基于SOLIDWORKS的車床運動建模與仿真

1、論文題目：基于solidworks的車床運動建模與仿真學生姓名：所在院系：所學專業(yè)： 導師姓名： 完成時間：基于solidworks的車床運動建模與仿真摘 要眾所周知，產(chǎn)品的建模與仿真作為產(chǎn)品設計的一個重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的主要過程。良好的建模、裝配和仿真技術，對保證產(chǎn)品質量和可靠性，降低產(chǎn)品成本和提高競爭力具有十分重要的意義。隨著信息技術和制造業(yè)信息化的飛速發(fā)展，建模仿真技術的發(fā)展及應用將成為必然趨勢。本課題利用solidworks平臺對ca6140車床的裝配過程進行了一些必要的探討和仿真分析。首先，從國內外研究現(xiàn)狀、車床的介紹、零件的建模和裝配模型的建立等方面系統(tǒng)的闡述了建模仿真的理論

2、知識、原理以及技術要點。其次，對三維造型軟件solidworks作了簡單的介紹，對其插件的功能進行了學習和探索，掌握的參數(shù)化的建模方法，大大縮短了設計時間，提高了設計效率和設計質量，較好地完成了研制設計任務。這樣做對于縮短產(chǎn)品的研制周期，降低研制成本有著顯著作用。 最后，通過以上仿真將機床的傳動情況直觀地顯示了出來，取得了較好的直觀效果。而且結合本課題對今后的工作進行了展望，為整機的可裝配性分析及性能評價奠定了基礎。關鍵詞: ca6140車床，solidworks，建模，仿真lathe modeling and simulation of the movement based on solid

3、worksabstractas we all know,modeling and simulation products,product design as an important element of the main functions of the product process. good modeling, assembly and simulation technology, to ensure product quality and reliability,reduce costs and enhance competitiveness force of great signi

4、ficance.as information technology and manufacturing the rapid development of information technology, modeling and simulation technology. the development and application will become an inevitable trend. solidworks platform of the subject of the use of the ca6140 lathe assembly process of the necessar

5、y analysis and simulation.first of all,research from home and abroad,introduction of lathes,parts modeling and assembly modeling system and so on modeling and simulation on the theory of knowledge,and technical points of principle.secondly,three-dimensional modeling software,solidworks gave a brief

6、account of its plug-in function of learning and exploration,grasp of the parameters of the modeling method,greatly reducing the design time and improve design efficiency and design quality,development of better design task was completed. that will do little to shorten the product development cycle,l

7、ower development costs have a significant role.finally,through the above-mentioned machine tool simulation of transmission cases will show up directly to obtain a better visual effect. and connection with the subject of future work prospects for the whole analysis can be assembled and laid the found

8、ation for performance evaluation.key words: ca6140 lathe, solidworks, modeling, simulation 目 錄1 緒論11.1 引言11.2 國內外研究現(xiàn)狀21.3 課題目的及所研究的主要內容31.3.1 課題的目的31.4 ca6140車床簡介41.4.1 ca6140車床簡介41.4.2 ca6140車床的傳動系統(tǒng)42 solidworks軟件平臺.42.1 solidworks及其二次開發(fā)技術簡介42.1.1 三維造型軟件solidworks簡介42.1.2 基于solidworks的二次開發(fā)技術.52.2 s

9、olidworks插件52.2.1 photoworks52.2.2 featureworks62.2.3 cosmosxpress62.2.4 toolbox62.3 solidworks在產(chǎn)品設計中的功能72.4 三維實體零件的建模72.4.1 參數(shù)化建模方法（參數(shù)化設計）72.4.2 一般建模方法92.5 三維實體零件的裝配92.5.1 向裝配體中添加實體零件.93 車床的建模103.1 軸的建模103.2 齒輪、鏈輪的建模113.3 凸輪的建模143.4 撥叉的建模143.5 機架、定位塊、銷釘?shù)慕?64 車床的裝配174.1 裝配順序的原則175 車床的仿真185.1 animat

10、or介紹185.2 車床傳動仿真的實現(xiàn)196 結論與展望196.1 結論196.2 今后工作方向20致謝21參考文獻211 緒論1.1 引言近些年來，隨著計算機技術的發(fā)展，計算機圖形處理能力日益增強，以計算機為主要工具的仿真技術也迅速發(fā)展起來，并很快應用于工程領域。在計算機輔助下進行機械零件的設計、校核，并進行系統(tǒng)運動仿真己經(jīng)逐漸成為機械設計的發(fā)展方向。在傳統(tǒng)的設計與制造過程中，首先是方案設計及論證，然后進行產(chǎn)品設計。在設計完成后，為了驗證設計，通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗甚至是破壞性的。當通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要回頭修改設計并再用樣機驗證。只有通過周而復始的設計一試驗一設計過程，產(chǎn)品

