引言
uCNi&. n$T'gX#5 装备制造业正面临越来越激烈的竞争,如何使自己的产品在市场上保持领先地位;如何改进复杂的产品设计、减少重新设计;如何进行前期问题检测与纠正;如何使产品质量更高、问题更少,是从事装备制造业每个设计者必须正视的问题。
n XOJ 6> Szxkz 实现上述目标有很多方法,比如:加快产品上市速度;削减开发成本;提高产品质量;减少材料成本,以及减少现场故障或者引入更多创新产品等。但是,这些方法都给产品设计提出了挑战。只有依靠三维设计,使用功能强大的CAD/CAM/CAE一体化软件,才能最大限度的提高设计效率。
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< 1.装备制造业产品特点
r|tTDKGQ iv/!c Mb 1.1.产品结构复杂
/Z*XKIU6v/ S @'fmjA' 装备制造业产品通常都是机、电、液、控制工程,乃至计算机控制的复杂组合体。尤其液压、电器原件在整机布置繁杂,如果按照常规方式,待总体制造完成后再考虑这些布置,会显得摆放凌乱,这对于现阶段"不仅要选择产品性能,同时重视产品外观"的产品选购观念是格格不入的。而且传统设计手段很难发现初始设计缺陷,干涉现象很难避免。
.-g++f(_i DVq5[ntG 1.2.生产批量多为单件小批生产
qEoa%O Sc zYL?w^ 装备制造业产品通常体积、重量都很大,尤其对于矿山机械,由于矿井形状、坑口尺寸、地质条件等差异,即使同类产品在尺寸上也会有很大不同,因此大型装备制造业通常只能是小批量生产甚至单件生产。因此客观上不允许我们象普通机械产品那样进行样机试制,必须采用先进设计制造技术保证产品及时交付和可靠性。
3o=K?eOdg .UuCTH;6` 1.3.产品生产周期长
IPhV|7 80M"`6 装备制造业产品中诸如机架、缸体、筒体类零件通常由铸造或焊接而成,为了保持使用时尺寸稳定性,在工艺上都必须进行时效处理防止变形;重要的主轴、传动类零件通常要锻造毛坯,成品需要调质加表面
淬火;油缸、阀块类零件需要更加复杂的工艺程序;进口的外购件采购周期有些甚至长达一年……
o4"7i 9+g >f$>Odqe 2.Solidworks造型方法概述
ED={OZD8 uxd5 XS Solidworks软件是基于特征、采用智能化装配技术、智能零件技术和镜像部件等技术完成设计的功能强大的三维软件。整个产品设计100%可编辑,零件设计、装配设计和工程图之间全相关。整机造型时有自下而上和自上而下两种方法。可以结合使用。全新设计时通常以自上而下作为主要设计方法。
BM&.Tw|x 3i'L5f67 2.1.吊具设计中Solidworks的实现过程:
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N2 *3A[C-1~. 图1是某汽车零件结构图。设计任务:该件采用机器人流水线焊接完成,焊接过程完成后,要求设计一吊具将产品从焊接
夹具中吊离至安全位置。
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S=o1k 图1 某汽车零件图
ljij/ C= bI,gNVN= 根据给定产品进行分析:该产品属于薄壁件,因此合理的夹紧方式是关键,综合考虑生产设备、产品重量等因素,最终确定定位块安置在产品中部薄壁上板,对应位置施加夹紧力,整个吊具采用手动螺旋杠杆夹紧方式。由此采用自上而下的方法,从薄壁表面作为基准,进行关联零件建模,直至完成设计过程。
<QyJJQM :!h1S`wS 2.2.设计过程概述
!Rzw[~ <"g ^V (1)选定草图基准面为薄壁内表面,选定后绘制定位块草图;
M@V.?;F}, I'h6!N" (2)对草图施加"拉伸"特征生成定位块实体;
pUs s_3 /^kZ}}9baU (3)由定位块往外延伸生成定位块固定架,由固定架生成顶板;
&ESE?{of) rVx%"_'*- (4)由定位块位置确定出夹紧块位置,并绘制夹紧块草图,拉伸产生夹紧块;
+|N!(H #l6L7u0~wC (5)在定位、夹紧装置确定后,依次设计连杆、螺母、螺杆、摇柄等传力构件,最终确定连杆旋转中心位置,从而完成整个设计过程。如图2;
RY(\/W#$ S&A, Q' (6)对结构进行运动学模拟:零件装配约束设置好后,旋转摇柄可以看到夹紧块的开合过程,用以验证是夹紧的可靠性;
Tkhu, yk4Huq&2 (7)必要的时候可以进行关键重要件的强度校核;
a+TlZE>8 F(- Q]xj, (8)根据国标生成二维工程图以及装配图;
YI=03}I 8Q&hhmOnz (9)生成爆炸图用以指导现场安装调试。
Y7yh0r_ R)AFaP | `[<j5(T 图2 吊具总体外观
d?RKobk GB1[`U% 3.Solidworks的优点
S(^*DV !4 4 )=xW 3.1 三维零部件图直观、精确
aN7VGc \>8"r,hG| 三维设计,能完整的反映设计者的设计意图。直接将设计者脑海中的零部件模型反映到计算机中,然后通过轴测图的方式体现在二维图纸上。采用三维模型进行交流,不会产生图纸歧义,所有形状信息一目了然,并且可以通过剖切等方式看到内部形状,交流非常方便。再也不用像原来二维时代,首先把脑海中的零部件形状转成计算机中的二维图,然后工人加工的时候却又要把图纸中的二维图转成三维模型来思维。
sglYT!O 6OJ`R.DM` 采用三维设计装配,各零部件的位置一目了然。利用SolidWorks的静态、动态干涉检查可以在计算机中就发现零部件之间的碰撞问题,而不用等到加工后才发现。
f -N: QfuKpcT& 3.2.可以方便的获得几何物理量
NJG-~w AR i_m 根据三维模型,可以方便获得零部件的重心位置、表面积、体积、重量、转动惯量等几何物理
参数,如果对模型的形状进行了修改,则上述参数可以自动计算,大大简化了设计者的计算量。对于产品中出现的对称机件,使用镜像功能能够很容易生成镜像零件,避免重复劳动。
P#/k5]g #<X+)B6t 3.3.可以方便的实现
CAM T-)Ur/qp FqOV/B
/z2 SolidWorks生成的三维模型可以导入CAM软件,生成
数控代码,实现CAD/CAM的有效统一。
]VifDFL} N@$g"w 3.4.有利于在设计中应用有限元分析
!@9Vq6 M^\#(0^2@ 通过运动学、机构动力学仿真,可进行运动干涉的检查和消除,并得到各个构件的瞬时位移、速度和加速度等运动参数,也可以得到零件间的相互作用力,为进行有限元分析提供了边界条件。可以直接利用集成的COSMOSWorks软件完成有限元分析,体现了CAD/CAE一体化的优越性。
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