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根據(jù)二維零件圖繪制裝配圖是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，以機(jī)用虎鉗為例闡述了基于Solidworks平臺(tái)上進(jìn)行三維建模、虛擬裝配、爆炸圖制作、運(yùn)動(dòng)仿真的方法，并提出了在機(jī)械制圖的圖一物一圖綜合訓(xùn)練中引入三維建模教學(xué)的新模式，從而可以大大提高教學(xué)效果。
1 基于Solidworks的機(jī)用虎鉗三維實(shí)體模型
機(jī)用虎鉗是機(jī)械制造廠里固定在金屬切削機(jī)床上用于方便、快速裝夾工件，以保證工件相對(duì)于刀具及機(jī)床有正確的位置，并使這個(gè)位置在加工過程中不因外力的影響而變動(dòng)，從而穩(wěn)定地保證工件的加工精度的一種工藝裝備。它由固定鉗身、活動(dòng)鉗身、護(hù)口板、螺桿、螺母、圓環(huán)等11種零件通過螺釘和圓柱銷安裝組成，是工程上具有典型性和代表性的工藝裝備。
由于在Solidworks中實(shí)體模型可以有多種不同的生成方法，那么采取何種方法更為合理、高效，這需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過程。一般來說，要根據(jù)圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡(jiǎn)化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。首先主要是利用Solidworks中的拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列等基本操作建立機(jī)用虎鉗各零件的三維實(shí)體模型．利用Solidworks已經(jīng)創(chuàng)建完成的三維實(shí)體模型，根據(jù)需要還可對(duì)其進(jìn)行修改，因?yàn)镾olidworks的實(shí)體建模為基于特征的參數(shù)化建模，采用樹狀結(jié)構(gòu)來記錄設(shè)計(jì)歷程中的每一步特征，可以對(duì)特征的狀態(tài)和創(chuàng)建順序進(jìn)行修改、回溯到某一特征然后繼續(xù)進(jìn)行造型，并支持創(chuàng)建特征庫(kù)，可以將一些常用特征保存在特征庫(kù)中，以后再使用時(shí)只需定位和輸入某些尺寸數(shù)值即可完成特征的創(chuàng)建。
1．1 固定鉗身的三維建模
固定鉗身是機(jī)用虎鉗的主要零件之一，主要用來支承和安裝其他零件并與機(jī)床相連。結(jié)構(gòu)有一定復(fù)雜性，在三維建模前，首先進(jìn)行形體分析，如將其分為鉗身主體、內(nèi)腔、螺桿孔、機(jī)床螺栓聯(lián)接凸臺(tái)、護(hù)口板鏈接螺孔等部分，然后就可以應(yīng)用Solidworks進(jìn)行三維實(shí)體建模，通過各種二維繪圖和編輯操作產(chǎn)生二維圖形，再通過二維圖形拉伸、切除、打孔、掃描以及三維編輯等操作來實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體建模，圖1是固定鉗身的三維模型圖
1．2 螺紋的三維建模
螺紋在機(jī)用虎鉗各零件中，除螺釘、螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件外，固定鉗身、活動(dòng)鉗身、螺桿、螺母等多個(gè)零件都有螺紋，在AutoCAD等軟件中，精確繪制螺紋有一定的困難，采用Solidworks軟件，相對(duì)而言比較方便。首先在需繪制螺紋的實(shí)體上繪制好牙形截面輪廓和螺旋線路徑，然后利用掃描工具就可精確構(gòu)造出螺紋的三維結(jié)構(gòu)，圖2是螺桿三維模型圖。
2 虛擬裝配
所有零件的3D模型完成后，為了建立虛擬樣機(jī)需要對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行虛擬裝配。該機(jī)用虎鉗的三維裝配比較復(fù)雜，關(guān)鍵在于裝配時(shí)要明確各個(gè)零部件間的位置約束關(guān)系，如對(duì)齊、重合、平行、同軸等，并注意裝配的前后順序和各個(gè)零件的自由度限制．裝配時(shí)，可將機(jī)用虎鉗分為固定鉗身系零件(固定鉗身、護(hù)口板、螺釘?shù)?，活動(dòng)鉗口系零件(活動(dòng)鉗口、護(hù)口板、螺釘?shù)?，螺桿及其附件(螺桿、墊圈、螺母、圓環(huán)及銷釘?shù)?分別進(jìn)行裝配，然后再集中安裝。在Solidworks的裝配模塊中，將前面完成的零件添加進(jìn)來．在進(jìn)行零件間三維裝配時(shí)，可進(jìn)行零部件之間的干涉檢查，計(jì)算裝配體的各種物理屬性。如果出現(xiàn)問題，可以根據(jù)需要對(duì)生成的零件和特征進(jìn)行修改定義，直到達(dá)到工作裝置的設(shè)計(jì)要求為止。首先插入固定鉗身并依次插入護(hù)口板、螺釘，并給固定鉗身與護(hù)口板、護(hù)口板與螺釘平面之間分別添加一個(gè)重合配合，在2個(gè)螺釘與固定鉗身螺紋孔及護(hù)口板相應(yīng)兩孔之間添加一個(gè)同軸配合，然后再插入螺桿及其附件和活動(dòng)鉗口系零件，圖3是該機(jī)用虎鉗三維裝配整機(jī)渲染圖。
