SolidWorks_三维设计及应用教案备课讲稿.ppt

SolidWorks三维设计及应用 电子教案 课程介绍 本课程的性质和任务本课程的内容和学习方法 单元1SolidWorks轻松上手 学习目的 了解参数化三维建模的特点了解SolidWorks的界面和特点了解特征的概念和特征在三维建模中的应用了解SolidWorks的一些基本配置学习重点 熟悉SolidWorks的界面和基本概念学会SolidWorks的基本配置 内容提要 参数化三维建模创造历史 1 1经验者说 制造的全球化 信息化及需求个性化 都要求企业能在最短的时间内推出用户满意的产品 并快速占领市场 欲适应这种瞬息万变的市场需求 缩短设计制造周期 提高产品质量 必须有先进的设计制造技术 计算机技术与设计制造技术相互渗透 依存 结合并共同发展 产生这样一门综合性应用技术 计算机辅助设计与制造 ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing 简称CAD CAM 该技术是把人和计算机的最佳特性结合起来 辅助进行产品的设计分析与于制造的一种技术 是综合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科 该技术的发展和应用已经成为衡量一个国家科技现代化与工业现代化水平的重要指标 1 2手把手教 1 2 1CAD CAM的工作流程1 2 2三维设计软件快速入门1 2 3三维设计软件简介1 2 4SolidWorks简介 1 2 1CAD CAM的工作流程 1 2 2三维设计软件快速入门 1 轮对CAD CAE演示2 特征的定义3 基于特征的产品设计三步曲 1 轮对CAD CAE演示 关于特征的定义有很多说法 如 国际标准化组织对特征所做的定义是 特征是单个特性 如平面 圆柱面 两个平行面 台阶 螺纹 轮廓等 美国全国标准协会的定义是特征可以看成是一个零件的有形部分 如表面 孔和槽等 计算机福州制造国际的定义是工件形状特征定义 在工件的表面 棱边或转角上形成的特定几何轮廓 用来修饰工件外貌或者有助于工件的给定功能 在基于特征的造型系统中 特征是构成零件的基本元素 即零件是由特征组成的 2 特征的定义 3 基于特征的产品设计三步曲 1 零件造型规划零件 分析零件特征组成 特征之间的关系 特征的构造顺序及其构造方法等 创建基础特征 基本基础是构成每一个零件基本形态的基本特征 它是构造其他特征的基础 创建其他基本特征 根据零件的规划结果 在基础特征上添加其他基本特征 最后添加辅助特征 编辑特征 根据需要对已经建立的零件进行特征修改 删除和添加等编辑操作 2 虚拟装配规划装配 分析产品的零件组成 零件之间的装配关系 装配顺序及其装配方法 插入基础零件 基础零件是产品中起支撑作用的零件 也称为 地 一般选取产品中与其他零件配合关系较多的零件作为基础零件 组装其他零件或子装配 根据装配的规划结果 插入其他零件或子装配 并根据各自的配合关系进行组装 3 生成图纸规划视图 根据零件和装配的特点选择图纸格式 视图组成 添加视图 根据视图规划结果 添加基本视图和辅助视图 标注尺寸 标注零件的定性尺寸 定位尺寸 形位公差等 添加注释 添加技术要求等文字说明 1 2 3三维设计软件简介 1 CAD CAM系统的软件类型2 流行CAD系统技术特点 1 CAD CAM系统的软件类型 CAD CAM系统的软件可分为三个层次 系统软件 支撑软件 应用软件 系统软件指操作系统和系统实用程序等 它用于计算机的管理 控制和维护 包括 操作系统 编译系统和系统实用程序 支撑软件包括几何建模软件 如Pro E等 数据库管理系统 如FoxBASE FoxPRO工程数据库等 工程分析及计算软件 如ADINA等 机构分析及机构综合的软件 如ADAMS等 