SolidWorks軟件在機械設計中的應用與研究_圖文

1、SolidWorks軟件在機械設計中的應用與研究朱金權(無錫華達電機有限公司,江蘇無錫214000摘要:系統(tǒng)地介紹了SolidWorks軟件的“零件設計”、“裝配設計”、“設計庫的運用”、“色彩渲染和動畫模擬”和“有限元分析”等基本模塊、相應功能以及它們在機械設計中的廣泛運用;研究了SolidWorks 軟件在機械設計中的實用性和先進性;詳細介紹了該軟件的使用方法和具體特點,具有一般二維軟件所無法比擬的優(yōu)點,對推廣SolidWorks在機械設計中的應用具有重要的指導作用。關鍵詞:SolidWorks;零件設計;裝配設計;設計庫;渲染和動畫;有限元高級分析技術中圖分類號:TP311文獻標志碼:A

2、The Application and R esearch of SolidWorks Soft w are in Mechanical DesignZHU Jinquan(Wuxi Hua Da Motor Co.,Ltd,Wuxi214000,ChinaAbstract:This paper introduces SolidWorks basic modules and their corresponding f unctions as well as their application in mechanical design systematically,including“parts

3、 design”,“assembly design”,“designing database management”,“col2 or rendering and animation simulation”,“infinite elements analysis”and so on.The practicability and advantage of Solid2 Works application in mechanical design are studied;the usage and characteristics of this software are explained in

4、detail. This software has the unmatched advantages that general two2dimensional software has not.It plays a significant role in popularizing SolidWorks application in mechanical design.K ey w ords:SolidWorks;Parts design;Assembly design;Design database;Rendering and animation simulation;Advanced ana

5、lysis technology of finite elements1SolidWorks軟件介紹SolidWorks是一套基于Windows的CAD/ CA E/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),是由美國Solid2 Works公司在總結和繼承了大型機械CAD軟件的基礎上,在Windows環(huán)境下實現的第一個機械CAD軟件,于1995年11月研制成功。SolidWorks 是市場份額增長最快、技術發(fā)展最快、市場前景最好、性能價格比最優(yōu)的軟件。隨著SolidWorks版本的不斷提高、性能的不斷增強以及功能的不斷完善, SolidWorks已經完全能滿足現代企業(yè)機械設計的要求,并已廣泛應用于機械設計和

6、機械制造的各個行業(yè),它主要包括機械零件設計、裝配設計、動畫和渲染、有限元高級分析技術和鈑金制作等模塊,功能強大,完全滿足機械設計的需求。2SolidWorks軟件應用2.1機械零件設計SolidWorks軟件具有專門的機械零件設計模塊,根據不同零件的特點,選擇不同的零件設計方法,設計方便、簡單易學。具體主要有標準工具欄、視圖工具欄、草圖工具欄、特征工具欄、焊接工具欄、模具工具欄、曲面工具欄、鈑金工具欄和工程圖工具欄等,各個工具欄中又包含各自相應的具體命令,設計者可自由選擇相應的設計工具和命令,采用最合適的設計方法,直觀、方便、高效、快捷地完成各種零件的設計,同時,由于SolidWorks軟件采

7、用參數化設計思路,各工具欄命令之間具有相應的設計關聯性,對零件的設計修改具有快捷、準確、可靠的特點,對零件的尺寸修改和相似零件的結構設計具有獨到的技術優(yōu)勢。在零件設計模塊中所做的更改可以自動、快速、準確地反應到裝配、工程圖等相應關聯模塊中去,同樣,在裝配模型和工程圖樣中,由于零件所做的更改可以自動地反應到相應需要更改的零件上去,而無需再像二維CAD圖那樣,更改零件后必須同時在裝配圖中作相應的改動,否則,將會出現遺忘和漏改等低級錯誤。所以應用SolidWorks軟件,設計人員可以將精力主要集中在方案結構的設計上,為方案的設計和修改提供了極大地方便,有利于設計人員設計出結構先進、安全可靠的零件結構

