基于SolidWorks的堆垛机参数化设计系统的开发

2004年第25卷第1期华　北　工　学　院　学　报V o l.25　N o.1　2004 (总第93期)JOURNAL OF NORTH CH INA INSTITUTE OF TECHNOLOG Y(Sum N o.93)
文章编号:100625431(2004)0120024204
基于So lid W o rk s的堆垛机参数化
设计系统的开发
Ξ
秦慧斌,张亚明,吴淑芳,王宗彦
(华北工学院机械工程系,山西太原030051)
摘　要:　以三维特征造型软件So lid W o rk s2001为平台,采用模块化、参数化的设计思想构建堆垛机的相
应模块的三维模型;以M icro soft A ccess为支撑数据库,M icro soft V isual Basic为开发工具,建立设计计算
与三维模型的数据接口;采用有限元分析软件CO S M O S进行结构校核,建立了面向仓储设备堆垛机的参数
化设计系统.实践证明:该设计系统可显著提高设计效率与质量,可快速响应个性化的市场要求.
关键词:　模块化;参数化;功能块;数据接口
中图分类号:　T P391.73 文献标识码:A
D evelop m en t of Param etr ic D esign System for Stack M ach i ne
Based on Solid W orks
Q I N H u i2b in,ZHAN G Ya2m ing,W U Shu2fang,W AN G Zong2yan
(D ep t.of M echan ical Engineering,N o rth Ch ina In stitu te of T echno logy,T aiyuan030051,Ch ina) Abstract:B ased on So lid W o rk s2001environm en t,theo ries of m odu larizati on and p aram etric3D m odel are adop ted to design3D m odel of Stack M ach ine m odu le.W ith the suppo rt of M icro soft A ccess database and the p rogramm ing language of V isual B asic,the in terface betw een m odel and data is estab2 lished.A fter m ak ing the FE M analysis of the structu re by CO S M O S,a p aram etric design system has been develop ed,w h ich m ay be app licab le to m anufactu re indu stry of logistics equ i pm en ts.It has been p roved that the design system can i m p rove the design efficiency and quality sharp ly,m eeting the sp ecific m arket need rap idly.
Key words:m odu larizati on;p aram etric;m icrom odu les;data in terface
0　引　言
随着先进制造技术的发展,CAD技术已开始由二维向三维转移.以外购的CAD软件为平台进行二次开发,建立起适用于企业自身特点的应用软件系统,具有迫切的现实意义.在制造业的物流、信息流和能量流中,物流对于企业的敏捷生产,协同管理起着举足轻重的作用.堆垛机是物流仓储的主要设备,其系列定型产品占有相当比例,系列中的大多数零件或部件具有相似的外形轮廓特征,具备了参数化设计的前提条件.So lid W o rk s是基于W indow s平台的优秀三维设计软件,以其参数化和特征造型技术著称.以So lid W o rk s为平台开发出堆垛机的参数化设计系统可显著提高设计效率,有利于缓解资源与任务间的矛盾,可快速响应个性化的市场要求,对加强企业竞争力具有很强的现实意义.此外参数化设计
Ξ收稿日期:2003204221 修回日期:2003206203
　基金项目:部级重点实验室基金资助项目
　作者简介:秦慧斌(1979-),男,硕士生.主要从事机械制造及其自动化研究.
大量运用现代化的设计手段,有利于实现CAD CA E CA PP CAM PDM 软件的集成,可积极地推动企业的信息化建设.
1　堆垛机模块化、参数化的设计思想
参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种简单、高效、优质的设计方法.它一般是指零件或部件的形状比较定型,用一组参数和几何约束该模型的结构尺寸与拓扑关系;参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系,当赋予不同的参数序列值时,就可驱动典型模型,达到满足设计要求的零件模型[1].
图1　堆垛机的3D 模型F ig .1　3D model of stack m ach ine
堆垛机的参数化设计是基于机械结构模块的参数化设计,它以机
械结构模块为设计的基本单元.机械结构模块是指具有尺寸互换性的
机械结构部件,其安装连接部分的几何参数满足某种规定的要求,并
能保证通用互换或兼容.模块化产品的构成模式等于通用模块(不变
部分)加专用模块(变动部分)[2].堆垛机的参数化设计着重解决模块
中的变动部分.
在模块的设计过程中,首先确定各模块的性能参数,几何尺寸系
列,基本结构布局与各模块之间的结合形式.这些参数将作为模块的
主驱动参数,让次要参数依赖于主驱动参数,利用方程式设计成某种
比例关系或几何约束关系[3].模块间的接口数据有定义说明,以作为
设计计算模块的数据接口和样机模型的输入接口.