文档制作软件 如WPS WORD2000等 应用软件是用户为解决各类实际问题 在系统软件的支持下而设计 开发的程序 或利用支撑软件进行二次开发形成的程序 应用软件的功能和质量直接影响CAD系统的功能和质量 2 流行CAD系统技术特点 CAD软件大致可分为高端UNIX工作站CAD系统 中端Windows微机CAD系统和低端二维微机CAD系统等三类 1 高端UINX工作站CAD系统这类系统的特点是 UNIX操作系统为支撑平台 从50年代发展至今 产生了许多著名的软件 目前 这类系统中比较流行的有 PTC公司的Pro Engineer软件 SDRC公司的I DEAS软件和EDS公司的UG软件 2 中端微机的CAD系统随着计算机技术的发展 尤其是微机的性能和Windows技术的发展 已使微机具备了中低档UNIX工作站的竞争的实力 也使基于Windows技术的微机CAD系统迅速发展 目前 国际上最流行的有SolidWorks公司的SolidWorks软件 UG公司的SolidEdge软件和Autodesk公司的MDT软件等 国内也推出清华CAD工程中心的GEMS 浙大大天公司的GSMASD 北京巨龙腾公司的龙腾CAD 北京爱宜特公司的MicroSolid 江苏杰必克超人CAD CAM以及华正公司的CAXA ME 3 低端CAD系统 二维CAD系统纯二维CAD系统在国外已经不多 真正有名的是Autodesk公司的AutoCAD软件 AutoCAD提供一套丰富的设计工具 嵌入的Internet技术和具有创新性的ObjictARX Autolisp及VBA编程语言能够帮助开发人员和用户按他们的特定需求控制软件 可对多个图形文件同时进行操作 支持多任务设计环境 MDE 1 2 4SolidWorks简介 1 SolidWorks的特点2 SolidWorks的思维方式3 SolidWorks三维设计过程4 认识SolidWorks的用户界面5 SolidWorks相关设定和配置 1 SolidWorks的特点 基于Windows操作系统 采用Windows界面风格参数式设计单一数据库真正三维实体模型全相关参数关系式实体建模低成本已在生产中广泛应用 2 SolidWorks的思维方式 3 SolidWorks三维设计过程 由以上火车轮对建模过程可见 SolidWorks等三维CAD软件具有 机械制造仿真 所见即所得和牵一发动全身 的特点 且一般都拥有 造零件 装机械 出图纸 的三种基本功能 各种功能的操作步骤总结为 造零件的过程 选平面 画形状 定位置 标尺寸 造特征 制零件 装机械的过程 插零件 选对象 设配合 装机械 出图纸的过程 设格式 选视图 定位置 标尺寸 添注解 出图纸 4 认识SolidWorks的用户界面 下拉菜单快捷键工具栏快速提示FeatureManager设计树PropertyManager任务窗格鼠标键系统反馈 5 SolidWorks相关设定和配置 选项应用改变默认选项设置建议设置 1 请问实体模型的好处是什么 2 为什么系统要提供不同的实体模型显示方式 3 怎样成为合格的机械三维设计人员 1 3常见问题 第一 要耐得住寂寞 第二 要培养自身的学习能力 思维能力 创新能力 第三 要提高计算机水平 第四 不能过分讲究方法和技巧 而不愿意下真功夫 第五 要明确三维设计的目的 第六 有扎实的实践基础 第七 培养对美学的认识 本单元主要介绍了三维设计的基本特点 并认识了Solidworks三维设计的过程及其基本界面 使用和一些基本的系统配置参数 希望通过对本单元的学习 读者能对三维设计有一个基本的了解 为以后学习建模打下良好基础 1 4本单元回顾 单元2草图绘制 学习目的 了解草图绘制的作用掌握SolidWorks中常用的草图绘制方法掌握草图的修改掌握约束在草图绘制中的作用了解基准的概念和特点掌握各种常见基准的创建方法学习重点 