基于SolidEdge實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)的應(yīng)用與分析

鄭士成，蘭宇飛

（天津職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，天津 300410）

基于SolidEdge實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)的應(yīng)用與分析

鄭士成，蘭宇飛

（天津職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，天津 300410）

基于SolidEdge原位創(chuàng)建功能，以邊防電動(dòng)巡邏小車為例，采用自頂向下設(shè)計(jì)的方式對(duì)設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行描述，并總結(jié)應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建功能的優(yōu)缺點(diǎn)。

SolidEdge；原位創(chuàng)建；自頂向下設(shè)計(jì)

新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)過程，需要把產(chǎn)品市場需求轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品功能要求，并將其映像成幾何結(jié)構(gòu)的過程。要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，首先要對(duì)產(chǎn)品的功能要求進(jìn)行分析，先規(guī)劃出初步方案，獲得產(chǎn)品的功能概念模型，再對(duì)功能概念模型進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)計(jì)算，確定每個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，將概念模型映像成裝配體模型，通過裝配體模型傳遞設(shè)計(jì)信息，在此裝配體模型的統(tǒng)一控制下，并行地完成各子裝配體及零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，即要經(jīng)過概念設(shè)計(jì)、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品分析等階段，是一自頂向下的設(shè)計(jì)過程。

1 SolidEdge實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

SolidEdge是Siemens PLM Software公司旗下的三維CAD軟件。采用Siemens PLM Software公司自己擁有專利的Parasolid作為軟件核心，將普及型CAD系統(tǒng)與世界上最具領(lǐng)先地位的實(shí)體造型引擎結(jié)合在一起，是基于Windows平臺(tái)、功能強(qiáng)大且易用的三維CAD軟件。其在裝配環(huán)境下有一個(gè)原位創(chuàng)建功能，就是在裝配環(huán)境中完成與已裝配零件相關(guān)的零件的設(shè)計(jì)，有利于更好的掌握其與相關(guān)零件之間的配合關(guān)聯(lián)關(guān)系，使其具有更好的功能性和相關(guān)性?，F(xiàn)以邊防電動(dòng)巡邏小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例對(duì)應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建功能實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)給予評(píng)價(jià)。

2 邊防電動(dòng)巡邏小車設(shè)計(jì)過程

根據(jù)工況條件及設(shè)計(jì)理念，在裝配環(huán)境下，設(shè)置基準(zhǔn)約束，搭建產(chǎn)品框架，將產(chǎn)品控制在設(shè)計(jì)意圖范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，逐步完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.1 利用零件創(chuàng)建功能完成支撐輪輪轂設(shè)計(jì)。

首先在零件創(chuàng)建環(huán)境中，創(chuàng)建一個(gè)骨架零件。該零件應(yīng)是能夠反映設(shè)計(jì)意圖，但可以不是裝配基礎(chǔ)零件，可以是確定尺寸的某一部件的基礎(chǔ)零件。若不能完全確定尺寸，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求或設(shè)計(jì)條件及強(qiáng)度要求等約束條件，再后期進(jìn)行修改。在設(shè)計(jì)中盡量將已知條件明確，并賦予零件材質(zhì)等物理特性，為后期進(jìn)行分析計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真等創(chuàng)造條件。在邊防充電巡邏小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就是以支撐輪輪轂做為設(shè)計(jì)骨架零件。

2.2 利用原位創(chuàng)建功能完成支撐輪部件中其他零件的設(shè)計(jì)

在裝配環(huán)境中利用坐標(biāo)系定位的方式，裝配支撐輪輪轂。利用支撐輪轂做原位創(chuàng)建，完成膠輪和支撐軸，支撐連板的設(shè)計(jì)，如此就完成了支撐輪部件中主要零件的設(shè)計(jì)。

完成部件中主要零件的設(shè)計(jì)后，可以根據(jù)工況條件對(duì)支撐輪轂、支撐軸和支撐連板進(jìn)行強(qiáng)度校核和標(biāo)準(zhǔn)化修改。若強(qiáng)度校核后，需要對(duì)其中的某個(gè)零件進(jìn)行尺寸修改，可以選擇該零件雙擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)入零件編輯狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行零件的修改。完成后，在文件菜單下選擇保存并返回，可以回到裝配狀態(tài)，從而達(dá)到快速修改零件的目的。并且其他零件在設(shè)計(jì)中若參照了被修改零件，則其設(shè)計(jì)參數(shù)也跟隨被修改零件參數(shù)改變。此為采用自頂向下設(shè)計(jì)的優(yōu)勢之一。