11、才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系統(tǒng)，設計周期無法縮短，更不用談對市場的靈活反應了。在大多數(shù)情況下，工程師往往為了保證產(chǎn)品按時投放市場而中斷這一過程，使產(chǎn)品在上市時便有先天不足的毛病。在市場競爭的背景下，基于實際樣機上的設計驗證過程嚴重地制約了產(chǎn)品的質量的提高、成本的降低和對市場的占有。隨著經(jīng)濟貿易的全球化，要想在競爭日趨激烈的市場上取勝，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質量，降低成本以及對市場的靈活反應都已成為競爭者們所追求的運營方式，誰早推出產(chǎn)品，誰就占有市場。然而，傳統(tǒng)的設計與制造方式卻無法滿足這些要求。計算機運動仿真作為計算機仿真技術的一個重要分支，可以歸入虛擬現(xiàn)實技術v

12、r(virtualreality)的范疇，它匯集了計算機圖形學、多媒體技術、實時計算技術、人機接口技術等多項關鍵技術12。作為一門新興的高技術，己經(jīng)成為工程技術領域計算機應用的重要方向。尤其在航天、國防及其它大規(guī)模復雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，計算機運動仿真己經(jīng)成為不可缺少的工具。借助于這項技術，工程師們可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的虛擬模型，伴之以三維可視化處理，模擬其在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真的結果來精化和優(yōu)化系統(tǒng)的設計。計算機運動仿真技術已經(jīng)越來越成為人們代替或部分代替樣機制作、工藝試驗，以獲取所需數(shù)據(jù)結果并最終完成對產(chǎn)品的性能測試及驗證的有力技術手段川。虛擬模型技術應當屬于

13、計算機輔助工程(cae)的一個分支，它的核心部分是多體系統(tǒng)運動學與動力學建模理論及其技術實現(xiàn)15。作為應用數(shù)學一個分支的數(shù)值算法及時地提供了求解這種問題的有效的快速算法。近年來的計算機可視化技術以及動畫技術的發(fā)展為這項技術提供了友好的用戶界面，cad/fea等技術的發(fā)展為虛擬模型技術的應用提供了技術環(huán)境。借助于虛擬模型技術，設計過程先從整機開始，按照“由上至下”的順序進行，這樣可以避免由于系統(tǒng)設計方面的失誤而付出的昂貴代價。目前，虛擬模型和計算機仿真技術已經(jīng)廣泛地應用在各個領域里:汽車制造業(yè)、工程機械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機械制造業(yè);所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到照相機的快門，天上的火箭到

14、輪船的錨機。在各個領域里，針對各種不同的產(chǎn)品，虛擬模型技術都為用戶節(jié)省了開支和時間，并提供了滿意的設計方案。1.2 國內外研究現(xiàn)狀虛擬模型和計算機仿真技術是一項涉及多個學科領域的前沿技術，發(fā)達國家于20世紀80年代提出了相關概念，這項技術在過去的10年里獲得了迅速發(fā)展并達到實用階段。和一些先進國家相比，我國在這個領域還有一定差距，但已經(jīng)引起了國家有關部門和科學家們的重視，九五規(guī)劃、國家自然科學基金、國家高技術產(chǎn)業(yè)規(guī)劃都把虛擬現(xiàn)實技術vr列入了研究項目11。國內一些高校和研究部門在緊跟國際先進技術的同時，也積極投入到了這一領域當中，并且取得了一定的研究成果。清華大學計算機科學與技術系對虛擬現(xiàn)實和

15、臨場感方面進行了研究，在克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗方面采用了一些獨特的方法。他們針對室內環(huán)境的特點，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維結構的新穎算法。哈爾濱工業(yè)大學機械系在機構的三維運動仿真方面進行了不少研究，他們使用opengl開發(fā)的機構三維仿真軟件成功地模擬出了一些常用機構的運動狀態(tài)，并在此基礎上加入了一些計算機輔助設計和分析的功能。該校計算機系成功地摹擬出了人的臉部動作，如表情的合成和唇動的合成。浙江大學cad&cg國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，實現(xiàn)了立體視覺，同時提供的交互工具使系統(tǒng)的真實感達