SolidWorks中常用的草图绘制方法草图的修改方法约束在草图绘制中的作用 内容提要 经验者说 正确绘制草图是三维建模的关键 从几何学知识可知 任何一个基本的三维几何体都是将一定形状的二维剖面图形 草图 按一定方式如拉伸 旋转 扫描等生成的 在三维设计软件中 特征的创建 工程图的建立 三维装配图的建立以及都需要进行平面草图绘制 熟练掌握草图的绘制 就已经掌握了三维设计软件的基础绘图核心 2 1经验者说 2 2手把手教 2 2 1草绘基础2 2 2基本图形的绘制2 2 3草图绘制实例2 2 4草图绘制技巧 2 2 1草绘基础 1 草绘环境介绍2 草绘步骤3 专业术语 1 草绘环境介绍 选平面 绘形状 定位置 设大小 2 草绘步骤 3 专业术语 草图 三维实体模型在某个截面上的二维轮廓称为草图 每个草图都有一些形状 大小或者方向的特征 创建草图的过程是 选平面 绘形状 定位置 设大小 草图平面 即绘制二维几何图形 草图 的平面 在创建草图前 用户必须选择一个草图平面 SolidWorks系统默认提供三个基准面 分别是上视基准面 前视基准面和右视基准面 草图平面也可以是前一个特征上的某一个平面 还可以是用户使用菜单命令 工具 参考几何体 基准面 创建的基准平面 约束 没有规矩不成方圆 每个草图都必须有一定的约束 没有约束则设计者的意图也无从体现 约束有两种 一种对尺寸进行约束 一种对位置进行约束 绘制草图前 应仔细分析草图图形结构 明确草图中的几何元素之间的约束关系 草图状态 任何时候 草图都处于三种状态之一 这三种状态分别是 欠定义 完全定义和过定义 草图状态由草图中几何体与定义尺寸之间的几何关系来决定 欠定义是指草图的不充分定义状态 但这个草图仍可以用来创建特征 欠定义是很有用的 因为在零件早期设计阶段的大部分时间里 并没有足够的信息来对草图进行完全的定义 随着设计的深入 会逐步得到更多有用信息 可以随时为草图添加其他定义 欠定义的绘制几何体是蓝色的 默认设置 完全定义是指草图具有完整的信息 完全定义的草图几何元素是黑色的 默认设置 一般来说 当零件最终完成设计 要进行下一步的加工时 零件的每一个草图都应该是完全定义的 过定义是指草图中有重复的尺寸或互相冲突的约束关系 直到修改后才能使用 应该删除多余的尺寸和约束 过定义的几何体是红色的 默认设置 2 2 2基本图形的绘制练习 练习1 绘制水平和垂直直线练习2 根据推理线绘制直线练习3 草图绘制任意直线 基本图形包括了直线 矩形 圆 圆弧 过渡圆弧 样条曲线等 这些基本图形是绘制复杂图形的基础 2 2 3草图绘制实例 1 每个草图尽可能简单 可以将一个复杂草图分解为若干简单草图 目的 便于约束 便于修改2 给每一个草图h赋予合适的名称 目的 便于管理5 对于比较复杂的草图 最好避免 构造完所有的曲线 然后再加约束 这会增加全约束的难度 一般的过程为 创建第一条主要曲线 然后施加约束 同时修改尺寸至设计值 按设计意图创建其它曲线 但每创建一条或几条曲线 应随之施加约束 同时修改尺寸至设计值 这种建几条曲关线然后施加约束的过程 可减少过约束 约束矛盾等错误 6 施加约束的一般次序 定位主要曲线至外部几何体 按设计意图 施加大量几何约束 施加少量尺寸约束 表达设计关键尺寸 7 一般情况下圆角和斜角不在草图里生成 而用特征来生成 2 2 4草图绘制技巧 2 2 5基准 1 基准的作用2 基准的分类和显示控制3 建立基准 基准在三维建模中扮演重要角色 基准是指确定点 线 面所依据的哪些点 线 面 所以基准实际上还是一些点 线 面 它们在建模过程中是确定其他点 线 面的依据 在SolidWorks系统中 要设计出尺寸 位置都符合设计要求的模型 则必须在操作过程中依据一定的点 线 面 这些点 线 