基于Solidworks Composer的多軸滑臺斜拉機構(gòu)裝配可視化研究

陳鑫+仲梁維+刁麗慧

摘 要：以AutoCAD和Solidworks為平臺，建立多軸滑臺斜拉機構(gòu)的三維模型，采用Solidworks Composer 軟件進行模型集成，將 Solidworks等CAD軟件產(chǎn)品導(dǎo)入，經(jīng)過編輯輸出多軸滑臺斜拉機構(gòu)的演示動畫和高清圖片。使用渲染、虛擬裝配、運動仿真等功能，初步實現(xiàn)了多軸滑臺斜拉機構(gòu)裝配工藝的可視化。實際操作證明，Solidworks Composer軟件對多軸滑臺斜拉機構(gòu)進行的裝配仿真，實現(xiàn)了多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配可視化效果，有利于用戶學習和檢查實際的裝配過程，加深對多軸滑臺斜拉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)理解。

關(guān)鍵詞：多軸滑臺斜拉機構(gòu)；虛擬裝配

DOIDOI：10.11907/rjdk.172638

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0158-03

0 引言

動畫技術(shù)作為一個直觀生動的技術(shù)應(yīng)用在多個領(lǐng)域。工業(yè)動畫能夠更加具體、完好、互動地展現(xiàn)企業(yè)的產(chǎn)品。多媒體產(chǎn)品動畫有很多優(yōu)勢，可以使用戶非常直觀地了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征及產(chǎn)品的工作原理。Solidworks Composer是一個獨特新穎的能夠進行仿真的軟件平臺，Solidworks Composer可以讀取目前主流的CAD三維模型，可以進行形象的仿真動畫，演示三維裝配過程。

本文以多軸滑臺斜拉機構(gòu)為例，使用Solidworks Composer對其進行三維裝配仿真動畫制作，介紹了Solidworks Composer制作三維裝配動畫的方法和步驟。

1 Solidworks Composer平臺

Solidworks Composer改變了用戶建立虛擬模型的方法。Solidworks Composer可以使用部分文字和多功能視圖以及靈活的動畫表達復(fù)雜的產(chǎn)品。

Solidworks Composer可使用三維建模軟件建立的文件，數(shù)據(jù)來源于3D CAD系統(tǒng)而不需要轉(zhuǎn)換格式。用戶不用進行任何的CAD軟件相關(guān)的知識或技能培訓，可通過短暫的學習即可使用Solidworks Composer。

Solidworks Composer可讓用戶以文檔的方式進行增補，不用重復(fù)操作便可更新所有的文件資料。Solidworks Composer不用學習任何編程技巧，用戶也不用具備任何輸出固有格式的專業(yè)能力[1]。

2 多軸滑臺斜拉機構(gòu)模型建立

采用Solidworks建立多軸滑臺斜拉機構(gòu)的三維模型，并將建好的三維模型導(dǎo)入Solidworks Composer軟件中，如圖1所示。多軸滑臺斜拉機構(gòu)主要由側(cè)面機架、側(cè)面機架中間橫板、多軸滑臺部分機架、滑動軸承、伺服電缸以及頂端固定裝置等組成。

3 多軸滑臺斜拉機構(gòu)裝配工藝

3.1 裝配工藝流程

裝配工藝規(guī)劃包括裝配單元劃分、裝配路徑選擇以及裝配順序的確定。裝配現(xiàn)場的真實環(huán)境不能在該平臺上仿真，裝配路徑需要保證零件在裝配過程中不發(fā)生碰撞和干涉。裝配順序確定采用拆卸法，假定零件的裝配和拆卸是可逆的，通過分析確定零件的拆卸順序得到零件的裝配順序。根據(jù)“可拆卸裝配”原則，部件的裝配順序是粗箭頭流向。圖2為多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配流程。

3.2 裝配工藝可視化實現(xiàn)

