SolidWorks操作界面简单,易于学习掌握。它采用快速、直观的三维参数化建模,多种视图配置自动投影,不仅能自动、准确的获得符合国标的机械工程图和三维模型参数信息,还整合了丰富的工具模块(见表1),可进行机械设计、模具制造、钣金制造、数控加工、装配检验、运动防真、CAE分析优化等等。因此,广泛应用于产品的各个主要生产环节,特别适合于中小型机械制造企业。针对这一现状,开展SolidWorks应用实践的教学,为学生进入企业打下了很好的基础,使其能很快胜任技术岗位。
一、对三维参数化建模的应用
SolidWorks采用基于特征的三维参数化建模。所谓参数化建模是指使用参数快速构造和修改几何模型的造型方法。这也是与二维cAD软件的根本区别。二维cAD虽然也可以通过计算机绘制工程图样来描述零件的几何形状、尺寸、公差和技术条件,但由于缺乏完整的实体模型,工程图上的视图仍然由人工判断,特别是复杂零件,因此有可能造成输出的工程图不能反映真实实体结构。同时,很多二维CAD软件不具备参数化功能,尺寸的修改不能做到实时驱动,造成标注尺寸与绘制实际尺寸脱节,不利于设计和装配检验。
SolidWorks三维参数化建模的步骤是:选取“文件―新建”,在对话框中选择“零件”。然后在选取或创建的几何面上绘制测绘、设计或导入dwg文件格式的草图轮廓,草图轮廓的合法性如是否有闭合、重叠可按造型特征进行检验。由于采用参数化技术,草图各元素可添加尺寸约束和垂直、相切、平行等几何关系约束,修改尺寸和几何约束关系,也会实时更改草图轮廓形状,从而避免草图绘制失误。然后对草图进行拉伸、旋转等特征创建,一个零件由1个或若干个特征组成。特征有如同资源管理器一样的特征目录树管理,如图1所示,方便添加、删除、压缩和修改,最后保存模型文件。
可建立产品三维数字模型库。对于具有相同或相似形状以公称尺寸为基准的标准件、系列件,用SolidWorks来建产品模型库则非常简单,运用零件的配置功能就可实现,并且特征尺寸可以用方程式表达,以便和公称尺寸关联,这也是参数化建模的优势。例如以内径D1为公称尺寸建一个轴套系列,轴套外径D2、长度L均以内径D1为参考,其关系式为D2=I,5×D1,L=DI。在建特征草图时,对草图尺寸添加方程式,如图2所示(图2方程式编辑列表)。然后添加不同的配置,双击目录树配置仅更改D1值,即可完成产品系列件制作。另一种方法使用系列零件设计表生成配置:单击“插入一系列零件设计表”,然后在Excel电子表格中按一定格式填好系列零件尺寸数据,使配置链接到该表中,更改表中数据,即可获得不同配置的模型。照上述方法可建齿轮、皮带轮等其它更复杂零件的模型。此外,SolidWorks的Toolbox也提供了丰富标准件库,如紧固件、轴承、型钢等,特别是2007DA上版本还增加了符合我国标准的GB库,方便建模和装配使用。
运用三维模型属性信息辅助产品设计。SdidWorks可通过质量属性窗口(图3)计算模型的体积、重量、表面积、重心、惯性力矩、惯性张量等属性信息。运用这些属性,通过参数化设定,可避免繁琐的手工计算,获得理想的产品设计。以重心属性为例。可用于不均匀质量回转部件的平衡配重设计,如一回转圆盘平面上有偏心分布的不规则物件,回转中心投影在圆盘平面O点,查询质量属性窗口上的重心坐标,把重心投影在圆盘平面A点,因O、A不重合,造成回转不平衡,这时需设置配重块。配重块做成规则形状,其底面形心B点通过装配关系约束在A、O延长线上,在B、O距离尺寸上添加长度计算方程式自动算出B、O长度,即可确定配重块位置,满足设计要求。
二、在机械工程图生产上的应用
SolidWorks完全能生成符合国标的工程图,这一点对于三维CAD软件在我国中小型企业中的应用非常重要。因为有时正是无法方便、快捷地生成符合国标的工程图而放弃了三维CAD的使用,转而继续使用二维CAD。SolidWorksJl过对工程图模板的设置实现国标化。打开或创建一个模板文件,在“工具一选项一文档属性一绘图标准”中可进行尺寸标注样式修改,在目录树管理器中或工程图上右击鼠标,选取“图纸格式编辑”,可更改图框、大小和标题栏样式。标题栏中的文字标准还可以映射绘图比例、文件名、零件、质量、材质等信息。因此,只要做好符合国标的工程图模板设置,便可一劳永逸地获得一样格式的国标工程图。
