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SolidWorks虚拟装配实例发表时间： 2011-6-20 来源: 智造网关键字: SolidWorks虚拟装配实例三维设计使用SolidWorks创建了台式灭菌器的零件，并按照工厂生产装配的序列，对其进行虚拟装配，形成台式灭菌器的三维样机。

之后，使用SolidWorks的动画功能，参考工厂生产装配的序列，制作台式灭菌器三维样机的虚拟拆卸和虚拟装配演示动画，根据需要录制成avi格式的文件，用于员工培训。

本文给出了SolidWorks虚拟装配的一个实例。

使用SolidWorks创建了台式灭菌器的零件，并按照工厂生产装配的序列，对其进行虚拟装配，形成台式灭菌器的三维样机。

之后，使用SolidWorks的动画功能，参考工厂生产装配的序列，制作台式灭菌器三维样机的虚拟拆卸和虚拟装配演示动画，根据需要录制成avi格式的文件，用于员工培训。

本文给出了SolidWorks虚拟装配的一个实例。

1、引言通常认为最后产品成本的70%是在设计期间确定的，这是在设计初期就应该悉心考虑虚拟装配的一个重要理由。

而由于产品装配在整个产品生命周期中的重要性，因此对产品的虚拟装配进行研究和应用，对于增强制造企业的产品竞争力具有重要意义。

同时虚拟装配又是是虚拟产品开发(VPD, virtual product development)、数字样机(DMU, Digital Mock-Up)、虚拟样机(VP, virtual prototyping)和面向装配的设计(DFA, design for assembly)的核心技术之一，因此虚拟装配的研究和应用具有很现实的意义。

虚拟装配又是很好的沟通工具，它能够获得完全视觉化的产品，可以用于产品的设计、制造、销售等阶段，本文所做的虚拟装配主要用于新员工的培训，使新员工，特别是现场组装新手了解产品结构及其装配关系，能够尽快地进入工作状态。

2、零件的三维设计大部分零件都是由2D草图绘制开始，再由2D草图生成3D实体。

首先选中一个基准面，使用草图绘制命令，即可在此基准面上开始草图绘制。

草图完成后通过对其进行拉伸、旋转等操作得到一个基本特征，几个特征组合起来时就形成各种零件。

根据所设计的零件形状在其他基准面建立草图，随后进行拉伸、旋转、扫描、放样等特征操作，完成一个普通零件的三维设计。

选用的建模工具为SolidWorks软件，通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、扫描、放样、钣金等操作来实现产品的设计。

台式灭菌器的零件千变万化、类型有很多，但是几乎所有的零件都是由以上几种特征组成，每一种特征都有基体生成和切除两个内容，这些特征成为我们制作零件模型的基础和有力工具。