3 裝配爆炸圖
裝配爆炸圖是將裝配到一起的零部件分別移開，使設(shè)計(jì)人員可以更好地對(duì)裝配結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系進(jìn)行分析和觀察�，F(xiàn)在不少CAD三維軟件，都可形象地模擬出裝配體各零件間的裝配和拆卸過程，并直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫，如圖4就是采用Solidworks制作出的機(jī)用虎鉗整機(jī)爆炸圖。該軟件除可自動(dòng)根據(jù)裝配關(guān)系生成爆炸圖外，還提供了自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合的方法生成爆炸圖，在手動(dòng)調(diào)整中可以對(duì)每個(gè)零件圖4機(jī)用虎鉗整機(jī)爆炸圖移出的方向、距離等進(jìn)行設(shè)定。
4 基于Solidworks的運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)畫制作
動(dòng)畫制作主要通過Solidworks中提供的COSMOSMotion插件來實(shí)現(xiàn)。COSMOSMotion插件通常不在Solidworks的工作界面，需要在工具菜單中調(diào)用SolidworksCOSMOSMotion，使其在工作界面出現(xiàn)COSMOSMotion插件的菜單和工具欄。
以機(jī)用虎鉗為例，動(dòng)畫的具體制作過程如下：(1)在設(shè)計(jì)樹上選擇相關(guān)零部件，除固定鉗身設(shè)定為固定外，其余零件均設(shè)為活動(dòng)；(2)點(diǎn)擊[運(yùn)動(dòng)算例]后，利用[移動(dòng)零部件]工具將活動(dòng)鉗口組件向右拖動(dòng)(機(jī)用虎鉗鉗日閉合方向)到機(jī)用虎鉗鉗口完全閉合狀態(tài)，再為螺桿添加一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，并根據(jù)需要修改馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，圖5是考慮到人們順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾緊、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)松開生活習(xí)慣而設(shè)定的馬達(dá)參數(shù)；(3)先用鼠標(biāo)拖動(dòng)時(shí)間指針到合適位置，再利用[移動(dòng)零部件]工具將活動(dòng)鉗口組件向左(機(jī)用虎鉗鉗口張開方向)拖動(dòng)到適當(dāng)位置；(4)將[播放模式]設(shè)置為“往復(fù)”，然后點(diǎn)擊[計(jì)算]完成運(yùn)動(dòng)模擬；(5)點(diǎn)擊[保存動(dòng)畫]圖5馬達(dá)參數(shù)設(shè)置按鈕，將動(dòng)畫保存為AVI或其他文件類型以便在未安裝Solidworks計(jì)算機(jī)上播放。
5 結(jié)語
在根據(jù)零件圖繪制裝配圖中結(jié)合Solidworks三維CAD軟件，將三維造型技術(shù)和傳統(tǒng)的制圖課程內(nèi)容相融合，不僅可以提高學(xué)生空間想象和邏輯思維能力以及正確識(shí)讀和繪制機(jī)械圖樣的能力，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械造型的能力，開闊專業(yè)視野，提高學(xué)習(xí)興趣和工程素養(yǎng)，同時(shí)對(duì)引進(jìn)設(shè)備的消化、吸收、改造也有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
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