基于裝配關聯(lián)的CAD軟件

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

從未來的發(fā)展看,以Inventor為代表的新CAD軟件,必將為機械設計師帶來更為稱手的設計工具,提升設計質量,進而明顯提高設計效率。

陳伯雄來源:CAD/CAM與制造業(yè)信息化
關鍵字:裝配關聯(lián) CAD 幾何模型

無論是何種CAD軟件,最基本的功能就是構建二維或三維的幾何模型,這是CAD軟件的及格線。一個CAD系統(tǒng)主要應當包括三方面的內容:第一,幾何構成的創(chuàng)建、修改、保存等功能,幾何模型數(shù)據(jù)庫;第二,專業(yè)設計支持功能;第三,非幾何模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫,以及這些數(shù)據(jù)的管理功能。

設計是創(chuàng)建、策劃、構思的意思。設計是個相當復雜的過程,只有經(jīng)過專業(yè)訓練的、有一定天賦的人才能完成。在設計時,各個相關要素(如在裝配下的零件、在零件上的結構、在結構中的形狀和尺寸等等)需要反復調整、配湊,這是設計過程中始終存在的動作。

以設計計算機專用桌椅為例。設計的原始條件有兩個:一是在統(tǒng)計學基礎上的人,二是現(xiàn)有的計算機。根據(jù)人體結構的統(tǒng)計學尺寸,可以確定椅子坐面高應為410mm,桌子面高700mm,這是最舒服的尺寸。根據(jù)具體計算機的尺寸,可以確定放鍵盤的部位應不少于750mm×250mm,17寸顯示器距鍵盤外沿為450mm,因此桌子的面積至少是750mm×800mm。

之后進入詳細設計,確定結構、外觀、裝配關系、工藝方法、材質、顏色的設計,還要考慮可維護性、技術經(jīng)濟分析結果、可加工性、受力狀態(tài)等問題。最后才能產(chǎn)生裝配工程圖和零件工程圖,投入試制。從產(chǎn)生需求到確定大致結構,再到設計具體零部件,最后完成最終結構,這就是設計的基本過程。

最后,還要考慮如果將電子管顯示器更換成液晶顯示器,這個設計隨之改變的可能性。這就要求在這個過程中,所有零部件的設計都要與相關的零部件聯(lián)系,在裝配關系控制下確定參數(shù)。所以,能不能很好地支持自頂向下的創(chuàng)成設計構思,完成基于裝配關系的關聯(lián)零件設計,是評價CAD軟件能力的主要指標。

設計過程的實質,就是對尚未定型的對象進行模擬加工、模擬裝配等一系列動作, 直到滿足各個設計約束條件,完成最終的幾何模型。反過來說,設計方案的確定,就必須與被設計對象未來的加工、測量、裝配和結構緊密相關,不可脫節(jié)。

如何在CAD軟件中盡量完整地再現(xiàn)這樣的思維過程?各種專門的仿真軟件應運而生,人們可以在計算機上進行過去生產(chǎn)現(xiàn)場才能完成的過程。這是CAD系列軟件永恒追求的目標,也就是學術界講的“虛擬設計”的主要意思。

于是,在現(xiàn)有的軟件功能的基礎上盡可能多地實現(xiàn)這種“再現(xiàn)”,或者說規(guī)則的對應,成為目前CAD軟件的發(fā)展重點。而眼前能夠解決的,也是最需要解決的,就是“基于裝配的關聯(lián)設計”。我們以Inventor軟件為例,它最具特色的功能主要表現(xiàn)在四方面。

1.參數(shù)化算法下的設計參數(shù)關聯(lián)

在零件設計中,設計參數(shù)可以在造型中產(chǎn)生,也可以由用戶自定義。一個主零件的參數(shù),可以通過衍生關聯(lián)到其他的許多零件,并在模型中直接使用。這樣,當主零件參數(shù)改變后,關聯(lián)零件將跟隨更新。這就表現(xiàn)了設計中的主要構思:這個零件的某尺寸,與某零件一樣,或者相關。

2.變量化算法下的裝配關聯(lián)

在裝配設計中,設置新零件的形狀草圖成“緩約束”狀態(tài),剩余約束通過裝配功能添加,最后造成與老零件之間的關聯(lián)。在老零件做了修改之后,新零件將依照裝配關系跟隨更新。這就表現(xiàn)了設計中的另一個主要構思:在裝配中某零件的結構形狀與相關零部件是某種關系。

3.草圖在設計中的作用

在Inventor中,草圖不僅僅是特征的基礎,也能參與裝配設計,可作為零部件的裝配基準、甚至用于機構的動作模擬。從而圓滿完成了幾何范圍內的概念設計和后期應用。這就完成了設計中的“骨頭”,并可以在此基礎上長出“肉”,完成最終設計的概念約束條件。

4.設計項目管理

這個功能已經(jīng)超越了“圖檔管理”的概念,是從設計項目切入的管理,將自動地、完整地控制相關模型、裝配、工程圖和其他輔助信息,在版本、相互關聯(lián)等方面的管理。像找不到復雜裝配設計中的某張工程圖這種事就不會發(fā)生了。

這些主要特色功能,是對現(xiàn)有設計規(guī)則更為完整而精確的表達手段,同時,使設計人員從繁雜的操作中解脫出來,把更多的精力集中在設計方案的改進和修飾上。

從未來的發(fā)展看,以Inventor為代表的新CAD軟件,必將為機械設計師帶來更為稱手的設計工具,提升設計質量,進而明顯提高設計效率。

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