隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展,三維設(shè)計(jì)軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用,目前三維設(shè)計(jì)軟件種類繁多,各有特色,但總體而言,Inventor的易用性是比較好的,非常適合進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)自上而下的設(shè)計(jì)流程,具有強(qiáng)大的三維模型與二維工程圖的關(guān)聯(lián)功能。
在使用Inventor的過(guò)程中,筆者認(rèn)為它的幾項(xiàng)特色功能,比如自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)加速器以及基于裝配約束驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)仿真功能,不僅可以提升產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率,也能提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
一、自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法
1.概述
Inventor的自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法是它的一大特色,體現(xiàn)了現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念。運(yùn)用自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法,可以自動(dòng)調(diào)整特征的尺寸與零件的裝配位置,極大提高設(shè)計(jì)效率。
一件新產(chǎn)品往往需要經(jīng)過(guò)多次修改才能最終成型,同時(shí)一件產(chǎn)品的各零部件之間都是相關(guān)的,在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中,每一次尺寸的改動(dòng),都會(huì)涉及到大量零部件的尺寸變化以及裝配關(guān)系的變化,對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),這是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。如果能將這些零部件的關(guān)系串聯(lián)起來(lái),通過(guò)改變主零件的尺寸,使得其他零件的尺寸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新,這樣就能節(jié)省大量的時(shí)間,Inventor的自適應(yīng)方法就為我們提供了這樣一項(xiàng)功能。
2.自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
(1)自適應(yīng)設(shè)計(jì)的前提是在部件環(huán)境中在位創(chuàng)建零部件。通過(guò)在位創(chuàng)建零部件,該零件就可以被設(shè)置為有自適應(yīng)性,可以去跟主零件的幾何圖元進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
(2)自適應(yīng)零件的欠約束特性。既然需要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)零件能隨著主零件的尺寸變化而變化,那么自適應(yīng)零件本身的尺寸是不能被設(shè)置為完全約束的,必須讓其處于欠約束的狀態(tài)下。
(3)建立主零件與自適應(yīng)零件的幾何圖元的關(guān)聯(lián)。比如,已創(chuàng)建了主零件A,通過(guò)投影A的輪廓,在位創(chuàng)建出零件B,B零件就被自動(dòng)設(shè)置為自適應(yīng)零件,不需要去約束B(niǎo)零件的尺寸,當(dāng)A零件的輪廓尺寸發(fā)生變化時(shí),B零件的相應(yīng)尺寸也會(huì)發(fā)生變化。
3.自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
軋機(jī)齒輪箱是軋機(jī)傳動(dòng)裝置的重要組成部分,齒輪箱包括大量的零部件,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,將一部分零件設(shè)置為自適應(yīng)零件,可以避免手工改動(dòng)所有需要改動(dòng)的零部件,節(jié)省大量的工作時(shí)間。
在齒輪箱下箱體的設(shè)計(jì)中,有大量的焊接塊、筋板及支撐板等零件存在,有必要在這里使用自適應(yīng)的方法,加速零件的修改與更新。
所有的支撐板、筋板與焊接塊設(shè)計(jì)都運(yùn)用了自適應(yīng)的方法,如圖1所示,F(xiàn)以焊接塊為例,說(shuō)明其設(shè)計(jì)建模過(guò)程,圖2為焊接塊設(shè)計(jì)前下箱體的模型狀態(tài),在下箱體部件環(huán)境中,在位創(chuàng)建焊接塊,通過(guò)投影幾何單元,獲得下箱體底部位置的孔位輪廓及筋板輪廓。打開(kāi)焊接塊零件,可以看到,它已經(jīng)被設(shè)置為自適應(yīng),如圖3所示,焊接塊也處于欠約束的狀態(tài),從草圖中可以讀出,它的長(zhǎng)與寬并沒(méi)有被定義,僅定義了孔位的大小與位置尺寸,如圖4所示。
圖1 焊接件設(shè)計(jì)完成
圖2 焊接塊草圖面
圖3 焊接塊自適應(yīng)
圖4 焊接塊草圖狀態(tài)
改變下箱體底部筋板的位置,焊接塊的大小尺寸隨之變化,而改變焊接塊上的孔位大小與位置尺寸,下箱體底部孔位位置也隨之發(fā)生改變,這就實(shí)現(xiàn)了底板與焊接塊的同步更新,如圖5和圖6所示。
圖5 參數(shù)變化前模型
圖6 參數(shù)變化后裝配模型自動(dòng)更新
二、設(shè)計(jì)加速器的的應(yīng)用
