Solidworks三維建模的機械測繪課程設計改革與實踐

2013-05-20 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

機械瀏繪對于機械類專業(yè)而言,屬于重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。針對機械瀏繪教學過程中存在的問題,講述了采用計算機三維建模與輔助設計的優(yōu)點和必要性,提出了機械瀏繪課程設計和計葬機三維建模相結合的新模式,并這用Solidworks介紹了在減速器零件建模和三維裝配上的實踐。

作者: 毛文武來源: 萬方數(shù)據(jù)
關鍵字: 機械瀏繪三維建模實踐教學 Solidworks

機械測繪課程設計是我國高校機械類和近機類專業(yè)普遍開設的一門重要實踐課程,是機械制圖教學中一個重要后續(xù)環(huán)節(jié),要求學生利用一周時間,對典型的機械設備進行工作原理分析,拆卸、安裝并使用簡單的測繪工具如鋼板尺、游標卡尺、內外卡鉗、各種螺絲刀等對各個零件進行測量,畫出零件圖和裝配圖并標注尺寸,填寫明細表和技術要求。其目的是加強、鞏固、深化、擴展課堂教學的理論知識,培養(yǎng)學生實踐動手能力及操作能力,進一步提高學生分析問題和解決問題的水平。但是傳統(tǒng)的手工測繪和計算機二維繪圖的實踐方式已經(jīng)落后于時代,手工測繪工作量大,重復勞動較多,修改復制不方便,學生普遍興趣不高,以AutoCAD為代表的二維繪圖軟件一度成為計算機繪圖和輔助設計的首選軟件,在高校機械測繪教學實踐中得到普遍應用,但是近年來隨著計算機技術,三維彩色圖像仿真技術和軟件編程技術的飛速發(fā)展,計算機繪圖已從二維平面圖發(fā)展到三維立體圖,機械計算機輔助設計也從二維設計發(fā)展到三維設計。當前不少CAD應用系統(tǒng)已經(jīng)將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一體,并在國內外得到廣泛應用。因此對機械測繪課程設計的改革迫在眉睫,讓學生在機械測繪的繪圖實踐中就掌握三維CAD軟件的應用尤為重要。

   1 、使用三維建模設計軟件的優(yōu)點和必要性

(1)隨著先進數(shù)控設備及大量的CAD/CAM/CAE軟件的不斷涌現(xiàn),設計、分析、加工、檢測等功能一體化已經(jīng)成為現(xiàn)代制造技術的基本特征,工程圖樣是CAD/CAPP/CAM/ERP各個模塊間的重要的信息載體,它不僅表達產品的幾何構造,還是對產品性能進行分析和優(yōu)化,對設計結果進行模擬和驗證及工程數(shù)據(jù)管理的重要基礎,二維圖樣已遠不能滿足要求,而能夠完成這一系列制造工程的信息載體只能是三維模型。

(2)三維設計符合人的思維過程。設計師在設計時,總是先構思,后表達,即先構思出產品的形狀,然后再將構思出的產品形狀表達出來。由于在腦海中構思出的產品形狀是三維的.因此,畫三維立體圖符合設計師的創(chuàng)新意識流,有利于設計的深入進行。

(3)由三維設計得到的三維立體圖具有直觀、易十理解等特點,便于與他人進行技術交流,甚至可以與不懂機械制圖的人們交流。

(4)有利于獲得復雜的幾何造型,如截交、相貫、不規(guī)則復雜曲面等。

(5)可以在計算機上對零件進行力學分析、虛擬加工、虛擬裝配,檢驗零件的裝配情況,從而減少制造昂貴的產品樣機的數(shù)量。

    2國內外較流行的三維建模和設計軟件

目前不少公司和高校都從事機械三維設計軟件的開發(fā),推出了不少各具特色的軟件,當前較流行的國內外軟件有:Unigraphics Solutions公司的UG II、SDRC公司的IDEAS , Dassult公司CATIA ,PTC公司的PRONE, MATRA公司的Euclid, CV公司的CADDSS , Solidworks公司的Solidworks,Autodesk公司的MDT和Inventor、北航海爾的CAXA,華中軟件集團的InerCAD、開目軟件公司的開目CAD等。

筆者所選擇的Solidworks軟件,是一個美國Solidworks公司開發(fā)的基于Windows平臺的CAD軟件,有較強大的三維建模、工程圖繪制、動畫制作和模型渲染功能,以其為核心集成的CAD/CAM/CAM系統(tǒng)可較好滿足產品設計、分析、制造、產品數(shù)據(jù)管理的一體化要求,并能與其他CAD/CAM/CAE軟件達到無縫連接和集成。該軟件在較短時間得到了企業(yè)和高校的認可,在廣州,該軟件已成為不少單位招聘機械崗位員工的基本需求之一,廣州十多所工科高校自2000年開始連續(xù)舉辦和參與Solidworks軟件應用大賽,在美國筆者進修的加州大學機械工程專業(yè)的課程設計和畢業(yè)設計中也得到普遍使用。