裝配工藝三維可視化，是一種有別于傳統(tǒng)裝配工藝過程卡和裝配工序卡的裝配展示形式，主要功能是對裝配過程進行三維仿真[2]。對于多軸滑臺斜拉機構(gòu)，在裝配仿真過程中，需要結(jié)合多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配工藝，以左、右側(cè)面機架為支撐架，對多軸滑臺部分機架和伺服電缸進行分步裝配，動畫中不同的關(guān)鍵幀對應(yīng)相應(yīng)的裝配步驟。裝配工藝的可視化將傳統(tǒng)的CAD模型和裝配工藝信息結(jié)合起來，形成了可視化的裝配工藝系統(tǒng)，其中包括裝配工藝規(guī)劃、創(chuàng)建裝配動畫視頻、干涉檢查、后處理等。

3.3 三維模型創(chuàng)建

Solidworks是達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）的子公司，主要對機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品進行研發(fā)和銷售，全球發(fā)售的Solidworks軟件使用許可已達到28萬左右。Solidworks軟件使用了Windows OLE技術(shù)、由劍橋提供的parasolid內(nèi)核技術(shù)、可視化直觀設(shè)計技術(shù)和先進的第三方軟件集成加工技術(shù)，已經(jīng)成為全世界用戶最多、使用最方便的三維設(shè)計軟件[3]。建立多軸滑臺斜拉機構(gòu)的模型主要使用Solidworks中的零件設(shè)計和裝配設(shè)計模塊完成。

3.3.1 零件設(shè)計

根據(jù)多軸滑臺斜拉機構(gòu)的設(shè)計圖紙，建立多軸滑臺斜拉機構(gòu)的所有零件的三維模型。在建立三維模型之前，首先考慮建模順序。多軸滑臺斜拉機構(gòu)主要由側(cè)面機架、側(cè)面機架中間橫板、多軸滑臺部分機架、滑動軸承、伺服電缸、頂端固定裝置等部分組成。在Solidworks中建模步驟：①使用Solidworks中的草圖編輯功能建立各個零件的外形輪廓。②退出草圖編輯模塊，在特征設(shè)計模塊中使用各種命令如拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、鏡像、拔模、抽殼等，建立三維模型的實體特征。

3.3.2 裝配設(shè)計

在多軸滑臺斜拉機構(gòu)各零件建模完成后，要將各個零件根據(jù)設(shè)計要求組裝起來，建立多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配體。使用Solidworks的裝配體模塊，將前面創(chuàng)建好的零件導(dǎo)入裝配體模塊中，使用裝配體設(shè)計中的配合功能實現(xiàn)各零件間的配合[4]。本文使用Solidworks軟件對多軸滑臺斜拉機構(gòu)進行零部件裝配。使用“自底而上”的裝配方法，在Solidworks零件裝配模型完成后，進行裝配體的靜態(tài)干涉檢查，確保零部件不存在干涉。

4 模型三維仿真

4.1 裝配演示動畫制作

打開Solidworks Composer軟件，導(dǎo)入多軸滑臺斜拉機構(gòu)三維模型，左側(cè)窗口顯示裝配體的裝配結(jié)構(gòu)樹狀圖，可以觀察到多軸滑臺斜拉機構(gòu)的各個零件以及結(jié)構(gòu)。在主頁界面，點擊動畫按鈕，可以看到窗口下方的時間軸界面，點擊自動關(guān)鍵幀，讓自動關(guān)鍵幀處于激活狀態(tài)[5]。自動關(guān)鍵幀模式會記錄角色所有的位置和屬性變化，這種模式使得創(chuàng)建動畫更為簡便。圖3為時間軸功能條。endprint

本次動畫設(shè)置時間為40s，在時間軸的兩個時間點上分別設(shè)置不同關(guān)鍵幀，這樣就會形成一系列的靜態(tài)連續(xù)畫面，視覺上產(chǎn)生動畫效果，從而達到繪制動畫的目的。為了更直觀和主動地看到裝配過程，本次動畫制作還使用了視圖功能來查看和操作單次的裝配步驟。

