蘇州SolidWorks虛擬設(shè)計(jì)
剪板機(jī)是機(jī)械行業(yè)用于切斷金屬材料的—種機(jī)械設(shè)備，廣泛地在機(jī)械制造和修理等部門(mén)使用，是各工業(yè)部門(mén)使用**廣泛的板料剪斷設(shè)備。中小規(guī)格的機(jī)械式剪板機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、行程次數(shù)高等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外剪板機(jī)的產(chǎn)量上仍然占多數(shù)。在機(jī)械式剪板機(jī)的設(shè)計(jì)上，大部分企業(yè)仍采用二維設(shè)計(jì)方法，但以往機(jī)械式剪板機(jī)常規(guī)的二維設(shè)計(jì)方法主要靠經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比同型機(jī)器，設(shè)計(jì)的反復(fù)性大，周期長(zhǎng)，可靠性差，設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量還受到人為因素的影響。借助三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks進(jìn)行機(jī)械式剪板機(jī)虛擬設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映剪板機(jī)的幾何形狀，還能反映各部件的空間位置，進(jìn)而有效檢測(cè)工作裝置各部件之間是否發(fā)生干涉與碰撞，還可進(jìn)一步進(jìn)行有限元分析計(jì)算。另外，SolidWorks軟件還可以完成參數(shù)化設(shè)計(jì)，可為今后新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)建基礎(chǔ)模型，提高設(shè)計(jì)的復(fù)用性，縮短變形產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。因此，研究機(jī)械式剪板機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。
虛擬設(shè)計(jì)流程
應(yīng)用Solidworks進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，首先要明確設(shè)計(jì)任務(wù)，構(gòu)思出樣品的大致輪廓;接著整理并寫(xiě)出設(shè)計(jì)方案，細(xì)化要求，分析計(jì)算零部件的尺寸，對(duì)零件建模;而后對(duì)零件組裝，形成裝配體并檢驗(yàn);進(jìn)而對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析計(jì)算;**后制作二維工程圖，交付廠家加工。
設(shè)計(jì)步驟
現(xiàn)以圓柱齒輪上傳動(dòng)式機(jī)械式剪板機(jī)機(jī)為例，其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。該機(jī)床主要由機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀架、壓料器、擋料架、刀片間隙調(diào)整裝置等部件組成。其工作過(guò)程為：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪軸，再**離合器和齒輪減速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)偏心軸，然后**連桿帶動(dòng)上刀架，使其做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行剪切工作。機(jī)械式剪板機(jī)組織結(jié)構(gòu)圖。
SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模設(shè)計(jì)工具。參數(shù)化特征建模設(shè)計(jì)不僅能夠方便客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品提出參數(shù)修改使之符合實(shí)際需要，而且可促進(jìn)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。對(duì)不符合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要求的產(chǎn)品，采用直接修改特征模型或關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)同種零件不同參數(shù)的設(shè)計(jì)。
特征建模過(guò)程就是選擇特征類(lèi)型、定義特征屬性、安排特征建立順序從而生成零件的過(guò)程。在SolidWorks中建立實(shí)體前，首先要對(duì)實(shí)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征分析，確定特征建立的先后順序以及每個(gè)特征建立的方法，所建立的特征盡可能簡(jiǎn)單，參數(shù)尺寸盡可能少，建立特征時(shí)應(yīng)盡量減少尺寸的修改，同時(shí)保證不引起其他特征的改變。特征建模是從草圖開(kāi)始的，可以新建草圖，也可以利用原有在CAD中創(chuàng)建的DWG文件生成草圖，然后利用SolidWorks軟件提供的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等基本體特征造型方法以及圓角、倒角、抽殼、拔模、筋、孔向?qū)?、包覆等工程特征造型方法?*對(duì)特征的堆積、切挖和相交等組合方式完成實(shí)體建模。因此建模時(shí)將零件的每—個(gè)加工形狀定義成特征，再利用各種特征的組合就可以完成零件的建模。同時(shí)利用SolidWorks軟件中的插件可快速生成某些零件，如利用Geartax插件可快速生成齒輪，利用toolbox生成某些標(biāo)準(zhǔn)件等，非常方便快捷。
由于SolidWorks軟件采用參數(shù)化設(shè)計(jì)思路，在實(shí)體建模中所做的更改可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地反映到裝配體、工程圖等相應(yīng)關(guān)聯(lián)模塊中去，而無(wú)需再像二維CAD圖那樣，更改零件后必須同時(shí)在裝配圖中作相應(yīng)的改動(dòng)，這樣既免去了不必要的麻煩，又保證了設(shè)計(jì)的精確性。