1) 拉伸特征拉伸分为基体拉伸和切除拉伸。

前者用于生成基体，后者用于切除基体。

拉伸适用于截面不变的零件或者是零件的某一部分截面不变，比如垫圈，它平行于端面的截面就是一个圆环，过轴线的截面则是一个矩形。

这样就有了两种做法，你可以先画两个同心圆，然后拉伸即可。

当然，方向是可以设定的。

拉伸的路径必须是直线，拉伸时可以设定拔模斜度以形成锥形特征。

2) 旋转特征截面绕一中心轴转动，截面所经过的空间既是旋转特征。

垫圈同样可以用扫描特征生成，旋转的路径是一个圆弧，这是和拉伸的区别。

旋转可以设定角度。

从某种意义上讲，拉伸和旋转都是扫描的一种特殊情况。

3) 薄壁特征如果把草图的截面换成线，就会生成没有厚度的特征，因为线是没有厚度的，这就是薄壁特征，这时可以设定厚度。

一些桶类零件经常这样生成。

4) 高级抽壳使用抽壳特征可以方便地制作密封、厚度均匀的壳体，尤其是在无法使用拉伸-切除的时候。

灭菌器中的水箱部件的建模使用了抽壳特征。

5) 扫描特征截面沿着一路径运动，经过的空间就是扫描特征。

路径可以是任何曲线，它的功能比拉伸和旋转都要强大。

从路径的角度讲，拉伸和旋转都是扫描的一种特殊形式。

最典型的应用例子就是螺纹的生成，螺纹的路径为螺旋线，截面因螺纹牙型的不同而有所变化，管螺纹的形状还有锥度。

6) 放样放样特征适用于截面不规则变化的零件，由于截面的不规则变化无法使用拉伸、旋转、扫描等特征。

放样是选取几个典型的截面(比如最大面，最小面)，把它们圆滑地连接起来，一些花瓶、手柄经常用这种方法制作，灭菌器中的零件都是较为规则的形状，无需使用放样特征。

7) 钣金钣金主要适用于薄壁零件的制作。

它不同于抽壳特征，抽壳的零件是密封的，钣金生成的零件不是密封的。

钣金的主要形式是折弯，台式灭菌器的壳体除前面板外都是使用钣金特征完成。

3、台式灭菌器的虚拟装配面向培训的虚拟装配应以实际生产装配为基础，虚拟装配的装配序列、装配过程应与生产装配相一致，为员工进入生产线实际操作打下基础。

虚拟装配还能够在设计阶段发现和消除设计失误。

产品设计阶段决定了产品如何加工、如何装配，设计成本虽然只占产品开发总成本的5%，却决定了产品总成本的70%～80%，而上游设计失误对成本的影响将以不断放大的形式向下游逐级传播，据统计，这一逐级放大的比例甚至达到1:10。

