本文探討了裝備制造業(yè)中的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具Solidworks應(yīng)用。

　　引言

　　裝備制造業(yè)正面臨越來越激烈的競爭，如何使自己的產(chǎn)品在市場上保持領(lǐng)先地位;如何改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、減少重新設(shè)計(jì);如何進(jìn)行前期問題檢測與糾正;如何使產(chǎn)品質(zhì)量更高、問題更少，是從事裝備制造業(yè)每個(gè)設(shè)計(jì)者必須正視的問題。

　　實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)有很多方法，比如：加快產(chǎn)品上市速度;削減開發(fā)成本;提高產(chǎn)品質(zhì)量;減少材料成本，以及減少現(xiàn)場故障或者引入更多創(chuàng)新產(chǎn)品等。但是，這些方法都給產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。只有依靠三維設(shè)計(jì)，使用功能強(qiáng)大的CAD/CAM/CAE一體化軟件，才能最大限度的提高設(shè)計(jì)效率。

　　1 裝備制造業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)

　　1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜

　　裝備制造業(yè)產(chǎn)品通常都是機(jī)、電、液、控制工程，乃至計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜組合體。尤其液壓、電器原件在整機(jī)布置繁雜，如果按照常規(guī)方式，待總體制造完成后再考慮這些布置，會顯得擺放凌亂，這對于現(xiàn)階段"不僅要選擇產(chǎn)品性能，同時(shí)重視產(chǎn)品外觀"的產(chǎn)品選購觀念是格格不入的。而且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段很難發(fā)現(xiàn)初始設(shè)計(jì)缺陷,干涉現(xiàn)象很難避免。

　　1.2 生產(chǎn)批量多為單件小批生產(chǎn)

　　裝備制造業(yè)產(chǎn)品通常體積、重量都很大，尤其對于礦山機(jī)械，由于礦井形狀、坑口尺寸、地質(zhì)條件等差異，即使同類產(chǎn)品在尺寸上也會有很大不同，因此大型裝備制造業(yè)通常只能是小批量生產(chǎn)甚至單件生產(chǎn)。因此客觀上不允許我們象普通機(jī)械產(chǎn)品那樣進(jìn)行樣機(jī)試制，必須采用先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)保證產(chǎn)品及時(shí)交付和可靠性。

　　1.3 產(chǎn)品生產(chǎn)周期長

　　裝備制造業(yè)產(chǎn)品中諸如機(jī)架、缸體、筒體類零件通常由鑄造或焊接而成，為了保持使用時(shí)尺寸穩(wěn)定性，在工藝上都必須進(jìn)行時(shí)效處理防止變形;重要的主軸、傳動類零件通常要鍛造毛坯，成品需要調(diào)質(zhì)加表面淬火;油缸、閥塊類零件需要更加復(fù)雜的工藝程序;進(jìn)口的外購件采購周期有些甚至長達(dá)一年……

　　2 Solidworks造型方法概述

　　Solidworks軟件是基于特征、采用智能化裝配技術(shù)、智能零件技術(shù)和鏡像部件等技術(shù)完成設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的三維軟件。整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)100%可編輯，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間全相關(guān)。整機(jī)造型時(shí)有自下而上和自上而下兩種方法。可以結(jié)合使用。全新設(shè)計(jì)時(shí)通常以自上而下作為主要設(shè)計(jì)方法。

　　2.1 吊具設(shè)計(jì)中Solidworks的實(shí)現(xiàn)過程：

　　圖1是某汽車零件結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)任務(wù)：該件采用機(jī)器人流水線焊接完成，焊接過程完成后，要求設(shè)計(jì)一吊具將產(chǎn)品從焊接夾具中吊離至安全位置。

圖1 某汽車零件圖

　　根據(jù)給定產(chǎn)品進(jìn)行分析：該產(chǎn)品屬于薄壁件，因此合理的夾緊方式是關(guān)鍵，綜合考慮生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品重量等因素，最終確定定位塊安置在產(chǎn)品中部薄壁上板，對應(yīng)位置施加夾緊力，整個(gè)吊具采用手動螺旋杠桿夾緊方式。由此采用自上而下的方法，從薄壁表面作為基準(zhǔn)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)零件建模，直至完成設(shè)計(jì)過程。

　　2.2 設(shè)計(jì)過程概述

　　(1)選定草圖基準(zhǔn)面為薄壁內(nèi)表面，選定后繪制定位塊草圖;

　　(2)對草圖施加"拉伸"特征生成定位塊實(shí)體;

　　(3)由定位塊往外延伸生成定位塊固定架，由固定架生成頂板;

　　(4)由定位塊位置確定出夾緊塊位置，并繪制夾緊塊草圖，拉伸產(chǎn)生夾緊塊;