8、。SolidWorks擁有專用于鈑金零件設計的模塊,便于設計人員進行鈑金零件的折彎、展開、沖孔、切口和百葉窗等結構的設計,極大地方便了設計人員對鈑金零件設計的需要。2.2高級裝配設計SolidWorks軟件具有專門的裝配設計模塊,模塊主要包括自底向上的裝配方法和自上向下的裝配方法。自底向上的裝配方法主要是由已設計好各個零件、按各零件在裝配模型中的位置及配合要求直接裝配成符合設計意圖的設計模型的設計方法。各零件在裝配設計之前,設計者已有一個明確的設計思路,零件的尺寸大小、結構形式、各零件之間的連接與定位方式已經完全確定。設計者可將已設計好的零件運用“插入/零部件/現有零件/裝配體”命令,將此零件

9、插入到裝配體模塊中,并添加相關有效的配合關系,使零件在裝配模型中處于一個正確的位置。設計者可以根據自己的設計意圖和零件在裝配模型中的位置以及相互關系,結合零件的自身特點和具體的運動條件,不斷地調整自己的設計模型和配合要求,使零件結構設計更符合自己的設計思路和功能要求。此設計方法是一個先有零件后有裝配的過程,零件的結構特點是否合理、零件之間是否存在干涉問題等都可以在此裝配模型中直接地反映出來,設計者的設計思路主要集中在零件的裝配配合與裝配模型整體結構和功能的設計上,而不必考慮具體零件的結構細化。必要時,設計者可以利用Solid2 Works軟件的COSMOSMotion建立運動機構模型,進行機構

10、的干涉分析,跟蹤零件的運動軌跡,分析機構中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等,并用動畫、圖形、表格等多種形式輸出結果,其分析結果可指導修改零件的結構設計,包括加長或縮短構件的長度、修改凸輪型線和調整齒輪比或調整零件的材料等。設計的更改可以反映到裝配模型中,再重新進行分析,一旦確定優(yōu)化的設計方案,設計更改就可直接反映到裝配模型中。自上向下的裝配方法是直接在裝配模型中利用已有零件的點、邊線或面等幾何要素,根據設計思路,在現有零件的面或基準面上創(chuàng)建零件草圖,從而根據零件的結構特點,選用合適的零件設計方法,在裝配圖中直接創(chuàng)建新的零件設計方法。由于此方法在裝配圖中直接創(chuàng)建新的零件,所設計的零件

11、與其他零件之間存在內在的關聯性,其他零件的設計更改或許會影響某些相關零件特征的生成,因此,在裝配設計時,必須根據零件之間的相互關系和內在的關聯性,適時調整零件相互位置和配合關系,及時修復因零件更改而出現的各種錯誤提示,使裝配模型的設計得到不斷地調整和優(yōu)化。自上向下的裝配方法在裝配模型中所做的任何改動同樣會反映到相應的零件模型和工程圖中去。這種更改是由裝配模型中零件的變化指向零件模型中零件的變化或工程圖中相應零件尺寸和結構的變化,零件在裝配圖中的結構形式和位置關系直觀、清晰,有利于設計者專注于總體結構方案的設計,不斷地調整和修改設計方案,立足于功能結構模型快捷和直觀的三維再現,形象逼真地模擬出設

12、計者的各種設計思路和設計模型。高級裝配設計中的2種設計方法各有特點,各有所長。在實際設計使用中,很難區(qū)分其優(yōu)劣性,設計者可以根據自己的實際情況,綜合交叉使用,在實際中不斷地調整,摸索出適合自己的使用習慣,從而高效靈活地使用這2種設計方法,不斷提高自己的設計方法和設計能力。在裝配設計模型中,設計者可以根據設計思路,在設計方案時設計多種不同的裝配模型配置,在不同的配置中,裝配模型可以進行不同的設計,這樣設計者為達到同一設計功能,可以設計出多種不同的設計方案,便于設計者進行設計方案的評審和挑選,同時,由于各種配置中存在部分設計零件在設計模型中不需要進行設計的結構變化,如大型設備中的基本結構件、機床或