16、到了較高的水平。北京航空航天大學計算機系著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示和處理，在虛擬現(xiàn)實的視覺接口方面開發(fā)出了部分軟硬件，提供了用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。西安交通大學信息工程研究所對立體顯示技術進行了研究，提出了一種基于jpeg標準壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比。西北工業(yè)大學在基于ug的二次開發(fā)方面進行了不少研究。西安理工大學機械與精密儀器學院在基于solidworks的二次開發(fā)方面也做了不少工作，開發(fā)了連桿機構和弧面分度凸輪的運動仿真軟件。上海交通大學圖像處理及模式識別研究所，國防科技大學計算機研究所，北京工業(yè)大學cad研究中心等單位也都在這一領域做了一定的工作，并取得了一定

17、的研究成果。綜合國內外的研究現(xiàn)狀，為了實現(xiàn)構件的造型和運動仿真，采用的方法歸納起來可分為三類：:(1).開發(fā)專業(yè)的運動軟件，這種方法可以進行多種機構的運動仿真和運動學、動力學分析。這種方法的開發(fā)工作量大，開發(fā)周期長，開發(fā)的費用也很高，主要由專業(yè)的軟件開發(fā)商來完成，具有代表性的軟件有adams。(2).利用具有真實感的應用軟件進行三維實體造型和運動仿真，通常使用的軟件是opengl和3ds，opengl是opengraphieslib的縮寫，它獨立于硬件，獨立于操作系統(tǒng)，包含有100多個圖形函數(shù)，開發(fā)者可以通過這些函數(shù)建立三維模型。由于opengl包含的圖形函數(shù)的數(shù)量和功能有限，目前尚不適合構造

18、比較復雜的機械零件，應用于運動仿真領域的也僅限于簡單機構;3ds是目前世界上應用最廣泛的三維建模，動畫，渲染軟件，被廣泛地應用于電視及娛樂業(yè)中，該軟件功能強大，使用方便，但是造型結束后實體的形狀和尺寸都不能被實時或交互更改，如果用于運動仿真就顯得柔性不足。(3).針對成熟軟件的二次開發(fā)方法。這些成熟的軟件包括autocad(二維)、ug、pro/e、solidworks(三維)等，其中autocad二次開發(fā)多用于平面圖形，很少應用與三維實體造型，其余幾種軟件本身就是工程軟件，對機械零件的造型能力很強，其二次開發(fā)的接口也比較成熟，開發(fā)具有很大的靈活性，二次開發(fā)的產(chǎn)品很多己經(jīng)進入工程使用階段14。

19、本文基于solidworks進行車床的建模和運動仿真軟件的開發(fā)，主要是從以下幾方面考慮:（1）solidworks是當今世界基于nt/windows平臺的三維機械cad軟件系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，目前己在國內外中小型企業(yè)中得到廣泛應用。（2）易學、易用，操作過程直觀、簡單，功能強大。（3）完全漢化，使用過程中無任何語言障礙。（4）可向下兼容二維autocad，使得以前采用autocad進行的設計可以繼續(xù)使用和轉化。（5）根據(jù)需求，可以很方便地利用vb和vc+對其進行二次開發(fā)。（6）與其它三維設計軟件系統(tǒng)具有非常好的兼容性。1.3 課題目的及所研究的主要內容1.3.1 課題的目的機床是機械加工制造業(yè)的主

20、要加工工具，要提高機床的加工質量、加工精度和生產(chǎn)效率，縮短機床產(chǎn)品的開發(fā)時間、降低開發(fā)成本和提高產(chǎn)品質量，必須要保證設計和裝配質量。因為良好的建模設計和裝配仿真技術，對保證產(chǎn)品質量和可靠性，降低產(chǎn)品成本和提高競爭力具有十分重要的意義。所以在產(chǎn)品開發(fā)過程中，建模和裝配是最重要的環(huán)節(jié)之一，對裝配問題考慮地越早，所獲取的質量、成本和時間就越明顯。因此把建模技術和計算機仿真技術應用到機床產(chǎn)品的開發(fā)上來是刻不容緩的。本課題就是旨在基于solidworks三維實體造型軟件對ca6140車床系統(tǒng)進行虛擬裝配及仿真分析研究。1.3.2 課題的主要工作內容（1）三維環(huán)境下的零件建模與裝配為了實現(xiàn)機構的運動仿真，

