SolidWorks的堆垛机参数化设计系统的开发

2013-05-21 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

以三维特征造型软件SolidWorks 2001为平台,采用模块化、参数化的设计思想构建堆垛机的相应模块的三维模型;以Microsoft Acces:为支撑数据库,Microsoft Visual Basi。为开发工具,建立设计计算与三维模型的数据接口;采用有限元分析软件COSMOS进行结构校核,建立了面向仓储设备堆垛机的参数化设计系统.实践证明:该设计系统可显著提高设计效率与质量,可快速响应个性化的市场要求.

作者: 秦慧斌*张亚明*吴淑芳*王宗彦来源: 万方数据
关键字: 模块化参数化功能块数据接口

0引言

随着先进制造技术的发展,GAD技术已开始由二维向三维转移.以外购的CAD软件为平台进行二次开发,建立起适用于企业自身特点的应用软件系统,具有迫切的现实意义.在制造业的物流、信息流和能量流中,物流对于企业的敏捷生产,协同管理起着举足轻重的作用堆垛机是物流仓储的主要设备,其系列定型产品占有相当比例,系列中的大多数零件或部件具有相似的外形轮廓特征,具备了参数化设计的前提条件.SolidWorks是基于Windows平台的优秀三维设计软件,以其参数化和特征造型技术著称以SolidWorks为平台开发出堆垛机的参数化设计系统可显著提高设计效率,有利于缓解资源与任务间的矛盾,可快速响应个性化的市场要求,对加强企业竞争力具有很强的现实意义.此外参数化设计大量运用现代化的设计手段,有利于实现CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM软件的集成,可积极地推动企业的信息化建设。

    1堆垛机模块化、参数化的设计思想

参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种简单、高效、优质的设计方法.它一般是指零件或部件的形状比较定型,用一组参数和几何约束该模型的结构尺寸与拓扑关系;参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系,当赋予不同的参数序列值时,就可驱动典型模型,达到满足设计要求的零件模型.

堆垛机的参数化设计是基于机械结构模块的参数化设计,它以机械结构模块为设计的基本单元.机械结构模块是指具有尺寸互换性的机械结构部件,其安装连接部分的几何参数满足某种规定的要求,并能保证通用互换或兼容.模块化产品的构成模式等于通用模块(不变部分)加专用模块(变动部分声).堆垛机的参数化设计着重解决模块中的变动部分.

在模块的设计过程中,首先确定各模块的性能参数,几何尺寸系列,基本结构布局与各模块之间的结合形式.这些参数将作为模块的主驱动参数,让次要参数依赖于主驱动参数,利用方程式设计成某种比例关系或几何约束关系模块间的接口数据有定义说明,以作为设计计算模块的数据接口和样机模型的输入接口,图1为双立柱式堆垛机的3D模型,依据堆垛机的设计和功能要求,将堆垛机划分为标准件及通用件、货叉装置、从动轮组、主动轮组、导轮组、滑轮组、卷筒、天轮组、载货台、松绳过载、断绳保护、缓冲器共12个模块.

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    2模型的建立与参数化

以WJ52型双立柱式堆垛机为例,建立各模块的参数化3D模型在完成本步骤时应注意以下几点:

1)在模型建立之前应先对零件的特征进行规划,先建立最重要的基本特征,依次类推,最后建立辅助特征.对于一些装饰性的特征,如:倒角、圆角,对零件的整体形状影响较小,但非常容易造成参数化驱动失败,因而最好放到最后生成。

2)标准件及通用件按零件设计手册中的公称尺寸参数构建模型,有固定关系的尺寸参数应在模型中建立方程式利用数据库Access为每一种标准件建立数据库,如:螺栓、垫圈、螺钉、键等标准件和通用件的数据库,每个数据库由相应标准件的国标参数表和与其公称参数对应的长度系列表组成,以作为应用程序的数据源层.

3)零件的属性(名称、图号、材料、重量)应在模型中建立,便于装配体自动提取生成BOM (Bill of Materials)材料明细表.

4)视零件的不同特征及不同的设计要求采取不同的驱动方式.图2所示滑轮的绳槽部分,因其参数由起重行业规范规定,故采用系列零件设计表来驱动,通过生成不同的配置来实现模型的改变,因其内孔径、宽度与轴承的配合有关,故在装配体中建立方程式与几何关系约束,通过尺寸驱动来实现.