13、專用設備的床身等,設計者只要對各配置裝配模型中的部分結構或機構進行不同方案的結構改進設計,就可以節(jié)省大量設計時間和設計精力,提高設計效率,縮短設計周期,有利于新產品的開發(fā)和研制。2.3設計庫的應用SolidWorks軟件提供了裝配設計所用的各種標準零件設計庫,具體包括含有齒輪和鏈輪的動力傳動件、含有各種型材的結構件、螺栓墊片、螺母、螺釘、銷釘和軸承等,設計者在設計裝配模型時,可以直接從設計庫中調用所需的各種標準零件,節(jié)省設計模型所需要的時間。如有需要也可以在調出的標準零件上進行一些尺寸或形狀的修改,節(jié)省重新設計所需要的時間,然后將修改后的零件在裝配模型中進行調整,使零件在最短的設計時間內滿足設

14、計要求。2.4色彩渲染和動畫模擬SolidWorks軟件是一款功能強大的CAD軟件,不僅能完成三維造型,實現從產品概念、零部件設計、結構設計、機構設計和裝配模型設計,而且能完成三維造型產品的上色、賦予材料質感、三維動畫演示和渲染圖像等。動畫是一種傳遞設計思想,記錄仿真的載體,它的特點就是形象和直觀。在某些場合下,如產品的內部結構非常復雜,僅僅依靠文字或敘述往往不易講解清楚,而使用動畫就能免去這種麻煩,達到交流的目的。Animator插件是一個與SolidWorks完全集成的動畫制作軟件。它最大的特點在于能夠方便地制作出豐富的動畫效果,以演示產品的外觀和性能,增強客戶與企業(yè)之間的交流。使用Ani

15、mator能將SolidWorks的三維模型實現動態(tài)的可視化,并且及時錄制產品設計的模擬裝配過程、模擬拆裝過程和產品的模擬運行過程,將設計者的意圖更好地傳遞給客戶。SolidWorks的Animator插件提供如下的產品外觀展示能力:1零件外觀漸隱效果與色彩改變。2爆炸或解除爆炸動畫,展示裝配中零部件的裝配關系。3動畫顯示裝配體的剖切視圖,展示內部結構。4利用專業(yè)的燈光控制以及為零件和特征增加材質來產生高質量的動畫效果。5零部件位置與視角變化。6通過屏幕捕捉再現零件設計過程。Animator和Photo Works無縫集成,可以充分利用SolidWorks獨有的實體模型Photo Works的

16、高品質的渲染功能。通過全相關來保證精度,包括保持配合約束關系以及零件設計、裝配設計和工程圖之間的同步更新。通過增強的圖形燈光控制來增強視覺效果。通過專業(yè)的燈光控制和為零件的特征增加材質來產生高質量的動畫效果。依靠龐大的材質、紋理和背景庫,增強視覺沖擊力。2.5有限元高級分析技術SolidWorks軟件不僅具有強大的三維造型功能,而且具有強大的有限元高級分析功能,其分析模塊與SolidWorks軟件無縫集成。主要包括分析工具COS2 MOSX press、工程用有限元分析模塊COSMO2 SWorks、虛擬樣機及運動仿真COSMOSMotion以及流體流動和熱分析模塊COSMOSFloWorks

17、等。分析工具COSMOSXp ress是一個用于分析零件在受到外部載荷(力或壓力的情況下,零件的安全系數大小、零件的應力分布云圖和零件的變形云圖狀況。安全系數反映了零件材料的力學屬性,是零件在此外部載荷下的安全性能指標;零件的應力分布云圖和零件的變形云圖是零件在該載荷作用下內部應力及變形的分布狀態(tài),可以通過“播放”按鈕,以動畫的形式播放零件的應力和變形的分布情況,形象地再現零件應力和變形的動態(tài)分布以及運動情況,分析的結果可以用各種形式予以保存,便于設計者隨時查看。圖1為吊鉤在受力后的應力分布圖。工程用有限元分析模塊COSMOSWorks為設計工程師在SolidWorks的環(huán)境下提供了比較完整的