21、首先必須利用solidworks強大的實體造型功能構造出運動構件的三維模型，其中包括:大、小齒輪，凸輪，桿等運動構件，以及軸、銷等輔助構件，部分零部件可利于solidworks強大的數(shù)據(jù)庫進行參數(shù)化設置，減少設計時間。在完成建模后，結合各個部件間的配合特征，利用solidworks平臺對各部件進行裝配。（2）實體機構的運動仿真完成裝配的機構還不能運動，只能維持裝配時的狀態(tài)，為了再現(xiàn)機構的實際運動，必須根據(jù)不同機構的特點，計算各個構件之間的相對位置。根據(jù)各構件的相對運動關系，利用animator插件通過節(jié)點的選擇對其進行模擬仿真，從而模擬出了機構的運動狀況。通過控制計時器的參數(shù)和狀態(tài)，可以實現(xiàn)機

22、構運動的開始，暫停，反轉，停止等操作。另外，為了更清晰的展現(xiàn)每個機構的運動情況，各個機構還可以單獨運動，使用戶更清楚的了解每個機構的運動情況。1.4 ca6140車床簡介1.4.1 ca6140車床簡介普通車床是車床中應用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的65%。作為最常見的一種，ca6140型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。1.4.2 ca6140車床的傳動系統(tǒng)電動機經(jīng)主換向機構、主變速機構拖動主軸。主換向機構主要用于切削螺紋，主變速機構用于變速。進給鏈（切螺紋時為螺紋鏈）從主軸開始，經(jīng)進給換向機構、掛輪和進給箱內的進給變換機構、轉換機構-光杠（普

23、通車削）、溜板箱內的轉換機構傳至刀架；或經(jīng)絲杠和溜板箱內的螺母傳至刀架。2 solidworks軟件平臺.2.1 solidworks及其二次開發(fā)技術簡介2.1.1 三維造型軟件solidworks簡介solidworks軟件是在windows環(huán)境下開發(fā)的三維實體設計軟件，它能夠充分利用windows的優(yōu)秀界面，為設計師提供了簡易方便的工作界面。solidworks首創(chuàng)的特征管理，能夠將設計過程的每一步記錄下來，并形成特征管理樹，顯示在屏幕的左側。設計師可以隨時點取任意一個特征進行修改，還可以隨意調整特征樹的順序，以改變零件的形狀。由于solidworks全面采用windows的技術，因此在零

24、件設計時可以對零件的特征進行“剪切、復制、粘貼”等操作。solidworks軟件提供完整的、免費的開發(fā)工具(api)，用戶可以用微軟的vb、vc+或其它支持ole的編程語言建立自己的應用方案。通過數(shù)據(jù)轉換接口，solidworks可以很容易地將目前市場幾乎所有的機械cad軟件集成到現(xiàn)在的設計環(huán)境中來。solidworks是windows原創(chuàng)的三維實體設計軟件，全面支持微軟的ole技術。它支持olezo的api后繼開發(fā)工具己經(jīng)改變了cad/cae/cam領域傳統(tǒng)的集成方式，使得不同的應用軟件能集成到同一個窗口，共享同一數(shù)信息，以相同的方式操作，沒有文件傳輸?shù)臒?。solidworks軟件在用戶界

25、面方面的方便程度是世界公認的，該軟件自1995年問世以來，先后共獲得工業(yè)界的十幾次大獎，這在同檔次軟件中是獲獎次數(shù)最多的軟件。2.1.2 基于solidworks的二次開發(fā)技術.為了方便用戶進行二次開發(fā)，solidworks提供了ole應用程序開發(fā)接口solidworksapi，其中包含有數(shù)以百計的功能函數(shù)，用戶可以使用支持ole編程的開發(fā)工具，如用vb、vba、c、vc+等都能對這些功能函數(shù)進行調用，為程序員提供了直接訪問solidworks的能力。通過適當?shù)姆椒ㄕ{用solidworksapi，應用其中豐富的函數(shù)進行二次開發(fā)，可以建立適合用戶需要的專用solidworks運動仿真模塊。進行s

26、olidworks:二次開發(fā)之前，還必須熟悉solidworksapi對象。solidworksapi接口采用面向對象的方法，所有的函數(shù)都是有關對象的方法或屬性。solidworks提供了大量的api對象用于二次開發(fā)，這些對象涵蓋了全部的solidworks的數(shù)據(jù)模型，通過對這些對象屬性的設置和方法的調用，就可以在用戶自己開發(fā)的dll中實現(xiàn)與solidworks相同的功能和操作。2.2 solidworks插件2.2.1 photoworksphotoworks 高級渲染軟件與solidworks完全集成。photoworks軟件用于產(chǎn)品真實效果的渲染，可產(chǎn)生高級的渲染效果圖，該軟件使用非常方