面就是在SolidWorks系统中的基准 在建模的过程中 基准的正确建立是必要的也是必须的 在三维建模的过程中 由于空间概念的引入 需要合理有效地确定大量的基准 所以基准是建模过程中不可或缺的 必须的特征 可以说 基准的正确 合理地建立是快速 准确建模的关键 每一位读者都必须熟练掌握各种基准的使用 1 基准的作用 基准面基准轴基准点坐标系统 2 基准的分类和显示控制 1 系统默认的基准 2 创建自己需要的基准 3 建立基准 1 裁剪和删除两种操作有什么不同 2 使用草图约束有什么好处 3 草图欠定义有什么缺点 2 3常见问题 本单元主要介绍了绘制草图的相关知识 草图绘制在三维建模中有着核心的基础地位 包括草图绘制的基本方法 草图的修改 尺寸的修改即标注 约束的含义及运用 并用实例来具体说明了相关命令的用法 介绍了有关基准的概念 SolidWorks中基准的类型和基准的重要作用 并重点介绍了基准面 基准点和基准轴的常见创建方法及命令的基本含义 希望通过本单元的学习 读者能掌握草图的绘制 为后续的建模学习打下良好的基础 读者可以自己找些例子来加强练习 只有通过大量的练习 才能体会各个命令的运用技巧 才能真正熟练掌握 2 4本单元回顾 单元3创建特征 学习目的 掌握三维建模的基本步骤了解特征的种类和作用掌握创建特征的方法学习重点 如何使用特征的创建命令理解特征的重要意义 内容提要 经验者说 正确创建特征是三维建模的第一步 本单元主要介绍特征的创建 任何模型都是由一个个特征组合而成 一个模型一般由多种特征组成 如草图特征 圆孔特征 倒角特征 切削特征等 后三种特征一般称为应用特征 任何应用特征都必须建立在草图特征之上 所以 在每次建立模型的时候 首先要做的工作是建立草图特征 然后才是建立其他的附加特征 所以在建模的时候 需要遵循以下步骤 1 创建草图特征 2 应用特征 3 特征操作 3 1经验者说 3 2手把手教 3 2 1特征分类3 2 2特征练习 3 2 1特征分类 3 2 2特征练习 练习1 图版练习2 基本修改练习3 支架 1 创建旋转特征时剖面必须封闭吗 2 在轨迹复杂的时候创建扫描特征时经常失败 为什么 3 创建旋转特征时剖面必须封闭 而创建加强筋时剖面必须开放 是吗 4 镜像 复制 阵列这三种特征的操作方法有什么区别和联系 5 在旋转阵列特征的时候 必须借助角度尺寸作为参考吗 3 3常见问题 本单元利用实例和知识点相结合的方式介绍了创建草图特征和应用特征的方法 主要包括拉伸 旋转和扫描等草图特征 圆角 倒角 加强筋 壳体和拔模特征等应用特征 同时 介绍了各种方法的具体建模步骤和注意事项 并练习了利用模型树和模型对话框来修改特征的方法 在本单元中要求重点掌握的内容有 1 四种创建草图特征的方法 2 掌握草图面 视图方向 尺寸参考方向等基本概念并能灵活运用 3 加材料和减材料的关系 4 各种创建应用特征的方法 3 4本单元回顾 单元4零件建模 学习目的 掌握建模命令的灵活运用掌握常见的特征操作方法理解零件建模顺序的重要性学习重点 综合运用各种建模命令如何运用特征操作的方法创建特征 内容提要 经验者说 如何加工就如何造型 是确定建模顺序的指针 实例练习是掌握建模方法的有效途径 运用前面几个单元介绍的知识 已经可以创建一般复杂程度模型了 但怎样合理地 灵活地运用这些基本命令来创建模型并不是一件容易的事情 只有通过大量的实例练习来体会其中的奥妙 另外 掌握对特征的操作方法也是加快建模的重要方法 这些操作方法包括阵列 复制 镜像 组特征等 特征操作方法对于读者来说是全新的内容 在本书中将不做专门介绍 而是将这些内容放在实例练习中来介绍 相信这样读者会更容易理解和掌握 4 1经验者说 4 2手把手教 4 2 1建立零件的步骤4 2 2零件建模实例4 2 3零件设计术语4 2 4常见零件建模4 