因此，应尽量避免由于设计不合理而给后续相关活动如加工、装配、测试等带来不良影响。

由于装配环节是制约生产自动化的主要因素，故在产品设计的同时，尽可能兼顾下游的装配环节及其相关因素，即在产品设计阶段应尽早排除下游的隐患，避免大的返工。

生产装配按照生产实际的要求有一定的规则。

零部件的一般装配次序往往是先下后上，先内后外，先难后易。

通常，还要先重大后轻小，但当有些重大件会影响其他零件的装入时，为了减少不必要的运输量，应该较后装上。

还要先精密后一般，但灵敏性零件或作业应尽可能放在粗重作业的后面进行，以免损坏。

处于同一方位的工件应集中安装以免过程中翻身移位，使用同一工艺设备或特殊环境条件的作业，也应集中起来以免运输迂回或设备重复。

台式灭菌器的结构比较复杂，它的虚拟装配是按照生产装配的次序进行的，不能一个零件一个零件地插入到一张装配图中。

因为这样越到最后，零件越多，装配越麻烦，机器的运行速度也会随之减慢。

再就是一旦发生错误，在整个装配中修改非常麻烦。

系统允许一个零件或组件多次使用，还允许把一个小的子装配体插入到另一子装配体或者总装配体中。

为此，根据生产实际和装配原理画出了装配系统图，虚拟装配依据装配系统图进行。

装配系统图如图1所示。

图1 台式灭菌器装配系统图整个灭菌器的装配过程如下：加热圈的装配加热圈包含许多螺栓、螺母、垫圈等，并且装配中同时使用了3个加热圈，因此非常适合预先装配成组件。

水箱的装配包括水箱、水箱支架、水箱密封圈水箱盖等。

面罩组件的装配包括面罩和左、右铰链座。

底盘部件的装配其中包括底盘组件、面罩组件、垫脚及联接用的螺栓组件，底盘组件又是由垫脚和水箱组件构成的。

底盘部件是整个机器的基础定位部件，几乎所有的重要部件都要固定在底盘上。

筒体部件的装配包括加热圈组件、筒体、固定用螺栓组件、隔架，这是一个相当复杂的部件。

有些零件如筒体的装配需要用三个基准面来定位，还有一些距离需要仔细计算。

灭菌器工作的时候，加热圈将主体圆筒里面的水加热成高温蒸汽，对消毒盘上的医疗设备进行消毒。

门部件的装配包括面罩、门组件等子装配。

这部分将在虚拟装配时进行开门、关门的演示，因此要在总装配时单独插入，并且保留绕销轴旋转的自由度，以便录制操作演示动画时进行灭菌器门的开关动作。

消毒盘的装配消毒盘要保留沿支架滑动的自由度，以便随后进行操作动画演示。

手柄组件的装配包括滑块和门插销，手柄组件装配完成后将直接用于最后的总装配，并要保留上下移动的自由度，在虚拟装配时能够自由活动，以便录制操作演示动画时门的锁闭和开启动作。

各组件、部件装配完成后，即可以底盘部件为基础进行总装。

按照生产实际的装配序列，逐步装入筒体部件、门部件、手柄和消毒盘。

总装完成以后，如果想再看一下内部的装配情况，可以将顶罩隐藏，这样里面的零部件就能显示出来。

在装配零件的时候，如果某些要选择零件被其他零件挡住，也可以使用隐藏功能，以方便装配。

如图2为隐藏了顶罩的台式灭菌器总装图。

图2 台式灭菌器总装图4、虚拟装配的演示在产品设计过程中，为了更明确地表达产品的结构，可能通过分离装配体的零部件或者反过来，通过把分离的零部件装配成一个整体，来形象地显示它们之间的装配关系，这就是装配体的爆炸视图和虚拟装配。

它们是展示装配体结构的重要手段，由此可以了解和分析装配体的零件构成和位置关系，可以很方便地设计制作产品的装配流程图、产品维修手册和安装手册等所有的图片。

在制作演示动画的过程中，我们应该注意一点：爆炸直线草图的作用在于，在工程图或说明书图片中更清楚地示意零件的爆炸方向或装配关系，而不是为了规定装配体爆炸视图中零件的实际运动路径。

较新版本的SolidWorks animator 使用了时间轴和关键点来操作，就像多数专业动画设计软件和视频编辑软件一样，这是很好的改进，能够使我们不必去学习复杂的专业动画设计软件，即可制作出简洁实用的结构展示或操作演示动画。

对于有较多零部件的复杂装配体，要手动把每个零件拖放到合适的位置，来制作其爆炸视图，是很烦琐的，也没有必要。

在此可以使用animator的动画向导来完成总体的爆炸视图，随后对不合理的步骤或零部件位置进行调整。

在爆炸视图起始位置，增加了壳体的渐变隐藏，显露出灭菌器内部结构。

在装配体解体过程中，对于门把手等细部零件不易观察到，通过视角的变换、视距的拉近能够观察细部零件的解体过程。

对键码的压缩和替换操作，给动画的编辑提供了灵活的手段。

animator的动画向导还方便地提供了爆炸和解除爆炸的两种方式。

根据实际生产装配的顺序，对解除爆炸的动画做细致地修改，更改不符合实际的装配顺序，制作出符合生产实际的装配动画，可以用作虚拟装配，录制成avi格式以后用于员工培训。

如图3为台式灭菌器的爆炸视图。

图3 台式灭菌器的爆炸视图5、结语使用SolidWorks创建了台式灭菌器的零件，并按照工厂生产装配的序列，对其进行虚拟装配，形成台式灭菌器的三维样机。

之后，使用SolidWorks的动画功能，参考工厂生产装配的序列，制作台式灭菌器三维样机的虚拟拆卸和虚拟装配演示动画，根据需要录制成avi格式的文件，用于员工培训。

对于装配图还可以继续开发利用。

例如可以制作灭菌器的操作动画，门的开和关，托盘抽出，放置消毒物品等等，这些都是可以直接使用animator插件实现的。

如果要实现蒸汽或者紫外线消毒效果的动画演示，就要使用专业的动画制作软件了。