27、便，設計人員可以利用渲染向導一步步完成零件或裝配真實效果的渲染。利用 photoworks可以進行以下幾種渲染： （1）設置模型或表面的材質和紋理 （2）為零件表面貼圖 （3）定義光源、反射度、透明度以及背景景象 （4）利用現(xiàn)有的材質和紋理定義新材質或紋理 （5）圖像可以輸出到屏幕或文件 （6）可以進行實時渲染2.2.2 featureworksfeatureworks 特征識別軟件與solidworks完全集成。大部分三維設計軟件都提供了數(shù)據(jù)接口，利用數(shù)據(jù)接口可以讀入標準格式的數(shù)據(jù)文件，如iges、eat等。但輸入到設計環(huán)境中的模型只是一種實體的模型，無法區(qū)分輸入模型的特征，對模型的修改很不

28、方便。 利用featureworks可以在solidworks的零件文件中對輸入的實體特征進行識別。實體模型被識別為特征以后，在 solidworks中以特征的形式存在，并和用solidworks軟件生成的特征相同。featureworks對靜態(tài)的轉換文件進行智能化處理，獲取有用的信息，減少了重建模型所花費的時間。 featureworks最適合識別規(guī)則的機加工輪廓和鈑金特征，其中包括拉伸、旋轉、孔和拔模等特征。 （1）拉伸特征，特征的輪廓是由直線、圓或圓弧構成 （2）圓柱或圓錐形狀的旋轉特征 （3）所有孔特征，包括簡單孔、螺紋孔和臺階孔 （4）筋和拔模特征 （5）等半徑圓角2.2.3 cos

29、mosxpresssolidworks為用戶提供了初步的應力分析工具cosmosxpres，利用它可以幫助用戶判斷目前設計的零件是否能夠承受實 際工作環(huán)境下的載荷。 solidworks2003集成了cosmosxpressm，可以讓工程師在設計過程中可以體驗仿真分析的效果。而solidworks2008中將提供cosmos motionxpress（運動仿真分析）、cosmos floxpress和dfmxpress（可制造性的分析）等模塊，使得工程師能夠更好地進行設計驗證， cosmosxpress是cosmos/works產(chǎn)品的一部 分。2.2.4 toolboxtoolbox 與sol

30、idworks完全集成的智能化標準零件庫。toolbox提供了如iso、din等多標準的標準件庫。利用標準件庫，設計人員不需要對標準件進行建模，在裝配中直接采用拖動操作就可以在模型的相應位置裝配指定類型、指定規(guī)格的標準件。設計人員還可以利用toolbox簡單地選擇所需標準件的參數(shù)自動生成零件。 toolbox提供的標準件以及設計功能包括以下多種： （1）軸承以及軸承使用壽命計算。 （2）螺栓和螺釘、螺母。 （3）圓柱銷。 （4）墊圈和檔圈。 （5）拉簧和壓簧。 （6）pem插件。 （7）常用夾具。 （8）鋁截面、鋼截面梁的計算。 （9）凸輪傳、鏈傳動和皮帶傳動設計。2.3 solidworks

31、在產(chǎn)品設計中的功能solidworks軟件在產(chǎn)品設計中的基本功能體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）零件設計生成草圖特征，包括凸臺、凹槽以及沖壓的、旋轉的、沿二維草圖掃掠過的或兩個平行截面間拼合的槽。生成標準特征，包括孔、倒角、圓角、殼、規(guī)則圖、法蘭盤、棱、筋等。草圖裝飾特征。生成參考基準面、軸、點、曲線、坐標以及非實體參考基準的圖。修改、刪除、壓縮、重定義和重排列特征以及只讀特征。通過生成零件尺寸和參數(shù)的關系獲得設計草圖。在模型上給定密度、單位、材料特性或用戶專用的質量特性。可以通過solidworks定義高級特征以增強系統(tǒng)功能。（2）裝配設計使用重合、交叉、對齊等命令生成裝配和子裝配，終生成整個產(chǎn)品

