系统的认识Solidworks

2013-05-16  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

 引言

    1 初级建模
 
AutodeskCAD统治产品开发设计市场几近长达几十年,而随着产品的多元化、多样化、复杂化以及智能化,为了缩短产品开发周期、降低开发成本和更好的占有市场。显然,传统的二维CAD所拥有的功能就显得捉襟见肘了,三维软件代替AutoCAD就是必然的趋势。越来越多的三维软件在市场上随处可见,UG、proe、CATIA、SolidWorks等等。写这篇文章的目的,就是希望能够为那些还在为学哪种三维软件而烦恼的的朋友指明一条道路。

SolidWorks功能齐全,操作简明,可能更加会适合刚接触三维CAD软件的朋友们。它大致可以划分为以下几个板块:草图绘制、三维建模、曲面建模、钣金设计、焊接件的生成、模具板块、装配体、工程出图以及Aniamtor动画、photowords渲染、COSMOSWorks有限元分析等等众多模块。我个人把前半部分称为初级建模,因为应用这些模块的功能就可以很好的把产品设计出来。而如果用户需要把产品进行进一步的设计分析的话就要应用到后半部分的模块。

    草图的绘制

和其他三维CAD软件一样,要让SolidWorks生成三维特征并将这些特征进行有序的叠加,从而达到设计出产品的目的。首先,要绘制出相应的草图,进而对其进行“拉伸——切除”、“放样凸台”、“旋转凸台”以及“扫描”等等三维操作命令。草图建立的将会直接影响到后续的特征建立。

区别于传统的二维CAD,用户在绘制草图的时候,不必可以的追求坐标的精确,可以大致的将草图的轮廓绘制出来。然后,利用SolidWorks提供的“草图实体编辑工具”和“尺寸标注工具”对各个草图图素进行约束。这样,可以大大的提高绘图的效率。同时,若是用户在建立了特征以后也可以对前面的草图进行修改尺寸值和几何关系等。

    草图绘制工具栏和尺寸标注工具栏

以下是绘制是草图实例:

    
    
    尺寸值修改框:用于驱动尺寸,达到想要的值。

    三维特征建模

    1)规则实体的建模

当设计的产品是形状比较规则的时候,直接应用“拉伸——切除”和“旋转凸台”一般就可以达到目的。如下面的八卦和象棋盘,看似比较复杂,但是它的形状还是比较规则的。所以只要进行一系列的“拉伸——切除”命令将其有序的叠加就可以达到设计目的。

        
    八卦建模以及所应用到的特征命令

象棋盘模型和绘制的部分命令(其中后面还需要很多部的“拉伸——切除”命令)

    2)非规则实体的建模

大部分的产品还是非规则的,这就需要用户能够很好的应用“放样凸台”和“扫描”命令。对这些稍微复杂的特征操作,一般大部分都需要绘制一条直线或者曲线作为放样或者扫描的“路径”,绘制多条曲线作为“引导线”。这些技巧只有用户亲身实践才能够体会到。下面就有几个实例:

             
高露洁牙膏瓶的建模,这里应用到了多个放样来生成瓶身和底部

       
拉簧的建模:这里应用到了扫描,而且还利用了SolidWorks阵列特征的功能。

下面是几个比较金典的实体建模,综合的应用了各个三维特征操作命令:

             
    电饭煲的建模以及部分特征步骤

    台灯建模     

    曲面建模

相对于UG来说,SolidWorks曲面建模功能稍微薄落了一点,但是对于不是从事汽车飞机设计的用户来说。我想SolidWorks提供的曲面功能已经足够了。

有的产品需要通过面的布尔运算,先构造其一个大致的面轮廓,然后应用“加厚”命令对其内部进行填实。

     
    曲面工具栏                                    特征操作工具栏

曲面的建模大致和特征的建立差不多,下面是几个我自己建立的曲面模型。

                
    牛仔帽的曲面建模和所应用到的曲面命令

           
    茶壶的曲面建模和部分曲面命令

    装配体

装配体是指有的机器是由几个乃至几十个部件构成的,我们可以先把组成该机器的构件通过Solid works保存起来,然后在装配体模块下,约束这些构件的空间自由度,从而达到组合成一个整体的目的。装配好的机器可以将其爆炸,便于观察。

        
    装配体工具栏   各个构件之间的约束关系

下面是水龙头的装配体和爆炸视图和话筒的装配体:

    工程出图

    机械师的交流是借助于工程图纸的。在SolidWorks软件中,可以说三维实体建模、装配体的组装和工程图的出图是相互联系在一起的。SolidWorks工程图模块提供了多个国家的标准和国际ISO标准,其中当然也包括了我国的机械标准GB。所以,在众多的三维软件中,越来越多的机械工程设计师都比较倾向于SolidWorks。

    和传统的二维CAD相比较,SolidWorks在出图方面有明显的优势。

    1)在用CAD的时候,我们先要在脑海里大致的想像出一个模型的三视图;而用SolidWorks可以先在零件建模模块把模型建立起来,然后导入工程图纸模块当中,这时系统会自动的生成三视图和轴测图等多个视图。我们只要把相应的视图拖入工作窗口区就可以,而在建立剖视图、局部视图、断裂视图、投影视图的时候也是相当的方便的。这只要熟练的应用好SolidWorks和丰富的机械制图理念。