2 5Solidwork二次开发综述 4 2 1建立零件的步骤 如图所示 SolidWorks的零件设计过程是真实制造环境的虚拟仿真 零件是由多个特征累积而成的 SolidWorks建立零件的步骤包括 1 规划零件 分析零件的特征组成 特征之间的关系 特征的构造顺序及其构造方法 确定最佳的轮廓等 2 创建基础特征 基本基础是零件的第一个特征 它是构成零件基本形态的特征 它是构造其他特征的基础 可以看作是零件模型的 毛坯 3 创建其它特征 按照特征之间的关系一次创建剩余特征 可以参照零件的加工过程进行造型 即 如何加工就如何造型 4 2 2零件建模实例 4 2 3零件设计术语 1 设计意图2 设计意图示例3 设计意图的表达4 编辑特征要素 1 设计意图 开始零件建模时 选择哪一个特征作为第一个特征 选择哪个外形轮廓最好 确定了最佳的外形轮廓后 所选择的轮廓形状会对草图平面的选择造成什么影响 采用何种顺序来添加其他辅助特征 这些都要受制于设计意图 关于模型被改变后如何表现的计划称为设计意图 设计意图决定模型如何建立与修改 特征之间的关联和特征建立的顺序都会影响设计意图 2 设计意图示例 设计意图如图1 44 a 所示 无论矩形尺寸100mm如何变化 两个孔始终与边界保持20mm的相应距离 如图1 44 b 所示 两个孔以矩形左侧为基准进行标注 尺寸标注将使孔相对于矩形的左侧定位 孔的位置不受矩形整体宽度的影响 如图1 44 c 所示 标注孔与矩形边线的距离以及两个孔的中心距 这样的标注方法将保证两孔中心之间的距离 3 设计意图的表达 选择草图平面 一旦决定最佳轮廓之后 下一步就是决定用哪个平面作为草图平面绘制这个轮廓 CAD系统一般提供了三个默认的参考基准面 标记为前视基准面 上视基准面和右视基准面 如图1 48所示 每个平面都是无限大的 但是为了便于操作中查看与选择 在屏幕上显示的平面有边界 而且每个平面都通过原点 两两互相垂直 参考基准面可以重命名 平面是无限延伸的 但可以把它们想象成是一个打开的盒子的几个面 这几个面相交于原点 依此类推 盒子的内表面就是草图平面 选择最佳轮廓 选择 最佳 轮廓 在拉伸时 最佳轮廓可比其他轮廓建立更多的模型部分 在图1 46中 分别显示了三种可能的轮廓 讨论它们各自的优缺点后 将选择一个最好的轮廓用作绘制模型基体 轮廓A是矩形的 比模型本身大很多 它需要很多的切除或凸台来去除或添加材料以及建立一些细节 才能完成建模 轮廓B使用模型上 L 形的一条边 提供了一个较好的基本外形 但是需要一些额外的工作来形成半圆形的末端 可见轮廓C是最好的 只需再添加图1 47所示的两个凸台 就可以完成基本外形 然后再建立切除特征和圆角特征 模型就完成了 4 编辑特征要素 4 2 4常见零件建模 1 阶梯轴2 其他零件 标准件设计 盘类零件设计 轴类零件设计 齿轮类零件设计 箱体零件设计 2 建模步骤 1 绘制草图 2 完成轴的绘制 3 完成键槽创建 4 完成退刀槽和倒角的创建 1 结构分析轴是常见的机械产品 掌握其创建方法有重要意义 轴的形状一般都是一个阶梯状的圆柱体 轴上一般有键槽及圆角 倒角特征 轴的几何结构较简单 本例中的轴一共由6段组成 每一段都是圆柱体 而且各轴段同轴 当然可以将各段轴分别创建 但这样的效率较低 特别是当轴段较多时就体现得就越明显 利用各段轴同轴的特点 本例将通过创建一个阶梯的剖面 然后通过旋转的方式来创建轴的基本体 在轴上有两个键槽 确定键槽的位置是问题的关键 1 阶梯轴 2 其他零件 4 2 5Solidwork二次开发综述 1 二次开发过程2 二次开发实例 1 二次开发过程 录制宏的过程单击录制暂停宏图标按钮或单击 工具 宏操作 录制 菜单命令 执行要录制的建模操作 操作结束后 单击停止宏图标按钮 或单击菜单 工具 宏操作 