32、的裝配。從一個裝配中拆開裝配的組件。修改裝配時設置的偏移。生成和修改裝配的基準面、坐標系和剖面圖。修改裝配模型中的零件尺寸。產(chǎn)生工程信息、參考尺寸和裝配質量等特性參數(shù)。（3）通用功能用于距離的測量，幾何角度、間隙和在零件間以及裝配時的干涉檢查。對于掃視、變焦距、旋轉、陰影、重新定位模型和繪圖的觀察能力。2.4 三維實體零件的建模2.4.1 參數(shù)化建模方法（參數(shù)化設計）在solidworks中參數(shù)化建?？梢酝ㄟ^兩種方法實現(xiàn)，一種方法是用戶根據(jù)需要直接用程序生成需要的模型，稱為完全程序化參數(shù)建模;另一種方法是利用已有的模型，通過修改模型參數(shù)的方法得到需要的模型，稱為參數(shù)修改法建模。（1）完全程序化

33、參數(shù)建模采用程序方法進行建模時，建模的過程完全由程序進行控制，相當于將手動分步建模的過程由計算機連續(xù)完成。理論上講，凡是手工建模能夠完成的復雜模型都可以用這種方法生成。完全程序建模的方法特別適合生成具有多個變參數(shù)的模型，建模的靈活性強，不需要模型庫的支持，可以在建模的同時完成設計計算、強度校核、壽命計算等工作，程序可實現(xiàn)的功能強大，參數(shù)的輸入也可以采用數(shù)據(jù)庫等多元化的方法8。通常情況下，這種方法的程序設計工作量較大，要求程序員對solidworksapi函數(shù)具有較高的理解和運用能力，適合于模型比較簡單、參數(shù)變量多或參數(shù)間有關聯(lián)的情況。由于solidworksapi的函數(shù)較多，全部熟悉比較困難，

34、一個簡單的了解函數(shù)應用的辦法是通過solidworks中的宏來記錄用戶在造型過程中的操作，所有的操作會以vbscript的形式保存下來，而幾乎所有的vc+函數(shù)名與vbscript的函數(shù)名相同或類似，然后通過幫助得到相應函數(shù)的用法3。完全程序化參數(shù)建模的效率與模型的復雜程度有關，模型越復雜則建模的時間越長:編制程序的工作量越大。完全程序化建模的執(zhí)行過程與手工建模的過程基本一致，較容易理解，這種方法的難點在于要求程序員對solidworksapi函數(shù)具有較高的理解和運用能力，而實際上要做到這一點是需要付出一定的時間和努力的。對于初學者，使用這種方法有助于更好的理解和運用solidworksapi函

35、數(shù)。（2）參數(shù)修改法建模參數(shù)修改法建模是通過修改現(xiàn)有模型的參數(shù)來實現(xiàn)參數(shù)化建模的方法，采用參數(shù)修改法建模必須有模型庫的支持，模型庫通常由用戶事先用手工方式建立，保存在程序指向的目錄下。需要使用時，從模型庫中打開模型文件，對指定的尺寸參數(shù)進行修改、重建，就可以獲得滿足要求的模型。這種方法的程序設計工作量小，與造型過程無關，適用于模型標準化程度高的情況或造型過程復雜、可變參量少的情況。參數(shù)修改法建模對模型庫的要求較高，手工建模時需要綜合考慮尺寸標注方式，盡量避免尺寸參數(shù)間的關聯(lián)和制約關系，需要修改的尺寸參數(shù)必須獨立標注，尺寸標注的名稱可通過查閱其屬性獲得?？勺儏?shù)的輸入可以通過對話框、數(shù)據(jù)庫等多種

36、方式實現(xiàn)，也可以從程序設計計算的結果中獲得。修改模型參數(shù)前必須打開零件庫中對應的零件，打開零件的操作可以由手動完成，也可以通過程序完成。這種建模方法不需要程序員掌握大量的api建模函數(shù)，程序的復雜程度與模型的復雜程度無關。由于參數(shù)修改必須對應指定的標注對象和零件對象，所以這種建模方法對模型庫的依賴性很強，模型庫一旦確定就不能隨意修改，否則將造成程序無法正常運行。2.4.2 一般建模方法打開solidworks的界面，利用“草圖繪制”功能，可以編輯基本的直線、矩形、圓、圓弧等，通過“智能尺寸”可以對其進行編輯約束，最終形成理想的二維平面圖形，然后利用“特征”功能，可以對草圖進行“拉伸”、“掃描”

