SolidWorks技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特征*

趙盼盼

(安徽淮海實(shí)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,安徽淮北 235000)

SolidWorks技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特征*

趙盼盼

(安徽淮海實(shí)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,安徽淮北 235000)

SolidWorks是一款優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)軟件。先詳細(xì)闡述了SolidWorks產(chǎn)生的背景-計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展、CAD產(chǎn)業(yè)興旺繁榮,進(jìn)一步說明SolidWorks的開發(fā)與應(yīng)用符合CAD產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。作為CAD產(chǎn)業(yè)后起之秀,SolidWorks優(yōu)勢(shì)顯著,生命力旺盛。然后,詳細(xì)描述了SolidWorks操作界面簡單、參數(shù)化造型思想、特征建立能力強(qiáng)、零件裝配功能、仿真模擬分析和二次開發(fā)等特征與功能。SolidWorks易學(xué)易用、功能強(qiáng)大,能夠較大程度縮短設(shè)計(jì)時(shí)間,提高設(shè)計(jì)效率,從而被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

SolidWorks;三維造型;CAD

0 引 言

自20世紀(jì)80年代以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展與普及,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(Computer Assistant Design,CAD)逐步發(fā)展并成為機(jī)械設(shè)計(jì)不可或缺的工具。在眾多CAD軟件中,由Jon.Hirschtick創(chuàng)建的SolidWorks是CAD產(chǎn)業(yè)的后起之星,近年來應(yīng)用尤為廣泛[1]。SolidWorks,Solid譯為“實(shí)體”, Works是“工作”的意思,整體可以理解為“對(duì)實(shí)體的操作”,是“實(shí)體造型”之意。SolidWorks軟件剛發(fā)布兩個(gè)月就受到業(yè)界的廣泛贊譽(yù),被認(rèn)為是為三維CAD設(shè)計(jì)軟件樹立了一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。隨后,SolidWorks逐漸發(fā)展、完善,成為當(dāng)今裝機(jī)量最大、最好用的軟件[2]。美國著名咨詢公司 Daratech評(píng)論:“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市場(chǎng)快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者?！?/p>

1 SolidWorks發(fā)展過程

1.1 SolidWorks產(chǎn)生背景

國際CAD軟件產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展是SolidWorks產(chǎn)生與發(fā)展的基礎(chǔ)。20世紀(jì)60、70年代,CAD技術(shù)產(chǎn)生,其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展日趨成熟,涌現(xiàn)出一批著名的CAD產(chǎn)業(yè)公司,如Auto-Trol,CALMA,SDRC,Computer Vision(CV),Applicon,Dassault Aviation(達(dá)索公司)等[3]。較為代表的CAD軟件產(chǎn)品有法國達(dá)索公司開發(fā)的曲面造型軟件CATIA[4]與SDRC公司推出的實(shí)體造型軟件I-DEAS[5]。這一時(shí)期CAD技術(shù)主要應(yīng)用于軍用工業(yè)及一些大型民用工業(yè),軟件及其硬件設(shè)施造價(jià)昂貴。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,單用戶計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,Autodesk公司看準(zhǔn)單用戶計(jì)算機(jī)普及帶來的市場(chǎng)機(jī)遇,開發(fā)出能夠在單用戶計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的價(jià)格較低的CAD程序-AutoCAD。AutoCAD發(fā)行后連續(xù)多年被評(píng)為CAD最佳產(chǎn)品,成為CAD發(fā)展史上一大成功經(jīng)典。至今,AutoCAD仍占據(jù)大部分二維軟件市場(chǎng)[3]。

20世紀(jì)80、90年代,參數(shù)化造型技術(shù)得以發(fā)展, 1985年由PTC(Parametric Technology Corp.)公司開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件-Pro/Engineer發(fā)行[6]。參數(shù)化造型比曲面造型、實(shí)體造型更為先進(jìn),此時(shí)達(dá)索公司被迫對(duì)其原先開發(fā)的CATIA軟件進(jìn)行了徹底重寫。

20世紀(jì)80、90年代,計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是圖形硬件的發(fā)展,參數(shù)化造型技術(shù)的發(fā)展與Windows操作系統(tǒng)的普及,很好的促進(jìn)了CAD技術(shù)的發(fā)展[3]。1985年由PTC(Parametric Technology Corp.)公司開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件-Pro/Engineer發(fā)行[6]。參數(shù)化造型比曲面造型、實(shí)體造型更為先進(jìn),此時(shí)達(dá)索公司被迫對(duì)其原先開發(fā)的CATIA軟件進(jìn)行了徹底重寫。1993年SolidWorks公司成立,SolidWorks充分利用Windows系統(tǒng)技術(shù),較好地實(shí)現(xiàn)了CAD與Office的集成。SolidWorks采用較為先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)思想,工作界面相對(duì)于Pro/Engineer較為簡化,一舉成為CAD領(lǐng)域新秀。SolidWorks注重產(chǎn)業(yè)的合作聯(lián)盟,自己專注于幾何造型的開發(fā),其它軟件組件交給第三方開發(fā)商,以此降低成本,有利于增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2 SolidWorks的發(fā)展過程