solidWorks绘制工程图的一般步骤是:先建好三维建模,步骤如前述。选取“文件―新建”,在对话框中选择前述做好的国标工程图模板。三维模型文件,添加标准视图、剖视图、向视图、可视图、自动投影,配置好不同的视图后,通过“自动添加尺寸”命令可自动添加在创建模型特征的草图时添加的尺寸,并做适当的调整,保存工程图文件,既可以完成二维工程图的输出,由于工程图上的不同视图均来自同一个三维模型的自动投影,同时尺寸参数化与模型保持关联(即修改该尺寸可更新模型尺寸或修改模型尺寸可更新工程图尺寸),所以能保证工程图视图及尺寸的正确性。图4为用SolidWorks绘制好的工程图。
SolidWorks对工程图的输出和打印也很方便。它支持多种文件格式输出。如输出dwg文件,方便与主流二维CAD软件的数据交换,并有很好的兼容性;输出PDF文档,方便图纸作为公用文档发布。特别适合在没有安装CAD软件的场合下使用,PDF文档还可进行安全和阅读权限的设置。工程图打印所见即所得,可进行纸张比例打印和局部打印,打印线形的粗细在“工具―选项―文档属性―线型”中设定。
三、在铸件生产上的应用
准确的铸件毛坯重量计算。方法是对零件加工面添加面偏移特征,偏移量设为加工余量,在“工具―选项”中设定材料密度,用质量属性算出重量。因此。特别是对于结构复杂件,更能准确制定下料计划。
通过铸模工具。可实现铸件体积缩放、分型(莫)面分割等操作,生成铸型、型芯和模样的三维模型,方便铸模的生产制作。
结合铸造CAE软件进行铸造模拟分析。如使用华铸CAE,在SolidWorks中对铸件、浇注系统的建立三维模型,将数据格式转换为sd文件,即可导,A,CAE系统中分析。
四、在金属切削加工生产中的应用
可辅助金属切削加工工艺仿真设计。方法是先建好毛坯模型。然后按工序模仿刀具添加切除特征。编辑切除特征即可编辑 工序,可实现工艺仿真。将各工序生成不同的模型配置,就可绘制出按配置更新的工序图。如果加载像SolidCAM这样的CAM插件,可在SolidWorks中实现数控机床仿真加工。输出可供生产的CNc代码。
五、在焊接结构件和钣金件生产中的应用
SolidWorks在焊件环境中有非富的焊接工具,非常方便焊接结构件设计。例如设计型钢焊接结构件,可先在空间设计框架草图(图5),然后在不同位置应用焊接件特征即可生成焊接结构件(图6)。焊件牲特征是不同焊件截面扫描框架草图形成的焊接构件。焊接截面可编辑形状、位置,也可选用现成的型钢标准截面形状。焊件之间可选择不同接头形式。还可添加焊缝、支撑肋板、盖板等特征。运用焊件特征目录树管理焊件属性,在建立工程图时插入“焊件明细表”,便可自动统计各焊件的型号、长度、数量、重量,从而方便组焊件生产的下料计划和制作。钣金功能同样也有丰富的工具辅助钣金制造,在此不做赘述。现仅就钣金工具展开功能的应用举例说明,在生产中,常有一些不规则的冷作弯曲薄壁件,像上下形状不同的管路过渡件及配合件,如图7所示,需要准确的展开。用手工或二维CAD展开比较困难,可将其做成饭金特征,用放样折弯或其它钣金牲特征建模,控制折弯线,通过切除特征做成所需形状模型,再用钣金工具展开即可,图8为饭金展开图。
六、在装配、检验中的应用
零件建好模型以后,即可进入装配体模式按装配关系、装配顺序进行可视化装配。使用配合工具添加同心、平行、垂直、重合等控制零件移动的装配关系,还可添加齿轮、限制、铰链等特殊配合。装配完成后,用鼠标移动或旋转零部件可进行装配检验,如使用干涉检查工具检查文件中的零部件是与其他零部件相互干涉。系统会提供一个干涉零部件的名称列表,其中包括干涉体积,在图形区域中干涉会高亮显示。使用碰撞检查选项在您移动或旋转零部件时检查是否有零部件发生碰撞,使用间隙验证来检查所选零部件之间的最小距离。通过Motion模块还可进行机械运动模拟,有利于降低实验费用和完善设计。最终可生成装配爆炸视图指导生产。
七、结语
SolidWorks使用简便、快速而且准确,是中小型机械制造企业工程师的得力助手。用好这一软件能充分发挥计算机辅助设计和辅助制造的优势,起到辅助生产、取得合格产品、节约成本的作用。
职业技术学院学生掌握三维CAD软件SolidWorks常用功能,可以快速掌握数控机床、加工中心的操作技能,胜任岗位,成为企业所需之人才。