37、、“放樣”等，最終形成所要求的模型，如果在操作中出現(xiàn)錯誤，可以在操作樹中對其進行修改。如（圖2-1）。 圖2-1 在操作樹中編輯特征2.5 三維實體零件的裝配2.5.1 向裝配體中添加實體零件.solidworks向裝配體中添加零件有兩種方法:手動方法和程序方法。在本課題中重點掌握和應用手動方法。如圖2-2所示：通過點擊“瀏覽”，可以插入零部件，在通過配合、移動旋轉零部件、智能扣件等指令進行相應要求的配合，完成裝配。圖2-2 插入零部件屬性管理器3 車床的建模3.1 軸的建模以（1軸）為例，由于是軸類零件，重要掌握“拉伸”功能，如圖首先草圓，利用智能尺寸，修改圓的直徑，為42mm，點擊退出草圖

38、按鈕。 圖3-1 拉伸屬性管理器 利用特征功能，對其進行拉伸，在深度一欄輸入長度200mm，如圖3-1。最后畫出軸肩，畫圓，選擇拉伸的一面為作圖平面，畫圓直徑為48mm，如圖3-2，同上述步驟，對其進行拉伸?？梢缘玫阶罱K所需的軸模型。圖3-2 尺寸屬性管理器圖3-3 軸模型最終我們可以得到零件如圖3-3所示。3.2 齒輪、鏈輪的建模齒輪的建模重點利用solidworks所提供強大的toolbox插件（見圖3-4），其提供龐大的數(shù)據(jù)庫，像國標中的齒輪、齒條、鍵、銷等相關零部件，供我們選擇。圖3-4 “toolbox”庫我們也可以通過修改其相應參數(shù)得到我們所需的零件，以“三軸一”為例，我們選擇“t

39、oolboxiso動力傳動齒輪”選擇正齒輪，生成零件，在正齒輪選項對話框內，輸入相應的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、面寬、轂樣式、及標準軸直徑。在這里我們相應的數(shù)據(jù)為：模數(shù)2.5，齒數(shù)為41，壓力角為20，面寬為12mm，標準軸直徑為20mm。點擊確定，得到生成齒輪（圖3-5）。圖3-5 齒輪參數(shù)化建模要生成鍵槽，我們還需要在齒輪端面上進行切割，草繪如圖3-6：圖3-6 草繪鍵槽進行拉伸切除，選取完全貫穿，完成后對特征進行圓周陣列，可以得到我們最終所要求的齒輪，完成后如圖3-7所示。 圖3-7 齒輪模型鏈輪的建模同齒輪相同。通過齒輪、鏈輪的建模，鞏固和學習了利用toolbox插件進行參數(shù)化建模，也進一步

40、熟練了solidworks的特征命令。3.3 凸輪的建模凸輪的建模重難點在于草繪的時候對于尺寸的把握，在作圖時應熟練應用草繪時對各個線之間關系的約束，重點應用了“添加幾何關系” 、“顯示刪除幾何關系”、“鏡像”、“剪裁實體”等指令。如圖3-8：圖3-8 添加幾何關系屬性管理器可以對各線段進行約束，通過“拉伸切除”最終得到凸輪實體。如下圖3-9： 圖3-9 凸輪模型3.4 撥叉的建模撥叉的建模主要應用了基準面的建立與應用，在確定了基準面后在相應的基準面上進行草繪、拉伸、切除，最終可以形成撥叉的模型。具體步驟為：首先，在前視基準面上畫圓，通過拉伸，得到相應模型后在外圓的一側建立基準面，與圓面相切。

41、可以通過與右視基準面的距離確定，輸入12.5mm，如圖3-10所示：圖3-10 基準面屬性管理器點擊，得到基準面1。在確定基準面后，進行草繪，選擇剛才所建的基準面1，畫出矩形，最后經(jīng)過拉伸、切除可以得到圖3-11：圖3-11 建立“基準面1”再建立新的基準面2，草繪撥叉輪廓，經(jīng)過定義尺寸后，對草圖進行拉伸、切除，最終得到撥叉模型。如圖3-12：圖3-12 “基準面2”的建立結論：撥叉的建模重點要求我們對基準面的建立，相應地，可以延伸到基準點、基準線的建立和應用。新的基準的建立，對三維模型的構建有著至關重要的作用，要求我們熟練掌握。3.5 機架、定位塊、銷釘?shù)慕C架的建模重點要求我們掌握“抽殼

