|
O引言
現(xiàn)代工業(yè)制造中，產(chǎn)品裝配的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能、可維修性和可回收性等，傳統(tǒng)的產(chǎn)品裝配大多以零件兒何模型為基礎(chǔ)，在零件詳細(xì)幾何模型的基礎(chǔ)上搭建裝配模型，這種從零件模型構(gòu)建裝配模型的方法稱為自底向上的裝配方法。然而在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員首先進(jìn)行概念設(shè)計，再經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計，最終得到產(chǎn)品的裝配，一開始零件的幾何模型并不確定，隨著設(shè)計的深入和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的細(xì)化，逐步建立起清晰的產(chǎn)品裝配模型和零件模型，我們把這種產(chǎn)品設(shè)計方法稱為自頂向下的裝配模式，這種方法增加了零件之間的關(guān)聯(lián)性，使設(shè)計層次變得更清晰，實現(xiàn)了設(shè)計信息的傳遞、共享、繼承，特別適用于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的并行工程和協(xié)同設(shè)計。
參數(shù)化設(shè)計是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計的一種高效、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計方法.它一般是指零件、部件比較定型，用一組參數(shù)來控制模型的結(jié)構(gòu)尺寸和拓?fù)潢P(guān)系，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時，就可驅(qū)動模型，獲得滿足設(shè)計要求的裝配模型以及相對應(yīng)的零件模型。因此，將自頂向下的模型裝配技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，對提高產(chǎn)品設(shè)計的系列化、提高設(shè)計效率具有重要意義。本文即以國家"863"項目"橋式起重機(jī)智能化設(shè)計"中的某一部件為例，使用SolidWorks，通過自頂向下方式對其進(jìn)行裝配和參數(shù)化設(shè)計。
1自頂向下的裝配設(shè)計
自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計就是從產(chǎn)品的頂層開始通過在裝配過程中可以隨時設(shè)計零件來完成整個產(chǎn)品設(shè)計的方法。為此，在產(chǎn)品設(shè)計的最初環(huán)節(jié)，按照該產(chǎn)品的最基本的功能和要求，在設(shè)計頂層先構(gòu)造出一個"基本骨架"，稱之為"頂層基本骨架"（TBS），隨后的設(shè)計過程基本上都在這個"頂層基本骨架"的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制、修改、細(xì)化、完善并最終完成整個設(shè)計過程。從產(chǎn)品的空間結(jié)構(gòu)上來看，產(chǎn)品的"頂層基本骨架"類似于該產(chǎn)品的裝配草圖，它能代表產(chǎn)品模型的主要空間形狀和空間位置，能基本反映構(gòu)成產(chǎn)品的各個子模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系以及其主要功能，是整個產(chǎn)品自頂向下設(shè)計過程中的核心內(nèi)容，是各個子裝配之間相互聯(lián)系的中間橋梁和紐帶。TBS的主要功能包括:①管理功能:頂層基本骨架可以被用來管理大型的裝配設(shè)計，允許設(shè)計者只調(diào)出頂層裝配的基本骨架到內(nèi)存中來控制整個產(chǎn)品的設(shè)計及其變更，頂層基本骨架包含了重要的設(shè)計基準(zhǔn)，如基座的位置、產(chǎn)品的外型、子裝配、零件及設(shè)計參數(shù)，可以在頂層基本骨架上對其進(jìn)行更改，而這些更改將被傳遞到其下的所有子系統(tǒng)中。②組織功能:頂層基本骨架可以增強(qiáng)零件在裝配中的相互關(guān)聯(lián)和依賴性，這些存在于實際裝配之中的相互關(guān)聯(lián)和依賴關(guān)系可以很好地從最初的總體布局中被捕獲并抽取出來，構(gòu)成頂層基本骨架，為子裝配體和零件所享用。③共享數(shù)據(jù)功能:一個有組織的裝配基本骨架允許信息在不同層次間被共享，如果在某一層發(fā)生改變，那么和它相關(guān)聯(lián)的裝配和零件都能夠獲得這種最新的更改，④設(shè)計變更的傳遞功能:可以用TBS來控制變更，產(chǎn)品的變更結(jié)果在零件中表現(xiàn)而在產(chǎn)品的頂層實施。