停止 出现 另存为 对话框 输入宏的名称 并单击 保存 命令 编辑或调试以前录制的宏的过程单击编辑宏图标按钮单击 工具 宏操作 编辑 菜单命令 选择宏文件 jip 并单击 打开 命令 编辑此宏 执行宏的过程单击执行宏图标按钮或单击 工具 宏操作 执行 菜单命令 查找所要执行的宏文件 然后单击 打开 命令 2 二次开发实例 1 拿到图纸后无从下手 不了解系统的造型流程2 零件的编辑修改很困难 没有用全参数化造型3 零件数据非常庞大 没有统一思路 做到哪儿是哪儿4 零件数据非常混乱 没有统一规划5 缺少技巧性 4 3常见问题 在本单元中通过具体的实例介绍了有关特征的操作方法 包括特征镜像 特征阵列 特征复制 组特征等 在此基础上还介绍了关系式的运用 另外 本单元也是前面几单元的基础知识的综合运用 在本单元中要求重点掌握的内容有 1 各种常见的特征操作方法 2 确定合理的建模步骤 3 理解草图对创建特征的重要意义 4 4本单元回顾 单元5装配 学习目的 了解装配的基本概念掌握常见的装配操作方法学习重点 如何完成一个装配体的创建 内容提要 经验者说 虚拟装配使设计更加可靠 一个产品通常都是由多个零件组成 各个零件之间需要正确装配在一起才能正常使用 在传统的设计过程中 无法通过计算机来完成虚拟装配 即在设计完成之后通过在计算机的环境中将各个零件装配起来 从而增大了设计出错的可能性 在三维设计系统中 可以通过将各个零件按照设计者的需要装配起来 这样将非常直观地观察到整个产品的全貌 更能直观地发现设计中存在的问题 如是否发生装配干涉 各个零件的外观是否协调等 从而增加设计工作的可靠性和正确性 5 1经验者说 5 2手把手教 5 2 1概述5 2 2装配体引例5 2 3装配过程5 2 4减速器装配5 2 5工业设计产品表达 5 2 1概述 1 装配的概念2 虚拟装配设计过程 1 装配的概念 装配 任何机器都是由若干零部件组成 按规定的技术要求 将零部件进行配合和连接 使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配 零件 组成机器的最小单元 部件 部件是在基准件上装上若干个组件 套件和零件构成的 2 虚拟装配设计过程 装配层次是指装配体的子装配体组成 即确定组成零部件 将产品划分为套件 组件 部件等能进行独立装配的装配单元 是设计装配工艺规程中最重要的一项工作 这对于大批大量生产中装配那些结构较为复杂的产品尤为重要确定装配顺序 在划分装配单元确定装配基准件之后即可根据装配体的结构形式和各零部件的相互约束关系 确定各个组成零部件的装配顺序 并以装配工艺系统图的形式表示出来 一般首先要确定基准件作为其它零部件的约束基准 然后将其他组件按配合约束关系 依次装配成一个装配体 编排装配顺序的原则是 先下后上 先内后外 先难后易 先精密后一般确定装配约束是确定基准件和其它组成件的定位及相互约束关系 主要由装配特征 约束关系和装配设计管理树组成装配体的干涉检查分为静态干涉检查和动态干涉检查 静态干涉检查是指在特定装配结构形式下 检查装配体的各个零部件之间的相对位置关系是否存在干涉 而动态干涉检查是在运动过程中是否存在零部件之间的运动干涉 通过干涉检查可以发现所设计的零件在装配体中不正确的结构部分 然后根据装配体的结构和零部件的干涉情况修改零件的原设计模型 5 2 2装配体引例 图2 5轮轴装配 5 2 3装配过程 1 零件装配的基本步骤2 零件装配方法3 配合关系4 配合管理器5 几何特征间的约束类型6 装配体编辑 1 零件装配的基本步骤 零件装配的基本步骤包括 1 设定装配体的 地 零件 2 将其他零件调入装配环境 尚未指定装配关系的零件可以在图形区中随意地移动和旋转 称为浮动零件 3 设定浮动零件的装配关系 4 依次进行步骤 2 和步骤 3 