基於Solidworks參數化的建模思路及方法

tags: SolidWorks    時間:2014-03-07 09:28:23
基於Solidworks參數化的建模思路及方法簡介
摘  要 隨著現代工業的快速發展,使得很多企業選擇更加效率、更加簡便的研發設計方法。南京東岱軟體有限公司正是基於市場需求,為諸多企業開發實施了多產品多結構的參數化設計……
基於Solidworks參數化的建模思路及方法正文
  要
隨著現代工業的快速發展,使得很多企業選擇更加效率、更加簡便的研發設計方法。南京東岱軟體有限公司正是基於市場需求,為諸多企業開發實施了多產品多結構的參數化設計方案,為客戶提供了快速響應的產品設計軟體AutoDriver。參數化設計主要基於三維軟體的二次開發利用,本文以Solidworks標準件庫的開發為技術背景,詳盡闡述了基於Solidworks參數化的建模思路及方法,並以六角螺栓為例介紹了具體的參數化設計建模過程。
關鍵詞 : 南京東岱軟體有限公司;參數化設計;Solidworks;建模
1. 了解客戶產品
六角螺栓是指由頭部和螺桿(帶有外螺紋的圓柱體)兩部分組成的一類緊固件,需與螺母配合,用於緊固連接兩個帶有通孔的零件。這種連接形式稱螺栓連接。如把螺母從螺栓上旋下,有可以使這兩個零件分開,故螺栓連接是屬於可拆卸連接。
1.1 了解客戶需求
主要完成六角螺栓設計結構與特徵的參數化設計,使其能夠實現互動式設計。
1.2 了解產品組成結構
主要由螺栓頭部和螺桿組成,如下圖:
其中:d1為螺栓直徑,L為公稱長度,b為螺紋長度
1.3  了解產品功能
主要是用於緊固連接兩個帶有通孔的零件。
1.4  確定主動參數
實際由用戶控制的,即能夠獨立變化的參數,一般只有幾個,稱之為主參數或主約束;其他的約束是由圖形結構特徵確定或與主約束有確定關係,稱它們為次約束。六角螺栓的主參數選取螺栓直徑d1和公稱長度L,其他尺寸參數關係(即次約束)為:b=2d1,k=0.7d1,e=2d1。
1.5  確定操作界面
主要是由螺栓直徑d1(型號)和公稱長度L組成的互動式設計界面。
2 確立建模思路
主要從產品的功能及主動參數去確立建模思路。
首先,觀察六角螺栓結構,選取合適的基準;
其次,理清楚各尺寸間的關係;
最後,建立螺栓螺母模型。
3  選取建模方法
Solidworks建模的步驟有一定程序,其順序分別為:選擇繪圖平面、進入草圖繪製、繪製草圖、標註尺寸和添加幾何關係、特徵製作等。
在創建模型時,遵循的原則是:
• 基準的重要性,即模型基準與設計基準統一;
• 主要特徵在前,次要特徵在後;
• 先做外形,再做內部結構;
• 先做整體,后做細節;
• 建模步驟要精簡,可以一步完成的就不用兩個特徵;
• 盡量避免使用高級建模特徵,如:放樣,掃描,抽殼,複雜圓角等等。
3.1  基準的選取
基準是指用於設計時參考的一個標準。基準選取的不同會直接影響模型的建立與後期的修改。Solidworks中基準又分為四種:基準面、基準軸、坐標系和參考點。
3.1.1 基準面
在選擇繪圖平面時就有下列幾個平面可選取:
 默認的三個基準面;
 利用基準面命令所建立的基準面;
 直接由繪出零件的特徵平面選取,進行繪製。
3.1.2 基準軸
基準軸常用於創建特徵的基準,在創建基準面、圓周陣列或同軸裝配中會經常使用到基準軸。SolidWorks提供的五種基準軸創建命令。
3.1.3 坐標系
坐標系主要與測量和質量屬性工具一同使用,或者用作生成陣列的基準,也可用於將 SolidWorks 文件輸出至其他格式文件。
3.1.4  參考點
參考點主要被用來進行空間定位,可以用於創建一個曲面造型,輔助創建基準面或基準軸。
六角螺栓建模時選取如圖所示的基準面A和基準面B,其中基準面A是用來確立螺桿和螺栓頭部特徵的,而基準面B是用來確立螺栓螺紋特徵的。尺寸基準如圖所示進行標註和創建特徵尺寸。
選取不同基準的建模方式,舉例如下:
3.1.4.1 選取基準面C和基準面A
基準面C用來創建螺栓頭部特徵,基準面A用來創建螺桿和螺紋特徵,結果如下圖:
3.1.4.2 選取基準面C和基準面B
基準面C用來創建螺栓頭部特徵和螺桿特徵,基準面B用來創建螺紋特徵,結果如下圖:
比較這3種選取不同基準時,所產生的不同建模方式,不難看出以下兩種建模方式不符合我們主動參數的選取,公稱長度L是指螺桿長度,b是指螺紋長度,因此選取基準面A和基準面B更符合參數化設計時主動參數的要求。
3.2  草圖的繪製
3.3  約束的應用
約束是對幾何元素大小、位置和方向的限制,分為尺寸約束和幾何約束兩類。尺寸約束限制元素的大小,並對長度、半徑和相交角度的限制;幾何約束限制元素的方位或相對位置關係。
設計過程可視為約束滿足的過程,設計活動本質上是通過提取產品有效的約束來建立其約束模型並進行約束求解。設計活動中的約束主要來自三個方面:功能、結構和製造。功能約束是對產品所能完成的功能的描述;結構約束是對產品結構強度、剛度等的表示;製造約束是對製造資源環境和加工方法的表達。在產品設計過程中必將這些限制綜合成設計目標,並將它們映射成為特定的幾何/拓撲結構,從而轉化為幾何約束。
3.3.1 尺寸約束
所謂尺寸約束,就是用計算的方法自動將尺寸的變化轉換成幾何形體的相應變化,並且保證變化前後的結構約束保持不變。對於繪製草圖,通過尺寸標註可以建立幾何數據與其參數的對應關係。
尺寸約束與設計意圖密切相關,是特徵功能的具體體現。通常Solidworks都提供多種尺寸標註形式,一般有線性尺寸、直徑尺寸、半徑尺寸、角度尺寸等,另外注意尺寸鏈的應用。
針對尺寸約束這部分,還需了解“約束聯動”的相關知識。
約束聯動分為:(1)圖形特徵聯動(2)相關參數聯動
 所謂圖形特徵聯動就是保證在圖形拓撲關係(連續、相切、垂直、平行等)不變的情況下,對次約束的驅動。
 所謂相關參數聯動就是建立次約束與主約束在數值上和邏輯上的關係。
3.3.2 幾何約束
所謂幾何約束就是要求幾何元素之間必須滿足的某種特定的關係。將幾何約束作為構成幾何/ 拓撲結構的幾何基準要素和表面輪廓要素,可以導出各形狀結構的位置和形狀參數,從而形成參數化的產品幾何模型。
對產品的幾何約束主要包括兩個方面:拓撲約束和尺寸約束。拓撲約束指對產品結構的定性描述,它表示幾何元素之間的固定聯繫,如對稱、平等、垂直、相切等,進而可表徵特徵形素(構成特徵的幾何元素)之間的相對位置關係。這些關係擬抽象為點、邊、面間九類有向關係,每一類關係有其相應的謂詞,包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等等。通常,在特徵形狀確定之後這種聯繫不允許發生變化或修改或由用戶交互指定(裝配關係) ,也就是說,特徵定義本身就是對圖形特徵聯動的隱含表達,因此,在其參數化中無需再考慮圖形特徵聯動,這是基於特徵參數化區別於傳統參數化的特徵之一。但在某些特殊場合,必須能處理其變異。
通常Solidworks中的幾何約束主要包括水平、豎直、平行、垂直、相切、等長度、等半徑、重合、同心、對稱等等。
3.4  對稱的應用
對稱是自然界中廣泛存在著的一種的形態。因此我們的產品中往往設計成對稱的,這樣除了產品看起來美觀以外,也可以節省不少的設計時間。
SolidWorks中,設計師可以很好地利用產品對稱的特性來快速地建模。同時,為了方便地利用這一對稱的特性,我們在建模時往往需要注意以下幾點:
1、在創建草圖時,將草圖的對稱中心(圓心、矩形的形心、橢圓的中心等等)與坐標原點重合;
2、在零件中創建合適的對稱參考面;
3、在裝配體中,將對稱的基體零件的三個基準面與裝配體的三個基準面分別重合。
SolidWorks中,對應於對稱的特徵操作是“鏡像”功能,它包括三個層面的鏡像操作:草圖、零件以及裝配體。
 在草圖繪製中,主要通過鏡像生成新的草圖;
 在零件層次中,鏡像又可分為特徵鏡像、實體鏡像和曲面鏡像;
 在裝配體中,主要通過鏡像來生成新的零件。
4  結束語
以上的例子只是採用了很簡單的六角螺栓模型,也許簡單的模型並不能充分體現出建模思路和方法的實用性,但針對參數化模型的建模過程及相關建模方法,已然將其與大家分享,具體的建模思路與方法要結合模型特徵結構而定。值得強調的是,建模思路來源於設計者的工程背景和良好的設計習慣,而建模方法的使用也是因人而異。

 

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