42、”的應用，首先草繪“矩形”，對其進行拉伸，然后抽殼，具體操作如圖3-13所示：圖3-13 抽殼屬性管理器完成抽殼后，通過畫圓，拉伸切除，可以得到最終機架。如圖3-14：圖3-14 抽殼模型定位塊和銷釘?shù)慕１容^簡單，可以通過基本的特征操作指令得到。結論：通過機架的建模，可以讓我們對抽殼操作有一定的了解，由此延伸的拔模、倒角、圓角等相關操作也需要我們熟練掌握。4 車床的裝配4.1 裝配順序的原則在這里我們采用“可拆即可裝”的方法來確定裝配順序。“可拆即可裝”的原則是:若零件的裝配和拆卸互為可逆過程，則可通過求解零件的拆卸順序來得到零件的裝配順序。拆卸法求解裝配順序的優(yōu)點是：若判定一零件滿足拆卸條

43、件，則該零件一定滿足順序約束；反之，裝配過程某一階段滿足裝配條件的零件并不一定滿足順序約束條件，因為該零件有可能影響到后續(xù)零件的裝配；另外，通過幾何計算和推理可從零部件的裝配狀態(tài)演繹出零部件拆卸的初始方向，而從自由狀態(tài)的零部件卻無法推導出零部件的裝配方向。對于ca6140車床而言：當我們拆卸時順序應該是： 換擋裝置鏈條鏈輪齒輪鍵軸因此，裝配順序應該是： 軸鍵齒輪鏈輪鏈條換擋裝置在solidworks平臺中，我們可以通過向裝配體中添加實體零件，進行裝配，具體可以采用手動法。最終借助于配合、移動、旋轉零部件等指令完成裝配工作。如圖4-1所示：圖4-1 裝配模型5 車床的仿真5.1 animator

44、介紹animator插件就是一個與solidworks完全集成的動畫制作軟件插件，它能將solidworks的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，并且實時錄制機構的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和機構的模擬工作過程，將機構的工作情況得到更好的表達，增強了人們對機構的認識和了解。產(chǎn)品的交互動畫將solidworks的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，攝制產(chǎn)品設計的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和產(chǎn)品的模擬運行過程，從而實現(xiàn)動態(tài)設計。 animator具有如下特點：（1）animator與solidworks和photoworks軟件無縫集成，可以充分利用solidworks的實體模型和 photoworks的渲染功能。

45、（2）利用動畫向導，可以非常容易地對solidworks零件或裝配體環(huán)境制作動畫。 （3）爆炸或解除爆炸動畫，來展示裝配體中零部件的裝配關系。 （4）繞著模型轉動或讓模型360度轉動，可以從不同角度觀看設計模型。 （5）利用專業(yè)的燈光控制以及為零件和特征增加材質，來產(chǎn)生高質量的動畫效果。 （6）可以直接通過電子郵件發(fā)送avi格式動畫文件，加快設計觀點的交流，縮短設計周期。5.2 車床傳動仿真的實現(xiàn)solidworks animator使用基于“關鍵點”的界面。所謂關鍵點（key frame），就是零部件的某個特定的狀態(tài)?！瓣P鍵點”不僅支持空間位置的變化，也支持模型材質、顏色、透明度的變化。an

46、imator 基本界面如圖5-1所示：圖5-1 放置鍵碼屬性管理器重點在于關鍵點的確定，生成關鍵點有3個步驟：（1）切換到動畫界面。（2）根據(jù)機構運動的時間長度，拖動時間滑竿到相應的位置。（3）拖動裝配體零部件，使其達到動畫序列末端應達到的新的位置。也可以在對應零件的時間欄區(qū)域單擊右鍵，在菜單中選擇“放置鍵碼”選項。對于本裝配體，移動時間滑竿，然后旋轉齒輪到最終理想的位置，就可以達到理想的動畫效果，單擊“開始”按鈕可以播放動畫，通過點擊“保存”按鈕可以將動畫保存為avi格式的動畫。6 結論與展望6.1 結論產(chǎn)品的建模、虛擬裝配和仿真是當今研究的一個熱點課題。國外對這一課題的理論研究較早，而且取得了很多的成果，在國內也是近幾年才開始跟蹤國外進行研究。目前的研究主要集中在理論方面，在工程應用方面研究較少，大多都是為了某一目的各自為陣，不具有系統(tǒng)性、全面性。如果能夠具有一個適用性廣泛、功能強大的軟件系統(tǒng)，使我們能夠在計算機上通過虛擬裝配、仿真解決實際生產(chǎn)過程中的所有問題，那么這將會大大提高裝配效率，節(jié)約成本，減少勞動力，這是我們研究的目標。本課題從零件建模、裝配、動態(tài)仿真等方面的理論和應用方面闡述了整個虛擬裝配和動態(tài)仿真過程。本課題力爭為后期研究打下基礎，創(chuàng)造