    2)利用SolidWorks可以快速的标注形位公差、基准特征、表面粗糙度和注释;而在以前的二维CAD版本当中,标注形位公差时时先要制作成块的,现在有所提高在这方面。在SolidWorks软件中,可以方便的为一个尺寸添加上下偏差、配合制、对称公差和配合性质。同时SolidWorks还可以快速的标注引线。下面是编辑形位公差的过程:

    3)SolidWorks工程图模块还为用户提供了多个模板,其中包括A0、A1、A2、A3、A4等。用户可以对这些图纸格式进行编辑(SolidWorks分为编辑图纸和编辑图纸格式状态)。当一种图纸格式时经常使用的时候,可以对它制作成一个块并保存起来。这样在下次遇到需要使用同样的格式的时候,可以直接将它调用出来使用。犹如下面是我保存起来的一个A4横向图纸的标题栏。

    A4横向图纸的标题栏

    如果出图的是一个装配体的工程图,那么SolidWorks还为用户提供了材料明细表,同时也可以对它进行编辑和保存。下图是一个齿轮和轴的工程图:

    如果读者对SolidWorks确实有所兴趣的话,可以自己学,当然也欢迎和我们进行讨论交流。这里只是对SolidWorks系统介绍一番,不可能对工程图的具体操作进行详细的解说,尽情读者体谅。

  钣金设计

    钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义,根据国外某专业期刊上的一则定义可以将其定义为:钣金是针对金属薄板(通常在6mm以下)一种综合冷加工工艺,包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型(如汽车车身)等。其显著的特征就是同一零件厚度一致,它在汽车修复技术方面应用的比较广泛些,比如车体外壳被撞了个坑,就可以通过钣金使之恢复原样。目前的3D软件中,SolidWorks、UG、proe、SolidEdge、等都有钣金件一项,主要是通过对3D图形的编辑而得到板金件加工所需的数据(如展开图,折弯线等)。

    在SolidWorks中,像三维特征建模一样,要先通过“拉伸—切除”、“旋转拉伸”等命令生成一个零件的基体。要想建成一个钣金模型,首先要通过“基体—法兰/薄片”、“边线法兰”和“斜接法兰”命令生成一个钣金的基体。然后才能对生成的基体进行“折弯”、“展开”和“转折”等多项命令的操作。同时用户也可以通过“插入折弯”命令从现有保存的零件生成一个钣金零件。需要说明的是,钣金模块、三维特征建模以及和其他模块之间是相互关联的。在编辑一块钣金的时候,用户可以通过三维特征建模命令添加到钣金当中去。比如,用户可以在一块钣金中阵列孔。下面是“钣金工具栏”和两个模型:

                                                
    钣金工具栏                                             钣金1的设计树

    钣金1模型应用到了三维特征操作命令中的阵列命令,这样可以大大的提高建模的效率。

    钣金1模型

    下图是弹簧夹的半片模型以及应用到的钣金命令:

         
    弹簧夹半片模型                                       设计树

    Aniamtor动画

    一般在SolidWorks中,后期制作的插件是没有开启的,这样可以尽量的节省电脑屏幕的资源。当用户需要用到这些插件的时候,随时都可以把它们调用出来。执行“工具/插件”菜单命令,此时会出现插件开启对话框,用户只要在相应的插件后面勾选就可以开启插件。

         
    插件开启对话框

    其中,包括了管道设计(SolidWorks Routing)插件、Potoworks插件、和国家标注零件库(SolidWorks Toolbox Browser)插件。其中标准零件库插件是根据GB标准,SolidWorks系统附带的一些基本机械零件模型,它们赋予了而不同的属性。所以,当我们在设计一个机器的时候,需要用到GB标准的零件时,可以直接从零件库调用出来。

当设计师为了更好的给用户展示所设计的机器的工作原理的时候,仅仅单靠模型的外观是很难体现出各个部件之间的工作原理的。SolidWorks为了解决这个问题,为用户提供了Aniamtor动画插件。它的原理是,在特定的时间,让一个或者多个部件按照预先设定的工作路径工作。这样就可以得到在这段时间内,机器的工作工程。

    对于一些简单的机器,为了观察内部的零件或者是调整观察方位,我们可以通过SolidWorks附带的“动画向导”来进行一些简单动画的生成。比如,旋转模型、爆炸/解除爆炸、物理模拟等。而大部分机器的工作原理是没有特定的规律的,这就需要用户通过放置时间键码来定义自由零件的工作路径。如下图的工业机械手臂和密码打火机的动画:

  
    机械手装配体                             机械手工作动画的动画路径

    黄色的线条代表零件的工作路径,而中间间断的则是说明该零件在这段时间内是静止不动的。它的工作原理是:先让蓝色的旋转台旋转180°,然后灰色的连接体1向下弯曲一定的角度,再让黄色的焊枪机构(包括蓝色的抓手)绕着绿色的连接体2的上端面旋转一定角度,当完成焊接后,按照原来的路径返回。这样就机械手就完成了一个焊接的过程。

       
    密码打火机的剖视图                              密码打火机的装配总成

    密码打火机的动画路径

    机械业之所以经久不衰是因为它有自己的标准,具有很好的互换性和标准性。只有这样大家才会遵守标准规则(GB)进行设计。SolidWorks为用户提供了中国的标准,其中有标准零件库、钣金快速成型工具、管道设计插件等等。而且,用户还可以为所设计的零件赋予属性配置,这样当用户需要类似的零件就不必再设计,而是调用相应属性的零件。SolidWorks所制定的标准可以大大的提高设计师的设计效率,实现缩短开发周期的CAD原始目标。

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