SolidWorks的堆垛機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

以三維特征造型軟件SolidWorks 2001為平臺(tái),采用模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想構(gòu)建堆垛機(jī)的相應(yīng)模塊的三維模型;以Microsoft Acces:為支撐數(shù)據(jù)庫(kù),Microsoft Visual Basi。為開(kāi)發(fā)工具,建立設(shè)計(jì)計(jì)算與三維模型的數(shù)據(jù)接口;采用有限元分析軟件COSMOS進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核,建立了面向倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng).實(shí)踐證明:該設(shè)計(jì)系統(tǒng)可顯著提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量,可快速響應(yīng)個(gè)性化的市場(chǎng)要求.

作者: 秦慧斌*張亞明*吳淑芳*王宗彥來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 模塊化參數(shù)化功能塊數(shù)據(jù)接口

0引言

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,GAD技術(shù)已開(kāi)始由二維向三維轉(zhuǎn)移.以外購(gòu)的CAD軟件為平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立起適用于企業(yè)自身特點(diǎn)的應(yīng)用軟件系統(tǒng),具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義.在制造業(yè)的物流、信息流和能量流中,物流對(duì)于企業(yè)的敏捷生產(chǎn),協(xié)同管理起著舉足輕重的作用堆垛機(jī)是物流倉(cāng)儲(chǔ)的主要設(shè)備,其系列定型產(chǎn)品占有相當(dāng)比例,系列中的大多數(shù)零件或部件具有相似的外形輪廓特征,具備了參數(shù)化設(shè)計(jì)的前提條件.SolidWorks是基于Windows平臺(tái)的優(yōu)秀三維設(shè)計(jì)軟件,以其參數(shù)化和特征造型技術(shù)著稱以SolidWorks為平臺(tái)開(kāi)發(fā)出堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可顯著提高設(shè)計(jì)效率,有利于緩解資源與任務(wù)間的矛盾,可快速響應(yīng)個(gè)性化的市場(chǎng)要求,對(duì)加強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義.此外參數(shù)化設(shè)計(jì)大量運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段,有利于實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM軟件的集成,可積極地推動(dòng)企業(yè)的信息化建設(shè)。

    1堆垛機(jī)模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想

參數(shù)化設(shè)計(jì)是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)單、高效、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方法.它一般是指零件或部件的形狀比較定型,用一組參數(shù)和幾何約束該模型的結(jié)構(gòu)尺寸與拓?fù)潢P(guān)系;參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時(shí),就可驅(qū)動(dòng)典型模型,達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的零件模型.

堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)是基于機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的參數(shù)化設(shè)計(jì),它以機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊為設(shè)計(jì)的基本單元.機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊是指具有尺寸互換性的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件,其安裝連接部分的幾何參數(shù)滿足某種規(guī)定的要求,并能保證通用互換或兼容.模塊化產(chǎn)品的構(gòu)成模式等于通用模塊(不變部分)加專用模塊(變動(dòng)部分聲).堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)著重解決模塊中的變動(dòng)部分.

在模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先確定各模塊的性能參數(shù),幾何尺寸系列,基本結(jié)構(gòu)布局與各模塊之間的結(jié)合形式.這些參數(shù)將作為模塊的主驅(qū)動(dòng)參數(shù),讓次要參數(shù)依賴于主驅(qū)動(dòng)參數(shù),利用方程式設(shè)計(jì)成某種比例關(guān)系或幾何約束關(guān)系模塊間的接口數(shù)據(jù)有定義說(shuō)明,以作為設(shè)計(jì)計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)接口和樣機(jī)模型的輸入接口,圖1為雙立柱式堆垛機(jī)的3D模型,依據(jù)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)和功能要求,將堆垛機(jī)劃分為標(biāo)準(zhǔn)件及通用件、貨叉裝置、從動(dòng)輪組、主動(dòng)輪組、導(dǎo)輪組、滑輪組、卷筒、天輪組、載貨臺(tái)、松繩過(guò)載、斷繩保護(hù)、緩沖器共12個(gè)模塊.

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    2模型的建立與參數(shù)化

以WJ52型雙立柱式堆垛機(jī)為例,建立各模塊的參數(shù)化3D模型在完成本步驟時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)在模型建立之前應(yīng)先對(duì)零件的特征進(jìn)行規(guī)劃,先建立最重要的基本特征,依次類推,最后建立輔助特征.對(duì)于一些裝飾性的特征,如:倒角、圓角,對(duì)零件的整體形狀影響較小,但非常容易造成參數(shù)化驅(qū)動(dòng)失敗,因而最好放到最后生成。

2)標(biāo)準(zhǔn)件及通用件按零件設(shè)計(jì)手冊(cè)中的公稱尺寸參數(shù)構(gòu)建模型,有固定關(guān)系的尺寸參數(shù)應(yīng)在模型中建立方程式利用數(shù)據(jù)庫(kù)Access為每一種標(biāo)準(zhǔn)件建立數(shù)據(jù)庫(kù),如:螺栓、墊圈、螺釘、鍵等標(biāo)準(zhǔn)件和通用件的數(shù)據(jù)庫(kù),每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件的國(guó)標(biāo)參數(shù)表和與其公稱參數(shù)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度系列表組成,以作為應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)源層.

3)零件的屬性(名稱、圖號(hào)、材料、重量)應(yīng)在模型中建立,便于裝配體自動(dòng)提取生成BOM (Bill of Materials)材料明細(xì)表.