图1为双立柱式堆垛机的3D 模型,依据堆垛机的设计和功能要
求,将堆垛机划分为标准件及通用件、货叉装置、从动轮组、主动轮
组、导轮组、滑轮组、卷筒、天轮组、载货台、松绳过载、断绳保护、
缓冲器共12个模块.2　模型的建立与参数化
以W J 52型双立柱式堆垛机为例,建立各模块的参数化3D 模型.在完成本步骤时应注意以下几点:1)在模型建立之前应先对零件的特征进行规划,先建立最重要的基本特征,依次类推,最后建立辅助特征.对于一些装饰性的特征,如:倒角、圆角,对零件的整体形状影响较小,但非常容易造成参数化驱动失败,因而最好放到最后生成.
图2　由系列零件设计表和尺寸共同驱动的滑轮模型F ig .2　Pulley models driven by series design tables and di m ensi on together
2)标准件及通用件按零件设计手册中的公称尺寸参数构建模型,
有固定关系的尺寸参数应在模型中建立方程式.利用数据库A ccess
为每一种标准件建立数据库,如:螺栓、垫圈、螺钉、键等标准件和通
用件的数据库,每个数据库由相应标准件的国标参数表和与其公称参
数对应的长度系列表组成,以作为应用程序的数据源层.
3)零件的属性(名称、图号、材料、重量)应在模型中建立,便于
装配体自动提取生成BOM (B ill of M aterials )材料明细表.
4)视零件的不同特征及不同的设计要求采取不同的驱动方式.图
2所示滑轮的绳槽部分,因其参数由起重行业规范规定,故采用系列
零件设计表来驱动,通过生成不同的配置来实现模型的改变;因其内
孔径、宽度与轴承的配合有关,故在装配体中建立方程式与几何关系
约束,通过尺寸驱动来实现.
5)在零件草图或装配中建立几何约束关系和尺寸方程式以确定
模块之间以及零部件之间的连接、配合、位置关系.
6)对模块的数据接口进行定义说明.52(总第93期)基于So lid W o rk s 的堆垛机参数化设计系统的开发(秦慧斌等)
62华北工学院学报2004年第1期
询、读取等功能,同时So lidw ok s A P I 接口采用面向对象的方法向用户提供了大量OL E (O b ject L ink ing
and Em bedding )对象链接与嵌入技术用于二次开发[5].VB 程序可借助于对PartDoc ,A ssem byDoc ,
D raw ingDoc ,Sketch ,D i m en si on 等对象属性的设置和调用来完成对零件的建模、
修改和压缩等控制,获取零件的装配,零件工程图中的各项信息,各种几何和拓扑信息,以及完成对特征尺寸的设置和提取.
4.4　定制菜单
应用程序开发、测试完毕后,将其编译成可执行文件,利用A P I 提供的增加单项功能函数,如:图6　堆垛机设计的工作环境F ig .6　W o rk ing environm ent fo r stack m ach ine
fram e .addm enu ,fram e .
addm enu item ,sldw o rk s .addm enu ,
sldw o rk s .addm enu item
等,在
So lidw o rk s 的装配界面中添加一
个菜单项,命名为堆垛机CAD ,如
图6所示.4.5　校核模块
该模块的功能是对单一的模块
进行校核来实现结构参数的再确
定,并将结果反馈给计算模块.对单
一模块校核,以工作对象和工作环
境为基本参数构建结构,简化模型,
通过CO S M O S 校核认可后,再确定
单一模块的总体尺寸和截面尺寸.
4.6　工程图模块
2D 工程图纸直接用来指导生产,它是堆垛机参数化设计的最终体现.在本文中,模型与工程图双向驱动,模型改变后,在图纸管理器中设定相应的图幅及图纸比例,可以自动生成相应的工程图,各种剖视、尺寸、公差标注、注释输入符合国标.由于在零部件模型中已建立相应的属性,包括:零件名称、图号、材料、数目、重量、备注要求等,并且在Excel 文件中建立了BOM 表模板,因此可在装配图中自动生成材料明细表.
5　结束语
利用模块化、参数化的设计方法建立了堆垛机相应模块的3D 模型,为堆垛机的设计提供了基于So lidw o rk s 平台下的计算机辅助设计工具,设计人员可以借助于设计系统的实时帮助,按照设计步骤完成对堆垛机的设计工作.经使用,设计效率提高了30%.参数化设计是在拓扑结构关系不变的条件下实现的,对于产品的多样性变化问题,可以遵从以上方法再通过进一步的设计工作加以解决[6].此设计方法对标准化、系列化的产品或接近于标准化、系列化的产品有着广泛的应用价值.
参考文献:
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72(总第93期)基于So lid W o rk s 的堆垛机参数化设计系统的开发(秦慧斌等)。