2.3 添加標(biāo)準(zhǔn)件并對(duì)零件進(jìn)行必要的修改

在完成主要零件設(shè)計(jì)后，需要將軸承、螺栓、螺母、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)零件添加到設(shè)計(jì)中，在此過程前需要對(duì)將要裝配的標(biāo)準(zhǔn)件的類型，數(shù)量，尺寸參數(shù)等進(jìn)行選擇。此為機(jī)械設(shè)計(jì)中必要的環(huán)節(jié)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇。如在邊防巡邏小車的設(shè)計(jì)中，需要考慮其戶外應(yīng)用，行走于非鋪裝路面，并需要一定的涉水能力?？稍谳S承選擇上選擇帶密封圈的，螺栓、螺母采用不銹鋼材質(zhì)。在規(guī)格和數(shù)量上要根據(jù)強(qiáng)度需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。在標(biāo)準(zhǔn)零件選擇完成后，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)零件裝配的需要，再次對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化修改，和添加螺紋孔、過孔、軸承臺(tái)階、軸用或孔用擋圈槽等容納標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)。整體部件完成后，可對(duì)各零件進(jìn)行再次校核確定參數(shù)的正確。

2.4 根據(jù)整體尺寸要求對(duì)完成的部件進(jìn)行陣列，完成連接桿和支撐主軸的設(shè)計(jì)

在裝配環(huán)境下，根據(jù)工況及承載需求綜合分析支撐輪的跨距及軸距，對(duì)支撐輪進(jìn)行陣列。再利用原位創(chuàng)建功能完成連接桿和支承主軸設(shè)計(jì)，再重復(fù)上面的強(qiáng)度校核，標(biāo)準(zhǔn)件選擇，對(duì)零件進(jìn)行修改，再次校核等步驟。（如圖1所示）

圖1 完成支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5 完成張緊輪系、主動(dòng)輪系、主墻板和上支撐板等零部件的設(shè)計(jì)

在充分考慮設(shè)計(jì)要求和規(guī)范的情況下，循環(huán)操作以上步驟，邊設(shè)計(jì)，邊校核，邊選擇標(biāo)準(zhǔn)件，即可完成整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟。在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，可以對(duì)零件的工藝性進(jìn)行進(jìn)行修改，如鈍圓半徑、倒角、拔模斜度等。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，校核無誤后即完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 完成其余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3 自頂向下設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)過程更符合設(shè)計(jì)規(guī)律，利用基準(zhǔn)約束搭建產(chǎn)品的設(shè)計(jì)框架，再從骨架零件出發(fā)完成某一部件設(shè)計(jì)再逐步完成各部件設(shè)計(jì)，最終完成整體設(shè)計(jì)。從一開始就掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求，在設(shè)計(jì)過程中就調(diào)整方案，進(jìn)行優(yōu)化和折中取舍。（2）設(shè)計(jì)過程中以骨架零件為起點(diǎn)，逐步完成各零件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程實(shí)時(shí)參照相關(guān)零件，對(duì)零件相關(guān)性和配合性有保障。（3）設(shè)計(jì)過程中對(duì)零件修改時(shí)，相關(guān)參照發(fā)生變化則相關(guān)零件參數(shù)也將隨參照變化而變化，避免了逐一修改造成的不便和忘記修改而產(chǎn)生錯(cuò)誤。（4）在產(chǎn)品的中心層面上集中地建立重要的設(shè)計(jì)信息，設(shè)計(jì)師的思維面便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。同時(shí)把零部件當(dāng)成產(chǎn)品系統(tǒng)的零件來考慮，便于全新產(chǎn)品的開發(fā)和開展標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)工作。

4 應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建的缺點(diǎn)

（1）外部參照發(fā)生變化時(shí)例如參照點(diǎn)、線、面被刪除，參照零件名稱變化時(shí)，零件無法捕捉到參照會(huì)失效。（2）在利用其他零件參照時(shí)，不能參照其邊界直接繪制，需要對(duì)零件邊界進(jìn)行投影操作，操作過程較復(fù)雜。（3）在采用原位創(chuàng)建進(jìn)行零件設(shè)計(jì)后，零件與其他相關(guān)零件的裝配自由度全部限制，無法進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)仿真，需要在后期進(jìn)行再裝配才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。

5 結(jié)語

基于SolidEdge原位創(chuàng)建功能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，有利于實(shí)現(xiàn)相關(guān)零件的功能性和相關(guān)性，邊設(shè)計(jì)邊繪制邊校核，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期?；陧攲釉O(shè)計(jì)可以分組進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，共享頂層參數(shù)，實(shí)現(xiàn)分工協(xié)作完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

[1]劉文劍.產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-CIMS，2002,01.

[2]謝少波.基于參數(shù)化技術(shù)的產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)，2007,05,1.

[3]鄭紅，劉劍雄.基于SolidEdge的軋輥軸承座拆卸機(jī)造型設(shè)計(jì).煤礦機(jī)械，2007,10,15.

[4]呂國林，褚學(xué)寧，等.自頂向下設(shè)計(jì)的多骨架建模方法.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，2015,3,15.

[5]張帆,張友良.面向自頂向下設(shè)計(jì)的裝配模型研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)， 2004(12).

[6]劉文劍,金天國.產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-CIMS，2002(1).

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1671-0711（2016）12（上）-0154-02