5)在零件草图或装配中建立几何约束关系和尺寸方程式以确定模块之间以及零部件之间的连接、配合、位置关系,

6)对模块的数据接口进行定义说明,

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3堆垛机的参数化设计步骤

堆垛机的参数化设计步骤如图3所示.

堆垛机的参数化设计总体分为三个阶段.第一阶段包括:模块中零部件的建模,标准件、通用件的建模及数据库的建立、装配、参数化、接口数据的定义说明,零部件的2D工程图;第二阶段包括:接口模块的实现,将计算模块的输出数据转化为生成模型所需的输入参数;第三阶段为采用有限元分析软件COSMOS对生成模型进行结构和力学性能的校核分析。

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    4堆垛机参数化设计系统的功能模块

    4.1数据库支撑模块

堆垛机设计过程中需要查询起重行业标准及设计手册的大量数据.标准件的数据资料已借助于Access建立了相应的数据库开放数据库互联ODBC(Open Data Base Connection)是Microsoft的WOSA( Windows Open System Architecture)的一个组件,它提供了一整套的应用程序接口(API)函数,可方便地同Access相连用ODBC技术与VB的支待,实现了程序与数据的连接,使得设计所需的数据可以随时得到,并在不断地使用过程中使数据库得到不断扩充,从而得到方便设计的目的.

堆垛机参数化设计系统的组成如图4所示.

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4.2设计计算模块

在设计中涉及到大量的数学计算、经验、历史数据的查询,起重行业标准文献的引用,标准结构和可参数化结构图块及原有图形资源共享等工作.为避免繁琐的重复计算与查表,本项目根据用户定单要求的设计参数(货物重量P,货物长度L,宽度W,高度H,提升速度v1,运行速度vx,货叉伸缩速度vc,最大提升高度Hmax)采用Visual Basic建立了用户设计的计算模块,可以完成对堆垛机典型零部件的设计计算(如.:车轮、轴、轴承和键、链等的计算),如图5所示。

SolidWorks的堆垛机参数化设计系统的开发solidworks simulation分析案例图片5

4.3接口模块

Visual Basic是Windows下常用的编程语言,可用它建立良好的用户界面和完成数据库数据的查询、读取等功能,同时Solidwoks API接日采用面向对象的方法向用户提供了大量OLE(Object Linking and Embedding)对象链接与嵌入技术用于二次开发,VB程序可借助于对PartDoc,AssembyDoc,DrawingDoc, Sketch,Dimension等对象属性的设置和调用来完成对零件的建模、修改和压缩等控制,获取零件的装配,零件工程图巾的各项信息,各种几何和拓扑信息,以及完成对特征尺寸的设置和提取。

    4.4定制菜单

应用程序开发、测试完毕后,将其编译成可执行文件,利用API提供的增加单项功能函数,如:frame. addmenu, frame addmenuitem,sldworks. addrnenu,sldworks. addmenuitem等,在Solidworks的装配界面中添加一个菜单项,命名为堆垛机CAD,如图6所示。

SolidWorks的堆垛机参数化设计系统的开发solidworks simulation分析案例图片6

    4.5校核模块

该模块的功能是对单一的模块进行校核来实现结构参数的再确定,并将结果反馈给计算模块.对单一模块校核,以工作对象和工作环境为基本参数构建结构,简化模型,通过COSMOS校核认可后,再确定单一模块的总体尺寸和截面尺寸。

    4. 6工程图模块

2D工程图纸直接用来指导生产,它是堆垛机参数化设计的最终体现.在本文中,模型与工程图双向驱动,模型改变后,在图纸管理器中设定相应的图幅及图纸比例,可以自动生成相应的工程图,各种剖视、尺寸、公差标注、注释输入符合国标由于在零部件模型中已建立相应的属性,包括:零件名称、图号、材料、数目重量、备注要求等,并且在Excex文件中建立了BOM表模板,因此可在装配图中自动生成材料明细表。

    5结束语

利用模块化、参数化的设计方法建立了堆垛机相应模块的3D模型,为堆垛机的设计提供了基于Solidworks平台下的计算机辅助设计工具,设计人员可以借助于设计系统的实时帮助,按照设计步骤完成对堆垛机的设计工作.经使用设计效率提高了30%.参数化设计是在拓扑结构关系不变的条件下实现的,对于产品的多样性变化向题,可以遵从以上方法再通过进一步的设计工作加以解决此设计方法对标准化、系列化的产品或接近于标准化、系列化的产品有着广泛的应用价值.

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