自下向頂是一種從局部到整體的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)裝配體中含有較多重復(fù)出現(xiàn)的零部件，或裝配體零部件之間的配合關(guān)系較為簡(jiǎn)單時(shí)，優(yōu)先考慮此方法;自頂向下設(shè)計(jì)是由整體到局部的設(shè)計(jì)方法，此方法適用于相互配合復(fù)雜、相互影響配合關(guān)系較多、多數(shù)零部件外形尺寸未確定的裝配體。兩種方法也可結(jié)合應(yīng)用，使設(shè)計(jì)更為快捷。
本設(shè)計(jì)中由于機(jī)械式剪板機(jī)零件較多，而且有重復(fù)零件，配合關(guān)系復(fù)雜，某些零件尺寸不易確定，因此采用自頂向下和自下向頂相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。裝配時(shí)，首先確定機(jī)架為固定件，再依次導(dǎo)入其他已建好的零部件，對(duì)于尺寸不易確定的零件，可以利用零件間的裝配關(guān)系生成新零件，例如傳動(dòng)軸和上橫梁之間的連接零件，由于尺寸不好確定，可在裝配體模式中利用與傳動(dòng)軸和上橫梁的裝配關(guān)系生成零件。導(dǎo)人零件后，要使零件間達(dá)到精準(zhǔn)的配合，必須建立準(zhǔn)確的裝配約束，系統(tǒng)在配合菜單下提供了包括角度、重合、同軸心、距離、平行、垂直、相切、鎖定8種標(biāo)準(zhǔn)配合和對(duì)稱(chēng)、寬度等6種高級(jí)配合以及齒輪、凸輪等5種機(jī)械配合，可以使用這些配合精確地放置實(shí)體，這些約束使得到的裝配體更接近實(shí)際裝配體，整個(gè)裝配過(guò)程猶如在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)物組裝一樣，較為逼真。在本設(shè)計(jì)中要注意齒輪的裝配和壓料器上彈簧的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，否則不能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的正確運(yùn)動(dòng)。
SolidWorks對(duì)裝配體進(jìn)行的檢查主要包括碰撞檢查、動(dòng)態(tài)間隙檢測(cè)、體積干涉檢查和裝配體統(tǒng)計(jì)等功能，用來(lái)檢查裝配體各個(gè)零部件裝配后的正確性，可判斷零部件之間有無(wú)干涉，以保證任意兩個(gè)零件在空間上不出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象。**移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)來(lái)檢查零部件之間的間隙，避免實(shí)物安裝時(shí)產(chǎn)生干涉，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)對(duì)模型進(jìn)行修改，直到獲得滿(mǎn)意的結(jié)果。
機(jī)械式剪板機(jī)在工作過(guò)程中，主軸是主要的傳動(dòng)和工作部件，利用SolidWorks內(nèi)嵌集成的COsMOswork8有限元分析軟件對(duì)裝配有齒輪傳動(dòng)裝置、連桿和機(jī)架裝置的主軸裝配體進(jìn)行有限元分析計(jì)算。首先將所建模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略圓角倒角鍵槽等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，**標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，調(diào)入到COSMOSWorks有限元分析模塊，進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格劃分，添加軸一端“不可平移”約束、軸承載荷和兩個(gè)連桿分布?jí)毫?，然后進(jìn)行有限元
分析計(jì)算，得到剪板機(jī)主軸應(yīng)力分布情況、應(yīng)變和變形狀況，計(jì)算出危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變，為主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)是否合理進(jìn)行準(zhǔn)確快速的評(píng)估。 3.5工程圖 盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維設(shè)計(jì)技術(shù)有了很大的發(fā)展與進(jìn)步，但是三維模型并不能將所有的設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)清楚，有些信息如加工要求的精度、形位公差和表面粗糙度等仍然需要借助二維的工程圖將其表達(dá)清楚，因此，工程圖的創(chuàng)建是三維設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。
SolidWorks利用模型文件可以快速自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工程圖文件。和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助繪圖相比，利用模型文件生成工程圖只需簡(jiǎn)單的指定模型的投影方向、插入模型的尺寸或添加其他的工程圖細(xì)節(jié)，就可完成工程圖的操作。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的圖形十分準(zhǔn)確，并且可生成各種視圖，如剖視圖、軸測(cè)圖、局部放大圖等。**設(shè)置圖紙大小、填寫(xiě)標(biāo)題欄等操作，可生成符合機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖。具體如圖4所示。
結(jié)論
基于SolidWorks的機(jī)械式剪板機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)，充分利用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械式剪板機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)，為探索機(jī)械式剪板機(jī)的新的設(shè)計(jì)方法提供了良好的途徑。應(yīng)用此技術(shù)可及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，降低設(shè)計(jì)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)踐表明基于SolidWorks軟件的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在剪板機(jī)的設(shè)計(jì)中有良好的應(yīng)用前景。
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