18、分析手段。憑借先進的快速有限元技術,工程師能非常迅速地實現對大規(guī)模的復雜設計進行分析和驗證,并且獲得修正和優(yōu)化設計所需的必要信息。COSMOSWorks 的基本模塊可以對零件或裝圖1吊鉤受力后的應力分布配體進行靜力學分析、固有頻率和模態(tài)分析、失穩(wěn)分析和熱應力分析、疲勞分析、非線性分析、間隙/接觸分析和優(yōu)化設計分析等。靜力學分析研究零件在只受靜力情況下零件的應力、應變分布。固有頻率和模態(tài)分析確定零件或裝配的造型與其固有頻率的關系,在需要共振效果的場合,以獲得最佳設計效果。失穩(wěn)分析研究當壓應力沒有超出材料的屈服極限時,薄壁結構件(如細長管壁件發(fā)生的失穩(wěn)情況。熱應力分析在存在溫度梯度情況下,零件熱應

19、力分布情況,以研究熱量在零件和裝配中的傳播。疲勞分析預測疲勞對產品生命周期的影響,確定可能發(fā)生疲勞破壞的區(qū)域。非線性分析用于分析橡膠類、塑料類零件或裝配體的行為,還用于金屬結構在達到屈服極限后的力學行為。也可用于考慮零件的大扭轉和大變形的情況。間隙/接觸分析在特定載荷下,2個或更多運動零件相互作用,如:在傳動鏈或其他機械系統(tǒng)中,在接觸間隙未知的情況下,分析應力分布和載荷的傳遞情況。優(yōu)化設計分析在保證零件滿足其性能指標的前提下,自動定義最小體積的設計。COSMOSWorks功能使得用戶能夠測試裝配體的性能而無需經過繁瑣費時的傳統(tǒng)手動設計過程,通過零件或裝配體的設計建模,創(chuàng)建零件或裝配體COSMO

20、SWorks分析的實體模型,建立研究并定義零件或裝配體模型的材料特性,建立模型分析時的壓束并施加作用于模型的載荷,從而建立起模型分析所需要的各種條件,通過軟件強大的分析功能,得到設計者所需要的分析結果,使得設計工程師能基于RB F神經網絡的曲面加工誤差補償鄒明山1,謝晉1,崔曉玲2(1.華南理工大學機械工程學院,廣東廣州510640;2.廣東工業(yè)大學華立學院,廣東廣州511325摘要:在自由曲面數控加工中,計算誤差和機床誤差都會帶來加工工件的形狀誤差。形狀誤差在三維空間分布是無規(guī)律的,無法用普通的數學函數表達,導致很難實施誤差補償加工。為了建立誤差補償模型,本文提出了采用RBF(Radial

21、Basis Functions神經網絡逼近誤差的三維分布函數。測試結果表明,RB F網絡模型具有較好的推廣能力,它與傳統(tǒng)的B P神經網絡模型相比較,RB F網絡具有更高的精度、更好的泛化能力和更快的收斂速度。通過修改后的數控NC指令驅動數控機床,使刀具中心偏離一個誤差函數求出誤差值,實現誤差補償。關鍵詞:RB F神經網絡;模型;誤差補償;分布函數中圖分類號:TP391文獻標志碼:AError Compensation of Surface Machining B ased on RBF N eural N et w orkZOU Mingshan1,XIE Jin1,CU I Xiaoling

22、2(1.School of Mechanical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,510640,China;21HuaLi College of Guangdong University of Technology,Guangzhou511325,China Abstract:In NC machining of f ree2form surface,computing error and machine tool error could result in the form error of workpie

23、ce.Because of indiscipline of error distribution,it is difficult to find the error distribution f unction by traditional method.In this paper,RBF(Radial Basis FunctionsNeural Network was employed to approach the three2dimensional dis2 tribution f unction of the error and then establish the error com

24、pensation model.The test results show that RBF Neural mod2 el has good extending ability.It has higher precision,better generalization ability and quicker convergence speed than BP Neural Network mode.Finally,the error compensation was achieved by the error value that calculated by tool center devia2 tions f rom a error function through driving the NC machine by the modified NC instructi