軋機(jī)齒輪箱中輸入軸與輸出軸需要螺旋齒輪進(jìn)行傳動(dòng),而齒輪的傳統(tǒng)建模方法是通過(guò)圓盤(pán)拉伸,再拉伸一個(gè)齒牙,最后通過(guò)齒牙的環(huán)形陣列得到,這種方法的建模過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。通過(guò)Inventor的設(shè)計(jì)加速器,可以通過(guò)輸入齒輪的關(guān)鍵參數(shù),快速得到理想的齒輪模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)。除此之外,設(shè)計(jì)加速器可以對(duì)各類緊固聯(lián)接、動(dòng)力傳動(dòng)、彈簧等進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),如圖7和圖8所示。
圖7 設(shè)計(jì)加速器參數(shù)設(shè)置
圖8 齒輪軸
三、基于裝配驅(qū)動(dòng)約束的運(yùn)動(dòng)仿真
1.概念與原理
在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,可以將產(chǎn)品內(nèi)各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系直觀地表達(dá)出來(lái),使設(shè)計(jì)人員能夠全面了解設(shè)計(jì)方案,并從中發(fā)現(xiàn)不足,改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案展示過(guò)程中,通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真的方式,方便地展示產(chǎn)品的工作狀況,提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
在Inventor中,可以使用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真,比如通過(guò)裝配約束來(lái)驅(qū)動(dòng)仿真,也可以運(yùn)用Inventor的運(yùn)動(dòng)仿真模塊,插入不同的運(yùn)動(dòng)類型來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真,還可以使用表達(dá)視圖的方法,仿真產(chǎn)品各零部件的裝配順序。
對(duì)于一個(gè)裝配模型,它本身已定義了裝配約束,而每一個(gè)裝配約束已被賦予了一個(gè)變量,該變量就是來(lái)控制被約束零件的偏移距離,如果能將這些變量通過(guò)一定關(guān)系將它們聯(lián)系起來(lái),那么就可以將各零部件的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái),實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。“裝配驅(qū)動(dòng)約束”就是這樣的一種方法:利用已設(shè)置好的裝配約束關(guān)系,用數(shù)學(xué)關(guān)系式將主動(dòng)變量與其他被約束變量建立關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)一個(gè)變量對(duì)多個(gè)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)。
2.應(yīng)用
某20輥軋機(jī)的中間輥在工作過(guò)程中存在一個(gè)竄輥的過(guò)程,當(dāng)上輥在左右兩端的液壓缸推動(dòng)下向左側(cè)移動(dòng)時(shí),下輥則在液壓缸的推動(dòng)下向右側(cè)移動(dòng),動(dòng)作相對(duì)比較簡(jiǎn)單,可以將裝配約束驅(qū)動(dòng)的思想很好地體現(xiàn)出來(lái),如圖9所示。
圖9 某20軋機(jī)輥中間輥
首先需要定義一個(gè)主變量,這是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)。將上輥輥?zhàn)佣嗣媾c液壓缸端面的距離定義為“topdrive”,初始變量值為550mm,將下輥輥?zhàn)佣嗣媾c液壓缸的端面距離定義為down,變量值為“1100-topdrive”,圖10所示為變量參數(shù)表,如圖11、圖12所示為變量定義過(guò)程。
圖10 變量參數(shù)表
圖11 上輥?zhàn)兞慷x
圖12 下輥?zhàn)兞慷x
選擇變量值550mm,對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)約束,如圖13所示,可以看到驅(qū)動(dòng)的起始位置已被定義在550mm的位置,通過(guò)定義終止位置,可以控制仿真的偏移距離,這樣我們就通過(guò)一個(gè)變量值“topdrive”,同時(shí)驅(qū)動(dòng)上輥與下輥進(jìn)行運(yùn)動(dòng),上輥向左運(yùn)動(dòng)時(shí),下輥以同樣的速度向右側(cè)運(yùn)動(dòng),符合實(shí)際的工況,如圖14所示。
圖13 驅(qū)動(dòng)約束
圖14 運(yùn)動(dòng)仿真
四、結(jié)語(yǔ)
本文基于Inventor平臺(tái),將自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)加速器以及基于裝配驅(qū)動(dòng)約束的運(yùn)動(dòng)仿真功能應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中,相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,效率提升顯而易見(jiàn),也在一定程度上提升了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí),通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,使我們對(duì)各方法有了比較清晰的認(rèn)識(shí),也對(duì)今后復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求起到一定的指導(dǎo)意義。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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