直至完成所有零件的装配设定 形成装配体 2 零件装配方法 装配是定义零件之间几何运动关系和空间位置关系的过程 每个零件在自由的空间中具有六个自由度 而装配关系包括平面约束 直线约束 点约束等几大类 每种约束所限制的自由度数目不同 与工程中经常使用的定位方式和零件关系相对应 SolidWorks主要提供了如下类型的配合关系 平面重合 平面平行 平面之间成角度 曲面相切 直线重合 同轴心和点重合等 下表列举了不同几何特征之间可能具有的约束类型 3 配合关系 表2 1配合关系 图2 6配合管理器 4 配合管理器 5 几何特征间的约束类型 6 装配体编辑 5 2 4减速器装配 图2 47低速轴组件 5 2 5工业设计产品表达 零件的设计表达装配设计表达产品动画演示 1 如何确定基准零件 2 如何选择装配顺序 3 如何选择装配关系 5 3常见问题 本单元主要介绍了装配的概念和常见的装配操作方法 并通过实例具体说明各种操作方法的运用 通过对本单元的学习要求读者掌握常用的装配方法 并理解其实质 在本单元中要求重点掌握的内容有 1 装配的概念和意义 2 常用装配方法的运用和实质 5 4本单元回顾 单元6工程图 学习目的 如何完成一个装配体的创建了解工程图的基本术语掌握图纸格式的建立和编辑方法掌握零件图的建立和编辑方法掌握装配图的建立和编辑方法学习重点 如何完成一个图纸格式的创建如何完成一个零件图的创建如何完成一个装配图的创建 内容提要 经验者说 人们常常把工程图样称为 工程界的语言 每个工程技术人员必须掌握绘制工程图样的基本理论以及手工绘图和计算机绘图两种方法 必须具有较强的绘图和读图能力 以适应生产和科技发展的需要 在日常生活中 人们大部分是通过语言和文字来交流思想的 但在工程上仅靠语言来描述是很困难的 例如 端盖是一个简单的零件 可以试着用语言来描述它的形状和大小 即使表达得很清楚 听的人也不一定能完全正确理解 可以想象在机器的制造或建筑物的建造中 仅靠语言和文字是不能完全表达清楚的 因此 在工程上常常将物体按一定的投影方法和技术规定表达在图纸上 用以表达机件的结构形状 大小及制造 检验中所必需的技术要求 这种图样称为工程图样 6 1经验者说 6 2手把手教 6 2 1SolidWorks工程图基础6 2 2建立符合GB的图纸格式6 2 3创建零件工程图6 2 4创建装配工程图 6 2 1SolidWorks工程图基础 1 基本术语2 SolidWorks工程图快速入门3 SolidWorks工程图术语 1 基本术语 视图 根据有关标准和规定 用正投影法所绘制的物体的图形称为视图 视图主要表达机件的外部结构形状 一般只画机件的可见部分 必要时才画其不可见部分 视图分为 基本视图 向视图 局部视图和斜视图四种 基本视图 基本视图是机件向基本投影面投影所得的图形 包括主 俯 左 右 仰 后六个基本视图 向视图 向视图是可以自由配置的基本视图 局部视图 将物体的某一部分向基本投影面投射所得的视图称为局部视图 斜视图 将机件向不平行于任何基本投影面的平面投影所得的视图叫斜视图 零件图 零件工作图是零件制造 检验和制订工艺规程的基本技术文件 因此零件工作图应包括创造和检验零件所需全部内容 如图形 尺寸及其公差 表面粗糙度 形位公差 对材料及热处理的说明及其他技术要求 标题栏等 装配图 装配图是一种表达机器或部件装配 检验 安装 维修服务的重要技术文件 它是设计零件的结构和零件装配的基本依据 装配图应包括组装零件所需全部内容 如各零件的主要结构形状 装配关系 总体尺寸 技术要求 零件编号 标题栏和明细表等 2 SolidWorks工程图快速入门 下面建立压力盘的工程图 内容包括 打开工程图模板 生成新工程图 移动工程视图 生成剖面视图 生成局部视图 添加中心符号线 添加中心线 放置尺寸 修改尺寸文字 