SolidWorks的堆垛機參數化設計系統的開發

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、參數化的設計思想構建堆垛機的相應模塊的三維模型;以Microsoft Acces:為支撐數據庫,Microsoft Visual Basi。為開發工具,建立設計計算與三維模型的數據接口;采用有限元分析軟件COSMOS進行結構校核,建立了面向倉儲設備堆垛機的參數化設計系統.實踐證明:該設計系統可顯著提高設計效率與質量,可快速響應個性化的市場要求.

作者: 秦慧斌*張亞明*吳淑芳*王宗彥來源: 萬方數據
關鍵字: 模塊化參數化功能塊數據接口

0引言

隨著先進制造技術的發展,GAD技術已開始由二維向三維轉移.以外購的CAD軟件為平臺進行二次開發,建立起適用于企業自身特點的應用軟件系統,具有迫切的現實意義.在制造業的物流、信息流和能量流中,物流對于企業的敏捷生產,協同管理起著舉足輕重的作用堆垛機是物流倉儲的主要設備,其系列定型產品占有相當比例,系列中的大多數零件或部件具有相似的外形輪廓特征,具備了參數化設計的前提條件.SolidWorks是基于Windows平臺的優秀三維設計軟件,以其參數化和特征造型技術著稱以SolidWorks為平臺開發出堆垛機的參數化設計系統可顯著提高設計效率,有利于緩解資源與任務間的矛盾,可快速響應個性化的市場要求,對加強企業競爭力具有很強的現實意義.此外參數化設計大量運用現代化的設計手段,有利于實現CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM軟件的集成,可積極地推動企業的信息化建設。

    1堆垛機模塊化、參數化的設計思想

參數化設計是規格化、系列化產品設計的一種簡單、高效、優質的設計方法.它一般是指零件或部件的形狀比較定型,用一組參數和幾何約束該模型的結構尺寸與拓撲關系;參數與設計對象的控制尺寸有顯式對應關系,當賦予不同的參數序列值時,就可驅動典型模型,達到滿足設計要求的零件模型.

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

在模塊的設計過程中,首先確定各模塊的性能參數,幾何尺寸系列,基本結構布局與各模塊之間的結合形式.這些參數將作為模塊的主驅動參數,讓次要參數依賴于主驅動參數,利用方程式設計成某種比例關系或幾何約束關系模塊間的接口數據有定義說明,以作為設計計算模塊的數據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,依據堆垛機的設計和功能要求,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模型的建立與參數化

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

1)在模型建立之前應先對零件的特征進行規劃,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化驅動失敗,因而最好放到最后生成。

2)標準件及通用件按零件設計手冊中的公稱尺寸參數構建模型,有固定關系的尺寸參數應在模型中建立方程式利用數據庫Access為每一種標準件建立數據庫,如:螺栓、墊圈、螺釘、鍵等標準件和通用件的數據庫,每個數據庫由相應標準件的國標參數表和與其公稱參數對應的長度系列表組成,以作為應用程序的數據源層.

3)零件的屬性(名稱、圖號、材料、重量)應在模型中建立,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計要求采取不同的驅動方式.圖2所示滑輪的繩槽部分,因其參數由起重行業規范規定,故采用系列零件設計表來驅動,通過生成不同的配置來實現模型的改變,因其內孔徑、寬度與軸承的配合有關,故在裝配體中建立方程式與幾何關系約束,通過尺寸驅動來實現.

5)在零件草圖或裝配中建立幾何約束關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、位置關系,

6)對模塊的數據接口進行定義說明,

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3堆垛機的參數化設計步驟

堆垛機的參數化設計步驟如圖3所示.

堆垛機的參數化設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、通用件的建模及數據庫的建立、裝配、參數化、接口數據的定義說明,零部件的2D工程圖;第二階段包括:接口模塊的實現,將計算模塊的輸出數據轉化為生成模型所需的輸入參數;第三階段為采用有限元分析軟件COSMOS對生成模型進行結構和力學性能的校核分析。

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    4堆垛機參數化設計系統的功能模塊

    4.1數據庫支撐模塊

堆垛機設計過程中需要查詢起重行業標準及設計手冊的大量數據.標準件的數據資料已借助于Access建立了相應的數據庫開放數據庫互聯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用程序接口(API)函數,可方便地同Access相連用ODBC技術與VB的支待,實現了程序與數據的連接,使得設計所需的數據可以隨時得到,并在不斷地使用過程中使數據庫得到不斷擴充,從而得到方便設計的目的.

堆垛機參數化設計系統的組成如圖4所示.

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4.2設計計算模塊

在設計中涉及到大量的數學計算、經驗、歷史數據的查詢,起重行業標準文獻的引用,標準結構和可參數化結構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,本項目根據用戶定單要求的設計參數(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建立了用戶設計的計算模塊,可以完成對堆垛機典型零部件的設計計算(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據庫數據的查詢、讀取等功能,同時Solidwoks API接日采用面向對象的方法向用戶提供了大量OLE(Object Linking and Embedding)對象鏈接與嵌入技術用于二次開發,VB程序可借助于對PartDoc,AssembyDoc,DrawingDoc, Sketch,Dimension等對象屬性的設置和調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置和提取。

    4.4定制菜單

應用程序開發、測試完畢后,將其編譯成可執行文件,利用API提供的增加單項功能函數,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結構參數的再確定,并將結果反饋給計算模塊.對單一模塊校核,以工作對象和工作環境為基本參數構建結構,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,它是堆垛機參數化設計的最終體現.在本文中,模型與工程圖雙向驅動,模型改變后,在圖紙管理器中設定相應的圖幅及圖紙比例,可以自動生成相應的工程圖,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的屬性,包括:零件名稱、圖號、材料、數目重量、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結束語

利用模塊化、參數化的設計方法建立了堆垛機相應模塊的3D模型,為堆垛機的設計提供了基于Solidworks平臺下的計算機輔助設計工具,設計人員可以借助于設計系統的實時幫助,按照設計步驟完成對堆垛機的設計工作.經使用設計效率提高了30%.參數化設計是在拓撲結構關系不變的條件下實現的,對于產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計工作加以解決此設計方法對標準化、系列化的產品或接近于標準化、系列化的產品有著廣泛的應用價值.

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