視圖的使用對裝配動畫是一個補充和完善?？梢赃x擇某一步裝配步驟進行單次操作，也可以返回之前的步驟，從而使得動畫更加人性化。裝配步驟的切換和視圖間的連接可通過創(chuàng)建2D文本框列舉菜單，對文本框進行視圖鏈接。在“渲染”菜單中，可以對模型自身的顯示效果進行個性化設(shè)置，也可通過不同的燈光效果，如聚光光源、定位光源、定向光源對模型進行不同的效果顯示[6]。

Solidworks Composer可以使用可視化效果來增加動畫的逼真程度，可根據(jù)需要增加“淡入”或者“淡出”效果，通過適當延長熱點軌跡間隔時間來避免實際熱點效果閃動太快。

在多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配動畫制作完成后，即使用戶沒有Solidworks Composer軟件環(huán)境，也可以播放裝配動畫[7]。操作方法很簡單，只需要在保存文件時將文件保存為 “.avi”格式即可[8]。文件在另存為時，也可使用不同種類的壓縮方式，根據(jù)實際需求生成不同大小和清晰度的視頻文件。通常情況下，大部分用戶可通過觀看多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配動畫進行相應(yīng)的維系保養(yǎng)操作[9]。

4.2 高清圖片制作

打開Solidworks Composer軟件，將多軸滑臺斜拉機構(gòu)的裝配動畫導(dǎo)入，使用Solidworks Composer中的消隱、剖切、光影等不同的效果來制作多軸滑臺斜拉機構(gòu)的高清圖片。在菜單欄中點擊“作者”，選擇“創(chuàng)建”切除面，根據(jù)出現(xiàn)的紅色箭頭選擇創(chuàng)建切除面的方向和位置。Solidworks Composer中光影效果的顯示包括模型自身的顯示效果和燈光效果，在菜單欄中選擇“渲染”，選擇不同的模型效果顯示和燈光效果顯示以改變模型的視覺效果。在菜單欄中選擇“主頁”，點擊高分辨率圖像即可創(chuàng)建高清圖片，隨后彈出“工作間”面板可以選擇圖片的像素、分辨率、大小[10]。圖4為多軸滑臺斜拉機構(gòu)的縱剖視圖。

5 結(jié)語

通過采用Solidworks三維建模以及Solidworks Composer軟件對多軸滑臺斜拉機構(gòu)進行虛擬裝配仿真，實現(xiàn)了多軸滑臺斜拉機構(gòu)裝配動畫演示。本文進行的基于Solidworks Composer多軸滑臺斜拉機構(gòu)裝配工藝可視化研究，同樣適用于其它機械裝配工藝。

參考文獻：

[1] 吳青，宋麗，郭希斌.3DVIA Composer在重型加工制造業(yè)上的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2012（1-2）：33-37.

[2] 施志輝，李曉丹.車用柴油機裝配工藝三維可視化技術(shù)研究[J].機械工程師，2009（2）：52-55.

[3] Solidworks公司.Solidworks零件與裝配體教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[4] 劉檢華，姚珺，寧汝新.虛擬裝配工藝規(guī)劃實現(xiàn)技術(shù)研究[J].機械工程學報，2004，40（6）：138-142.

[5] 景武，趙所，劉春曉.基于DELMIA的飛機三維裝配工藝設(shè)計與仿真[J].航空制造技術(shù)，2012（12）：80-86.

[6] 施志輝，李曉丹.車用柴油機裝配工藝三維可視化技術(shù)研究[J].機械工程師，2009（2）：52-55.

[7] 張志利，褚識廣，龍勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液壓元件虛擬裝配仿真[C].全國先進制造技術(shù)高層論壇暨第九屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)研討會論文集，2010.

[8] 蔡虎.基于3DVIA的虛擬裝配工藝實施方案研究[J].航空制造技術(shù)，2012（6）：123-129.

[9] 劉云飛.淺談SolidWorks與3DVIA Composer在工裝設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國科技財富，2012（7）：166-167.

[10] 蔡虎.基于3DVIA的虛擬裝配工藝實施方案研究[J].航空制造技術(shù)，2012（6）：80-83.endprint