2.自頂向下裝配設(shè)計的步驟
2.1建立"頂層基本骨架"
考慮到自頂向下設(shè)計的特點，并結(jié)合具體產(chǎn)品模型的特殊裝配結(jié)構(gòu)，所有零件均采用自身的基準(zhǔn)面和設(shè)計草圖中的要素(點、線、基準(zhǔn)面)進(jìn)行定位，而不用零件自身的特征要素定位，以避免個別零件發(fā)生變更或丟失造成整個裝配體結(jié)構(gòu)解體.首先在裝配環(huán)境下繪制裝配骨架的正面草圖(見圖1)及側(cè)面草圖(見圖2).通過這兩個裝配骨架草圖，確定核心零件的外形尺寸，表示出零件之間的裝配位置、相互關(guān)聯(lián)特性等。在草圖繪制過程中要充分使用約束關(guān)系及尺寸之間的方程式，減少不必要的草圖尺寸，從而使布局草圖簡潔而又能清晰地表達(dá)出裝配零部件的約束關(guān)系、位置關(guān)系、尺寸關(guān)系及結(jié)構(gòu)功能。
根據(jù)上述裝配步驟可以快速高效地完成模型裝配(見圖3),模型中部分零件以"透明"的方式顯示，從中可以看到零件僅僅與裝配骨架草圖中的幾何要素發(fā)生裝配約束關(guān)系，而零件自身之間則是相互獨立的，沒有任何位置、尺寸等方面的配合關(guān)系.此時，以自頂向下裝配的產(chǎn)品模型就基本完成了。
2.2 涉分析
裝配模型完成后，簫要進(jìn)行初步的干涉分析，實現(xiàn)的方法是:對裝配設(shè)計中的零部件的模型進(jìn)行布爾求交運(yùn)算，若有交集出現(xiàn)，則說明零部件間存在干涉，即所設(shè)計零部件不能保證可靠裝配，必須根據(jù)零部件干涉的部位和程度修改原設(shè)計。
3參數(shù)化技術(shù)
參數(shù)化技術(shù)就是采用參數(shù)預(yù)定義的方法建立圖形的集合約束，指定一組尺寸作為參數(shù)使其與幾何約束集相關(guān)聯(lián)，并將所有的關(guān)聯(lián)式融人到應(yīng)用程序中，然后通過對話框以人機(jī)交互方式修改參數(shù)尺寸，最終由程序根據(jù)這些參數(shù)及其變化順序地執(zhí)行表達(dá)式來實現(xiàn)設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計過程中，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有著明顯的對應(yīng)關(guān)系，通過參數(shù)化尺寸驅(qū)動完成對設(shè)計結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)計不同于傳統(tǒng)的設(shè)計，它儲存了設(shè)計的整個過程，能設(shè)計出一系列的在形狀和功能上相似的產(chǎn)品模型。正是有了這種參數(shù)化建模技術(shù)，才使得數(shù)據(jù)的改變在不同層次之間的傳遞變得唯一和及時。
3. 1確定設(shè)計參數(shù)
針對本次設(shè)計，首先確定各個零部件的性能參數(shù)、幾何尺寸系列、基本結(jié)構(gòu)布局與零部件之間的結(jié)合形式。這些參數(shù)將作為裝配體的主驅(qū)動參數(shù)，讓次要參數(shù)依附于主要參數(shù)，利用方程式建立起次要參數(shù)與主要參數(shù)之間的變化關(guān)系或幾何約束關(guān)系，圖4為零件特征尺寸與裝配骨架草圖之間的方程式。
3.2參數(shù)驅(qū)動
參數(shù)確定以后，利用Visual Basic開發(fā)工具與SolidWorks API 函數(shù)實現(xiàn)尺寸驅(qū)動，編輯人機(jī)交互操作設(shè)計界面(見圖5)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢驗和零部件之間干涉檢驗。應(yīng)用程序可嵌人到SolidWorks系統(tǒng)中，加載后，應(yīng)用程序菜單直接出現(xiàn)在SolidWorks主菜單上，如同該軟件的其它功能模塊一樣。部分程序代碼如下:
4結(jié)論
本文基于SolidWorks三維設(shè)計軟件，利用自頂向下的裝配設(shè)計方法，建立起參數(shù)化模型，為起重機(jī)設(shè)計提供了高效的計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)。借助該系統(tǒng)，設(shè)計入員通過更改裝配模型的主要驅(qū)動參數(shù)，可以自動并實時地更新不同型號的系列產(chǎn)品;在生成產(chǎn)品零件、裝配體模型的同時自動更新工程圖，并進(jìn)行相應(yīng)的工程分析。采用該技術(shù)實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化設(shè)計，對提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)的競爭力及靈活的市場反應(yīng)能力有重要的現(xiàn)實意義。
|