4)視零件的不同特征及不同的設(shè)計(jì)要求采取不同的驅(qū)動(dòng)方式.圖2所示滑輪的繩槽部分,因其參數(shù)由起重行業(yè)規(guī)范規(guī)定,故采用系列零件設(shè)計(jì)表來(lái)驅(qū)動(dòng),通過(guò)生成不同的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的改變,因其內(nèi)孔徑、寬度與軸承的配合有關(guān),故在裝配體中建立方程式與幾何關(guān)系約束,通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn).

5)在零件草圖或裝配中建立幾何約束關(guān)系和尺寸方程式以確定模塊之間以及零部件之間的連接、配合、位置關(guān)系,

6)對(duì)模塊的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行定義說(shuō)明,

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3堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟

堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟如圖3所示.

堆垛機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)總體分為三個(gè)階段.第一階段包括:模塊中零部件的建模,標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的建模及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、裝配、參數(shù)化、接口數(shù)據(jù)的定義說(shuō)明,零部件的2D工程圖;第二階段包括:接口模塊的實(shí)現(xiàn),將計(jì)算模塊的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生成模型所需的輸入?yún)?shù);第三階段為采用有限元分析軟件COSMOS對(duì)生成模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的校核分析。

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    4堆垛機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊

    4.1數(shù)據(jù)庫(kù)支撐模塊

堆垛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要查詢起重行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)手冊(cè)的大量數(shù)據(jù).標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)資料已借助于Access建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)ODBC(Open Data Base Connection)是Microsoft的WOSA( Windows Open System Architecture)的一個(gè)組件,它提供了一整套的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù),可方便地同Access相連用ODBC技術(shù)與VB的支待,實(shí)現(xiàn)了程序與數(shù)據(jù)的連接,使得設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)得到,并在不斷地使用過(guò)程中使數(shù)據(jù)庫(kù)得到不斷擴(kuò)充,從而得到方便設(shè)計(jì)的目的.

堆垛機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成如圖4所示.

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4.2設(shè)計(jì)計(jì)算模塊

在設(shè)計(jì)中涉及到大量的數(shù)學(xué)計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)、歷史數(shù)據(jù)的查詢,起重行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的引用,標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和可參數(shù)化結(jié)構(gòu)圖塊及原有圖形資源共享等工作.為避免繁瑣的重復(fù)計(jì)算與查表,本項(xiàng)目根據(jù)用戶定單要求的設(shè)計(jì)參數(shù)(貨物重量P,貨物長(zhǎng)度L,寬度W,高度H,提升速度v1,運(yùn)行速度vx,貨叉伸縮速度vc,最大提升高度Hmax)采用Visual Basic建立了用戶設(shè)計(jì)的計(jì)算模塊,可以完成對(duì)堆垛機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算(如.:車輪、軸、軸承和鍵、鏈等的計(jì)算),如圖5所示。

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4.3接口模塊

Visual Basic是Windows下常用的編程語(yǔ)言,可用它建立良好的用戶界面和完成數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的查詢、讀取等功能,同時(shí)Solidwoks API接日采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄏ蛴脩籼峁┝舜罅縊LE(Object Linking and Embedding)對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)用于二次開(kāi)發(fā),VB程序可借助于對(duì)PartDoc,AssembyDoc,DrawingDoc, Sketch,Dimension等對(duì)象屬性的設(shè)置和調(diào)用來(lái)完成對(duì)零件的建模、修改和壓縮等控制,獲取零件的裝配,零件工程圖巾的各項(xiàng)信息,各種幾何和拓?fù)湫畔?以及完成對(duì)特征尺寸的設(shè)置和提取。

    4.4定制菜單

應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、測(cè)試完畢后,將其編譯成可執(zhí)行文件,利用API提供的增加單項(xiàng)功能函數(shù),如:frame. addmenu, frame addmenuitem,sldworks. addrnenu,sldworks. addmenuitem等,在Solidworks的裝配界面中添加一個(gè)菜單項(xiàng),命名為堆垛機(jī)CAD,如圖6所示。

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    4.5校核模塊

該模塊的功能是對(duì)單一的模塊進(jìn)行校核來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的再確定,并將結(jié)果反饋給計(jì)算模塊.對(duì)單一模塊校核,以工作對(duì)象和工作環(huán)境為基本參數(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化模型,通過(guò)COSMOS校核認(rèn)可后,再確定單一模塊的總體尺寸和截面尺寸。

    4. 6工程圖模塊

2D工程圖紙直接用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn),它是堆垛機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)的最終體現(xiàn).在本文中,模型與工程圖雙向驅(qū)動(dòng),模型改變后,在圖紙管理器中設(shè)定相應(yīng)的圖幅及圖紙比例,可以自動(dòng)生成相應(yīng)的工程圖,各種剖視、尺寸、公差標(biāo)注、注釋輸入符合國(guó)標(biāo)由于在零部件模型中已建立相應(yīng)的屬性,包括:零件名稱、圖號(hào)、材料、數(shù)目重量、備注要求等,并且在Excex文件中建立了BOM表模板,因此可在裝配圖中自動(dòng)生成材料明細(xì)表。

    5結(jié)束語(yǔ)

利用模塊化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法建立了堆垛機(jī)相應(yīng)模塊的3D模型,為堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)提供了基于Solidworks平臺(tái)下的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具,設(shè)計(jì)人員可以借助于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)幫助,按照設(shè)計(jì)步驟完成對(duì)堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)工作.經(jīng)使用設(shè)計(jì)效率提高了30%.參數(shù)化設(shè)計(jì)是在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系不變的條件下實(shí)現(xiàn)的,對(duì)于產(chǎn)品的多樣性變化向題,可以遵從以上方法再通過(guò)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)工作加以解決此設(shè)計(jì)方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品或接近于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值.

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