設計、裝配效率與節省制造成本有著重要的現實意義。
1 三維參數化設計
三維參數化設計是通過修改圖形的某一部分或幾部分的尺寸,或修改已定義好的零件參數,自動完成對圖形相關部分的改動,從而實現對圖形的驅動。在三維參數化設計中零件的幾何外形是由受約束的數學關系式來定義的,而不僅僅取決于簡單的、孤立的尺寸參數。主要技術特點在于:基于特征,全尺寸約束,尺寸驅動設計修改以及全數據相關。三維參數化設計,在提高設計水平和設計效率上發揮著積極的作用。
2 SolidWorks參數化設計方法綜述
在SolidWorks中實現參數化設計的方法歸納起來有兩大類。
1)利用SolidWorks軟件自帶的參數化造型方法。包括方程式驅動、系列零件設計表、配置、特征以及一些插進提供的標準件選用功能。
2)進行二次開發。SolidWorks的二次開發工具比較多,如VC、VB、Delphi、VBA等,開發者可以根據自身的條件、工具的特點,選擇一種合適的開發工具。開發者通過編程建立用戶界面,接受用戶的參數輸入與指令輸入,通過API函數實現零件造型、尺寸驅動等一系列自動化工作,使用一種交互的、程序的方程式實現參數化設計。
第一種方法相對易于掌握,適合一般的工程技術人員。在此利用SolidWorks軟件自帶的參數化功能來研究銑床頂尖座三維參數化設計。
3銑床頂尖座的參數化設計過程
3.1 基于SolidWorks的三維參數化特征造型
利用SolidWorks進行三維參數化特征研制,主要分為兩個部分進行。①單個零件進行三維參數化設計;②在零件三維參數化的基礎上,對整個裝配體進行參數化設計。
3.2設計過程
3.2.1銑床頂尖座
銑床頂尖座由頂尖、頂尖體、底座、調節螺釘、手柄、墊圈、螺栓、螺母、銷等組成。其基本結構如圖1所示。
3.2.2單個零件的三維參數化
單個零件主要有兩大類:標準件和非標準件。
3.2.3標準件三維參數化
銑床頂尖座的標準件包括墊圈、螺栓和螺母、銷。在SolidWorks中對這些標準件進行三維參數化,有兩種方法可以很容易實現:①用FNT插件先生成單個零件,供裝配時使用;②構建三維標準零件庫在裝配過程中參數化。在此重點研究非標準件的參數化設計問題。
3.2.4非標準件三維參數化
非標準件的參數化,采用∑方程式,為了便于設計和裝配,我們選擇在∑方程式對零件的尺寸關系建立三維參數化關系式。關系式體現了SolidWorks軟件的尺寸關聯性。對非標準件三維參數化的主要過程如下。
1)基體建模,根據零件草圖利用拉伸、切除特征建立頂尖基體模型(圖2)。在建立基體模型中必須做到"基于特征,全尺寸約束"。在基體模型中建立足夠的約束關系和足夠的尺寸。如圓與直線相切的地方一定要添加相切約束,如果缺少這么一個約束關系,那么在改變基準尺寸后驅動出來的模型就很可能不是圓柱,而是一頭大一頭小的圓錐體,或者驅動成不可預測的模型結果,所以,正確建立基體模型是三維參數化的前提條件。
2)以基體模型為載體建立所需的∑方程式,在"基于特征,全尺寸約束"基礎上實現"尺寸驅動設計修改以及全數據相關"。
以尺寸4,25作為基準尺寸,在+25和165之間建立所需的∑方程式,尺寸1658-箝面出現了"∑"符號,如圖3所示,說明兩個尺寸之間已經成功建立了∑方程式,這個∑方程式的基準尺寸是西25。頂尖以4,25作為基準尺寸與其他各個尺寸建立所需的∑;b-程式,那么尺寸西25可驅動整個零件的三維參數變化,即只需要按國標改變尺寸西25,就可以建立所需的符合國標的頂尖三維模型,實現"尺寸驅動設計修改以及全數據相關"。從而實現對非標準件的正確參數化(如圖3所示)。
3.2.5裝配體的參數化
裝配體三維參數化設計基于關聯的設計方法。裝配體中各個零件所包含的各種幾何信息為數據源頭,通過幾何繼承、數學推導等方式獲取其他所需信息,選用適當的約束傳播和求解模型,來構筑一個具有實時響應能力的信息資源高度共享的體系。
在裝配體中,以頂尖裝配體的某個零件作裝配體的基準件,達到改變零件的基準尺寸,裝配體其它零件的尺寸都作相應的協調變化,并且維持原有的裝配關系不變。下面以頂尖作裝配體基準模型為例來說明裝配體的參數化的實現過程。
1)確定基準件,以頂尖為基準件。
2)以基準件的基準尺寸為基準建立與其配合件的尺寸關聯。建立頂尖與其相配合零件的尺寸關聯。例如,在C零件的c尺寸與D零件的d尺寸之間建立尺寸關系式d=c+z(石代指任何數值,關系式可按實際約束而建立),那么只需要更改C零件模型中的尺寸值c,便可以驅動D零件模型按照尺寸關系式同步協調改變。必須注意,c尺寸必須為C零件的基準尺寸,d尺寸必須為D零件的基準尺寸。也就是說,對于存在裝配關系的零件,建立起配合部分的尺寸關聯,尺寸值可以相互驅動與影響。零件的基準尺寸相互關聯,而不能使用其他尺寸,其他尺寸已經只是一個只讀尺寸,非基準尺寸受限于基準尺寸。
以頂尖的直徑25作為整個裝配體的基準尺寸,驅動頂尖體的直徑25,就是說,我們改變了頂尖的直徑25,然后,頂尖體的直徑25也作相應的改變。
單擊"添加(A)……",彈出圖2、圖3,然后在對話框添加關系式:
"dingjiankongD@草圖3@頂尖體.Part"="dingjianD@草圖1@頂尖.Part"
建立了頂尖直徑25與頂尖體直徑25相等的關系,改變頂尖直徑25為60,頂尖體的直徑也同步地變為60(如圖4所示)。按這一思路,在裝配體中的各零件與基準件的基準尺寸建立正確的關聯關系式,從而實現了只改變一個尺寸便改變整個裝配體的目的。
實現零件之間的關聯設計。對于不同型號的裝配體的三維設計具有重大的意義,一方面可以大大提高設計效率,另一方面做到對裝配體進行裝配干涉檢查、碰撞檢查、動態間隙檢測,保證設計、生產的產品合格。
3.2.6工程圖
SolidWorks是包含了CAD/CAM/CAE功能的集成化軟件,滿足設計、分析、制造、產品數據管理的一體化要求。SolidWorks系統在工程圖和零件或裝配體三維模型之間提供全相關的功能,全相關意味著無論什么時候修改零件或裝配體的三維模型,所有相關的工程視圖將自動更新,以反映零件或裝配體的形狀和尺寸變化;反之,當在一個工程圖中修改一個零件或裝配體尺寸時,系統也將自動地將相關的其他工程視圖及三維零件或裝配體中的相應尺寸加以更新。圖5為頂尖 的二維工程圖,圖6是按拆卸關系放置的裝配體圖。
4結束語
在Solidworks環境中,實現了標準件、非標準件和 裝配體三維參數化設計,充分利用了Solidworks插件,∑方程式的優勢,對頂尖裝配體建立了參數化關系,實 現了只需改變一個尺寸就驅動整個裝配體變化的效果,展示了SolidWorks強大的建模功能和參數化功能。 為工程技術人員探索了一條高效設計產品的可行之路,對提高設計效率與經濟效益具有現實意義。
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