    3應用Solidworks軟件的齒輪減速器各零件的三維建模

齒輪減速器就是各高校普遍采用的測繪對象,它由齒輪、齒輪軸、軸、滾動軸承、鍵等零件安裝在封閉的箱體內組成,是工程程上具有典型性和代表性的部件。

    3.1箱座的三維建模

箱座是減速器的主要零件之一,主要用來支承和固定其他零件。如圖1所示,結構有一定復雜性,在三維建模前,首先進行形體分析,如將其分為箱座主體、內腔、底板、箱體聯(lián)接凸緣、加強肋、螺栓凸臺、回油溝、吊耳、排油孔等部分,然后就可以應用Solidworks進行三維實體建模,通過各種二維繪圖和編輯操作產生二維圖形,通過二維圖形拉伸、旋轉、薄壁特征、抽殼、打孔以及三維編輯等操作來實現(xiàn)三維實體建模,且Solidworks的實體建模為基于特征的參數(shù)化建模,采用樹狀結構來記錄設計歷程中的每一步特征,可以對特征的狀態(tài)和創(chuàng)建順序進行修改、回溯到某一特征然后繼續(xù)進行造型、并支持創(chuàng)建特征庫,可以將一些常用特征存在特征庫中,以后再使用時只需定位和輸入某些尺寸數(shù)值即可完成特征的創(chuàng)建。

    3.2螺紋緊固件的三維建模

螺紋緊固件是廣泛使用的標準件,減速器各零件中,除螺釘、螺栓、螺母等標準件外,箱體、箱蓋、通氣塞、排油螺塞等多個零件都有螺紋,AutoCAD等軟件中,精確繪制螺紋有一定的困難,采用Solidworks軟件,相對就比較方便,只要繪制輪廓和路徑,然后利用掃描工具就可精確構造出螺紋的三維結構,圖2是通氣塞三維渲染圖。

Solidworks三維建模的機械測繪課程設計改革與實踐solidworks simulation應用技術圖片圖片1

    4減速器的三維裝配

該齒輪減速器的三維裝配比較復雜,關鍵在裝配時要明確各個零部件間的位置約束關系,如對齊、重合、平行、相切、同軸等,并注意裝配的前后順序,可將其分為主動軸系零件:主動齒輪軸、滾動軸承、擋油環(huán)、調整環(huán)、主動軸透蓋、主動軸悶蓋等;從動軸系零件:從動軸、齒輪、滾動軸承、定位套筒、調整環(huán)、從動軸透蓋與從動軸悶蓋等;箱座及其附件:油標小蓋、反光片、油面指示片、螺釘、油塞等;箱蓋及其附件:窺視孔蓋、通氣塞、螺釘、螺母等一一裝配,然后再集中安裝。圖3是該減速器三維裝配整機渲染圖, SolidWorks裝配較為靈活,采用樹形方式表達裝配體中的層次和約束關系,采用SmartNlate方法,在動態(tài)拖動零部件的同時,可自動捕捉適當?shù)呐浜详P系,進行裝配,在進行零件間三維裝配的同時,可進行零部件之間的干涉檢查,計算裝配休的各種物理屬性。

裝配爆炸圖是將裝配到一起的零部件分別移開,使設計人員可以更好地對裝配結構和裝配關系進行分析和觀察?，F(xiàn)在不少CAD三維軟件,都可形象地模擬出裝配體各零件間的裝配和拆卸過程,并直接轉化為動畫,如圖4是采用SolidWorks制作的減速器整機爆炸圖。制作時,可采用根據(jù)裝配關系自功生成爆炸圖,也可采用自動和手動相結合的方法生成爆炸圖,在手動調整中可以對每個零件移出的方向、距離等進行設定。

Solidworks三維建模的機械測繪課程設計改革與實踐solidworks simulation應用技術圖片圖片2

5工程圖

從三維模型可直接投影產生各種工程圖,包括標準三視圖、軸側圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等及相關的尺寸與標注,且工程圖和三維模型可相關聯(lián),改變某張工程圖紙中的機件的局部結構和大小,相關聯(lián)的三維模型和其他圖紙也同時發(fā)生變化。需要注意的是在將減速器SolidWorks三維模型轉化為工程圖紙時,因為美國制圖標準與我國制圖標準不一致,需根據(jù)我國國標對視圖中的某些線條和尺寸標注進行調整。

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