SolidWorks公司成立于1993年,由CAD行業(yè)知名人物Jon.Hirschtick發(fā)起,總部位于美國馬薩諸塞州的康克爾郡內(nèi)。1995年,第一套三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件SolidWorks'95發(fā)行,隨后,SolidWorks每年都會(huì)發(fā)布一套新版本。1999年,SolidWorks已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)裝備完善的幾何建模工具。由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì),SolidWorks公司成立后兩年間就成為CAD產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。發(fā)展至今,SolidWorks已累計(jì)獲得十七項(xiàng)國際大獎(jiǎng);在1995-1999年獲得全球微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)評(píng)比的第一名;美國權(quán)威CAD專業(yè)雜志CADENCE從1999年起連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎(jiǎng)。1997年,Solid-Works被世界設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)頭羊-法國達(dá)索公司全資并購。并購后的SolidWorks以原來的品牌和技術(shù)繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作,成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司?，F(xiàn)今,SolidWorks的營銷網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全球,由300多家經(jīng)銷商在全球140多個(gè)國家進(jìn)行銷售。

2 SolidWorks的特征及優(yōu)點(diǎn)

2.1 全Windows界面,操作簡單、直觀

SolidWorks是在Windows環(huán)境下開發(fā)的,操作過程采用Windows技術(shù),支持“剪切、復(fù)制、粘貼”操作,支持拖動(dòng)復(fù)制技術(shù)。SolidWorks采用中文操作界面,使用過程無語言障礙。熟悉Windows系統(tǒng)用戶,基本上可用SolidWorks進(jìn)行設(shè)計(jì)。三維CAD領(lǐng)域的另一軟件Pro/Engineer開發(fā)時(shí)則采用DOS系統(tǒng),在Windows系統(tǒng)逐漸普及時(shí)Pro/Engineer的操作仍然帶有DOS的風(fēng)格,部分操作沒有SolidWorks簡便。

SolidWorks操作界面簡潔,并且最大范圍地增加了設(shè)計(jì)窗口的可視面積。新版的SolidWorks可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)顯示不同的工具按鈕。SolidWorks有常用功能的快捷方式,如FeatureManager功能可以用作修改特征;PropertyManager用于屬性查看與修改;應(yīng)用ConfigerationManager可以較為方便地建立和修改零件及裝配的不同形態(tài)[7-8]。

2.2 參數(shù)化的設(shè)計(jì)思路

SolidWorks設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用參數(shù)化的設(shè)計(jì)思路[9],參數(shù)化設(shè)計(jì)具有:基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改等特征[2],是由受約束的數(shù)學(xué)關(guān)系式來定義的,其各工具欄的命令之間具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性。因此SolidWorks軟件在對(duì)零件的設(shè)計(jì)和修改方面具有方便快捷、準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)。參數(shù)化的設(shè)計(jì)在對(duì)零件的尺寸修改和相似零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[10]。由于各工具欄的命令之間具有相應(yīng)的關(guān)聯(lián)性,因此在零件設(shè)計(jì)模塊中所做的更改可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地反映到裝配、工程圖等相應(yīng)關(guān)聯(lián)模塊中去,相比二維CAD軟件對(duì)零件和裝配體的逐一修改則更為高效、智能。因此,在應(yīng)用SolidWorks軟件時(shí),設(shè)計(jì)師的主要精力將會(huì)集中在方案的設(shè)計(jì)上,這為方案的設(shè)計(jì)和修改提供了極大的方便,有利于設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)先進(jìn)、安全可靠的零件結(jié)構(gòu)。

2.3 強(qiáng)大而靈活的特征建立功能

應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行草圖繪圖時(shí),軟件能夠按同心、重合、距離、角度與相切等關(guān)系動(dòng)態(tài)反饋和推理可以自動(dòng)添加的幾何約束,使得繪圖過程簡易、精準(zhǔn); SolidWorks軟件具有專門的機(jī)械零件設(shè)計(jì)模塊,運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、鏡像、高級(jí)抽殼、薄壁特征和特征陣列等功能,可以繪制出各種復(fù)雜形狀的零件來[11]; SolidWorks擁有專用于鈑金零件設(shè)計(jì)的模塊,便于設(shè)計(jì)師進(jìn)行鈑金零件的折彎、展開、切口、沖孔和百葉窗等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),極大地方便了設(shè)計(jì)師對(duì)鈑金零件的設(shè)計(jì)需求[10];軟件包含了豐富的標(biāo)準(zhǔn)圖庫,用戶也可擴(kuò)充自定義的圖庫,減少了很多重復(fù)性工作;SolidWorks軟件能夠分析草圖的合理性,發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)提出相應(yīng)的解決方案。

