搜索SolidWorks的自顶向下装配与参数化技术
2013-05-24 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
介绍了在SolidWorks中自顶向下的装配设计过程和实施方法,提出以"顶层基本骨架"作为自顶向下设汁时信息传递的桥梁,并以具体实例实现了装配过程和参数化设什。
作者: 水俊峰 吴宗佳 陈树晓 吴淑芳 王宗彦 来源: 万方数据
关键字: 自顶向下 参教化技术 装配
现代工业制造中,产品装配的好坏直接关系到产品的性能、可维修性和可回收性等,传统的产品装配大多以零件儿何模型为基础,在零件详细几何模型的基础上搭建装配模型,这种从零件模型构建装配模型的方法称为自底向上的装配方法。然而在实际的设计过程中,设计人员首先进行概念设计,再经过详细设计,最终得到产品的装配,一开始零件的几何模型并不确定,随着设计的深入和产品结构的细化,逐步建立起清晰的产品装配模型和零件模型,我们把这种产品设计方法称为自顶向下的装配模式,这种方法增加了零件之间的关联性,使设计层次变得更清晰,实现了设计信息的传递、共享、继承,特别适用于当今网络发达的并行工程和协同设计。
参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种高效、优质的设计方法.它一般是指零件、部件比较定型,用一组参数来控制模型的结构尺寸和拓扑关系,参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应关系,当赋予不同的参数序列值时,就可驱动模型,获得满足设计要求的装配模型以及相对应的零件模型。因此,将自顶向下的模型装配技术与参数化设计技术相结合,对提高产品设计的系列化、提高设计效率具有重要意义。本文即以国家"863"项目"桥式起重机智能化设计"中的某一部件为例,使用SolidWorks,通过自顶向下方式对其进行装配和参数化设计。
1自顶向下的装配设计
自顶向下的产品设计就是从产品的顶层开始通过在装配过程中可以随时设计零件来完成整个产品设计的方法。为此,在产品设计的最初环节,按照该产品的最基本的功能和要求,在设计顶层先构造出一个"基本骨架",称之为"顶层基本骨架"(TBS),随后的设计过程基本上都在这个"顶层基本骨架"的基础上进行复制、修改、细化、完善并最终完成整个设计过程。从产品的空间结构上来看,产品的"顶层基本骨架"类似于该产品的装配草图,它能代表产品模型的主要空间形状和空间位置,能基本反映构成产品的各个子模块之间的拓扑关系以及其主要功能,是整个产品自顶向下设计过程中的核心内容,是各个子装配之间相互联系的中间桥梁和纽带。TBS的主要功能包括:①管理功能:顶层基本骨架可以被用来管理大型的装配设计,允许设计者只调出顶层装配的基本骨架到内存中来控制整个产品的设计及其变更,顶层基本骨架包含了重要的设计基准,如基座的位置、产品的外型、子装配、零件及设计参数,可以在顶层基本骨架上对其进行更改,而这些更改将被传递到其下的所有子系统中。②组织功能:顶层基本骨架可以增强零件在装配中的相互关联和依赖性,这些存在于实际装配之中的相互关联和依赖关系可以很好地从最初的总体布局中被捕获并抽取出来,构成顶层基本骨架,为子装配体和零件所享用。③共享数据功能:一个有组织的装配基本骨架允许信息在不同层次间被共享,如果在某一层发生改变,那么和它相关联的装配和零件都能够获得这种最新的更改,④设计变更的传递功能:可以用TBS来控制变更,产品的变更结果在零件中表现而在产品的顶层实施。
2.自顶向下装配设计的步骤
2.1建立"顶层基本骨架"
考虑到自顶向下设计的特点,并结合具体产品模型的特殊装配结构,所有零件均采用自身的基准面和设计草图中的要素(点、线、基准面)进行定位,而不用零件自身的特征要素定位,以避免个别零件发生变更或丢失造成整个装配体结构解体.首先在装配环境下绘制装配骨架的正面草图(见图1)及侧面草图(见图2).通过这两个装配骨架草图,确定核心零件的外形尺寸,表示出零件之间的装配位置、相互关联特性等。在草图绘制过程中要充分使用约束关系及尺寸之间的方程式,减少不必要的草图尺寸,从而使布局草图简洁而又能清晰地表达出装配零部件的约束关系、位置关系、尺寸关系及结构功能。
根据上述装配步骤可以快速高效地完成模型装配(见图3),模型中部分零件以"透明"的方式显示,从中可以看到零件仅仅与装配骨架草图中的几何要素发生装配约束关系,而零件自身之间则是相互独立的,没有任何位置、尺寸等方面的配合关系.此时,以自顶向下装配的产品模型就基本完成了。
2.2 涉分析
装配模型完成后,箫要进行初步的干涉分析,实现的方法是:对装配设计中的零部件的模型进行布尔求交运算,若有交集出现,则说明零部件间存在干涉,即所设计零部件不能保证可靠装配,必须根据零部件干涉的部位和程度修改原设计。
3参数化技术
参数化技术就是采用参数预定义的方法建立图形的集合约束,指定一组尺寸作为参数使其与几何约束集相关联,并将所有的关联式融人到应用程序中,然后通过对话框以人机交互方式修改参数尺寸,最终由程序根据这些参数及其变化顺序地执行表达式来实现设计。参数化设计过程中,参数与设计对象的控制尺寸有着明显的对应关系,通过参数化尺寸驱动完成对设计结果的修改。参数化设计不同于传统的设计,它储存了设计的整个过程,能设计出一系列的在形状和功能上相似的产品模型。正是有了这种参数化建模技术,才使得数据的改变在不同层次之间的传递变得唯一和及时。
3. 1确定设计参数
针对本次设计,首先确定各个零部件的性能参数、几何尺寸系列、基本结构布局与零部件之间的结合形式。这些参数将作为装配体的主驱动参数,让次要参数依附于主要参数,利用方程式建立起次要参数与主要参数之间的变化关系或几何约束关系,图4为零件特征尺寸与装配骨架草图之间的方程式。
3.2参数驱动
参数确定以后,利用Visual Basic开发工具与SolidWorks API 函数实现尺寸驱动,编辑人机交互操作设计界面(见图5),并进行结构检验和零部件之间干涉检验。应用程序可嵌人到SolidWorks系统中,加载后,应用程序菜单直接出现在SolidWorks主菜单上,如同该软件的其它功能模块一样。部分程序代码如下:
4结论
本文基于SolidWorks三维设计软件,利用自顶向下的装配设计方法,建立起参数化模型,为起重机设计提供了高效的计算机辅助设计系统。借助该系统,设计入员通过更改装配模型的主要驱动参数,可以自动并实时地更新不同型号的系列产品;在生成产品零件、装配体模型的同时自动更新工程图,并进行相应的工程分析。采用该技术实现了产品的系列化设计,对提高设计效率,缩短设计周期、提高设计质量、增强企业的竞争力及灵活的市场反应能力有重要的现实意义。
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