　　(5)在定位、夾緊裝置確定后，依次設(shè)計(jì)連桿、螺母、螺桿、搖柄等傳力構(gòu)件，最終確定連桿旋轉(zhuǎn)中心位置，從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。如圖2;

　　(6)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)模擬：零件裝配約束設(shè)置好后，旋轉(zhuǎn)搖柄可以看到夾緊塊的開合過程，用以驗(yàn)證是夾緊的可靠性;

　　(7)必要的時(shí)候可以進(jìn)行關(guān)鍵重要件的強(qiáng)度校核;

　　(8)根據(jù)國標(biāo)生成二維工程圖以及裝配圖;

　　(9)生成爆炸圖用以指導(dǎo)現(xiàn)場安裝調(diào)試。

圖2 吊具總體外觀

　　3 Solidworks的優(yōu)點(diǎn)

　　3.1 三維零部件圖直觀、精確

　　三維設(shè)計(jì)，能完整的反映設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。直接將設(shè)計(jì)者腦海中的零部件模型反映到計(jì)算機(jī)中，然后通過軸測圖的方式體現(xiàn)在二維圖紙上。采用三維模型進(jìn)行交流，不會產(chǎn)生圖紙歧義，所有形狀信息一目了然，并且可以通過剖切等方式看到內(nèi)部形狀，交流非常方便。再也不用像原來二維時(shí)代，首先把腦海中的零部件形狀轉(zhuǎn)成計(jì)算機(jī)中的二維圖，然后工人加工的時(shí)候卻又要把圖紙中的二維圖轉(zhuǎn)成三維模型來思維。

　　采用三維設(shè)計(jì)裝配，各零部件的位置一目了然。利用SolidWorks的靜態(tài)、動態(tài)干涉檢查可以在計(jì)算機(jī)中就發(fā)現(xiàn)零部件之間的碰撞問題，而不用等到加工后才發(fā)現(xiàn)。

　　3.2 可以方便的獲得幾何物理量

　　根據(jù)三維模型，可以方便獲得零部件的重心位置、表面積、體積、重量、轉(zhuǎn)動慣量等幾何物理參數(shù)，如果對模型的形狀進(jìn)行了修改，則上述參數(shù)可以自動計(jì)算，大大簡化了設(shè)計(jì)者的計(jì)算量。對于產(chǎn)品中出現(xiàn)的對稱機(jī)件，使用鏡像功能能夠很容易生成鏡像零件，避免重復(fù)勞動。

　　3.3 可以方便的實(shí)現(xiàn)CAM

　　SolidWorks生成的三維模型可以導(dǎo)入CAM軟件，生成數(shù)控代碼，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的有效統(tǒng)一。

　　3.4 有利于在設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元分析

　　通過運(yùn)動學(xué)、機(jī)構(gòu)動力學(xué)仿真，可進(jìn)行運(yùn)動干涉的檢查和消除，并得到各個(gè)構(gòu)件的瞬時(shí)位移、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)，也可以得到零件間的相互作用力，為進(jìn)行有限元分析提供了邊界條件。可以直接利用集成的COSMOSWorks軟件完成有限元分析，體現(xiàn)了CAD/CAE一體化的優(yōu)越性。

　　3.5 最新版軟件具有更強(qiáng)大的功能

　　SolidWorks2008是當(dāng)前最新的版本。它提供的Instant3D(即時(shí)3 D)，能夠幫助設(shè)計(jì)者對他們的產(chǎn)品進(jìn)行直觀的修改，并可以實(shí)時(shí)看到修改結(jié)果;尺寸專家(DimXpert)輕松解決了設(shè)計(jì)與制造脫節(jié)的問題。所標(biāo)示的尺寸以實(shí)際加工的特征為基準(zhǔn)，這些尺寸完全能夠被車間認(rèn)可，依據(jù)這些尺寸能夠加工出合格的產(chǎn)品; DFMXpress可用來檢查設(shè)計(jì)的可制造性，使用戶可以在早期設(shè)計(jì)過程中找出難以加工的、加工成本較高或無法進(jìn)行加工的區(qū)域;DFMXpress允許工程師檢查凹陷部位的內(nèi)部邊角、深槽或非標(biāo)準(zhǔn)孔徑及其設(shè)計(jì)是否適合切削加工。

　　4 結(jié)語

　　SolidWorks是現(xiàn)時(shí)設(shè)計(jì)的精品軟件，它所體現(xiàn)出的人性化的設(shè)計(jì)思想、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，必將為我們提高設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)成本提供有力的支持。同時(shí)，也是實(shí)施并行工程的最佳選擇，有利于設(shè)計(jì)工程師同供應(yīng)、銷售、管理人員進(jìn)行無障礙的信息交流，共同進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的評價(jià)。也為進(jìn)一步推動先進(jìn)制造技術(shù)在裝備制造業(yè)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。