2.4 強(qiáng)大的零件裝配功能

SolidWorks可以較容易地完成零件的三維建模,通過模擬裝配、仿真運(yùn)動(dòng)等功能進(jìn)行三維仿真設(shè)計(jì),便于進(jìn)行產(chǎn)品的可行性分析。SolidWorks可以通過任意旋轉(zhuǎn)或剖切,對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的干涉檢查和間隙檢測(cè),發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修正,把“試驗(yàn)過程”放在設(shè)計(jì)階段,有效地提高了設(shè)計(jì)的成功率。如前文所述,由于整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是完全可編輯的,零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間是全相關(guān)的,零件設(shè)計(jì)中所做的更改可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地反應(yīng)到裝配、工程圖等相應(yīng)模塊中去,簡化了操作步驟,提高了設(shè)計(jì)成功率。

2.5 仿真分析

SolidWorks還可以對(duì)生成的零件和裝配體進(jìn)行有限元分析,使用SolidWorks仿真分析軟件包可以虛擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行參數(shù)分析,如持久性、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)、裝配體運(yùn)動(dòng)、熱傳遞、流體動(dòng)力學(xué)和注塑成型等,從而高效評(píng)估產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如,Solid-Works Simulation(FEA)可用于分析零件和裝配體之間的結(jié)構(gòu)問題,如評(píng)估相互接觸零件間的作用力和應(yīng)力、摩擦力,如此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期就能評(píng)估這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題,進(jìn)而確定制作零件的材料及最優(yōu)化的尺寸設(shè)計(jì)[12-13]。

2.6 工程圖

SolidWorks可以為三維模型制作產(chǎn)生工程圖,包括視圖、尺寸和標(biāo)注;可以建立各種類型的投影視圖、剖面視圖和局部放大圖功能;交替位置視圖能夠方便地顯示零部件所在位置,在同一視圖中生成裝配的多種不同位置的視圖,以便了解裝配順序;SolidWorks的尺寸控制棒,可以方便地進(jìn)行尺寸標(biāo)注,使圖紙標(biāo)注更規(guī)范、更美觀。

2.7 二次開發(fā)

SolidWorks是可塑性的,具備二次開發(fā)的功能。為了滿足特殊行業(yè)及特定產(chǎn)品的需求,可以應(yīng)用編輯語言VBA,VB,Visual C#.NET,VC對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)[14-15]。SolidWorks二次開發(fā)有兩種方式,一種是應(yīng)用OLE自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行開發(fā),其應(yīng)用程序只能編譯成可執(zhí)行文件(*.EXE文件);另一種開發(fā)方式基于COM,其應(yīng)用程序就是COM模塊,又可以分為兩種形式,*.EXE文件形式和插件形式(*. DLL文件)[15]。

3 結(jié) 語

SolidWorks集三維設(shè)計(jì)、分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等多種功能于一體,易學(xué)易用,功能強(qiáng)大,最大限度地釋放機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力,使他們能夠用更少的時(shí)間設(shè)計(jì)出更好、更具創(chuàng)造力的產(chǎn)品,提高了設(shè)計(jì)效率,有利于新產(chǎn)品的開發(fā)。隨著SolidWorks的不斷發(fā)展與完善,越來越多的人加入到SolidWorks用戶行列,Solid-Works必會(huì)受到更多機(jī)械設(shè)計(jì)者的青睞。

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SolidWorks Technology and Its Features in Mechanical Design Application

ZHAO Pan-pan
(Anhui Huaihai Industrial Development Group Co.,Ltd,Huaibei Anhui 235000,China)

SolidWorks is one of the best 3D CAD software.In this paper,the background of SolidWorks is described,that is, the rapid development of computer and the CAD technology,and it is further confirmed that the initiation and application of the SolidWorks could meet the trends of CAD industry.As a rising star,the SolidWorks has great advantages and vitality.Then, the key functions and features of the SolidWorks are illustrated respectively,such as easier operation,simple face,parametric design,and powerful assembly performance.The SolidWorks which is easy to learn and to use,powerful,high efficient,is widely used in mechanical design.

SolidWorks;3D model;CAD

TH122

A

1007-4414(2015)05-0195-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.072

2015-08-13

趙盼盼(1986-),女,安徽宿州人,助理工程師,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)。