修改尺寸数值 自动给剖面视图标注尺寸 插入基准特征符号 插入形位公差符号 插入注释并格式化和打印工程图 3 SolidWorks工程图术语 工程图中会使用到的专用术语包括 工程图纸 图纸格式和工程视图 1 工程图纸在SolidWorks中 读者可以将 图纸 的概念理解为一张实际的绘图纸 工程图纸用来放置工程图视图 尺寸和注解 工程图中可以有多张图纸 2 图纸格式图纸格式包括图幅设定和图框 标题栏和必要的文字 材料明细表定位点 预定义视图 保存下来图纸格式可以重使用 3 工程视图用正投影法所绘制的零件和装配体的视图 可以对视图进行缩放 定向并放置在图纸中 每张图纸可以包含不同参考的多个视图 SolidWorks中可以创建的工程视图包括 标准工程视图 以零件或装配体生成的各种视图 包括 标准三视图 模型视图 相对视图 预定义的视图 空白视图 派生工程视图 由其它视图派生的各种视图 要么从标准视图或从其它派生视图 包括 投影视图 辅助视图 局部视图 裁剪视图 断开的剖视图 剖面视图 旋转剖视图 交替位置视图 相对视图 4 注解注解包括 注释 焊接注解 基准特征符号 基准目标符号 形位公差 表面粗糙度 多转折引线 孔标注 销钉符号 装饰螺纹线 区域剖面线填充 零件序号等 6 2 2建立符合GB的图纸格式 1 工程图模板2 工程图一般规范3 建立GB工程图模板 1 工程图模板 模板是SolidWorks的一组系列文件 零件图模板 工程图模板 装配图模板 当新建零件 装配 工程图 时 SolidWorks程序将根据模板来设置图纸格式等系统属性和文件属性 在 工具 选项 系统选项 里有很多相关参数的设置 包括各种颜色设置等 修改这些设置可以使SolidWorks各种默认颜色符合自己的喜好 从而达到个性化的目的 在 工具 选项 文件属性 可以修改一些SolidWorks程序标识 标注的样式 修改这些设置可以使SolidWorks更符合GB要求 SolidWorks零件模板的扩展名为 prtdot 装配模板的扩展名为 asmdot 工程图模板 drwdot 在SolidWorks中 模板的默认保存位置为 SolidWorks安装目录 data templates 2 工程图一般规范 图纸幅面和格式由GB T14689 1993 技术制图图纸幅面和格式 规定 3 建立GB工程图模板 建立GB图纸格式设置图幅进入编辑图纸格式状态绘制图纸边框绘制标题栏添加注释进入编辑图纸状态保存图纸格式使用图纸格式设定图纸选项图纸背景颜色尺寸线设置箭头大小设置尺寸字体设置保存工程图模板使用工程图模板 6 2 3创建零件工程图 1 零件工程图基本知识2 SolidWorks零件图操作基础3 范例 轴类零件工程图 1 零件工程图基本知识 零件图内容一组视图 视图 剖视图 断面图 表达零件各部分的形状 结构 位置 完整的尺寸 确定零件各部分形状的大小 各结构之间的相对位置 技术要求 说明零件在制造和检验时应达到的技术标准 标题栏 说明零件的名称 材料 数量以及签署等 零件图的视图选择原则主视图安放位置应符合零件的加工位置或工作位置 以能最清楚地显示零件的形状特征的方向为主视图的投影方向 其它视图的选择 主视图确定后 选择适当的其它视图 剖视 断面 表达该零件还没有表达结构 形状 在选择视图时 可作几种方案的分析 比较 然后选出最佳方案 零件图的尺寸标注的要求正确选择尺寸基准按零件加工工序标注尺寸标注尺寸要便于测量避免标注成封闭的尺寸链简化标注法和习惯标注法必须符合国家标准 GB T16675 2 1996 2 SolidWorks零件图操作基础 SolidWorks生成视图的命令包括 标准三视图 模型视图 投影视图 辅助视图 断裂视图 裁剪视图 局部视图 剖面视图 旋转剖视图 断开的剖视图 其功能及操作方法见表3 3 3 范例 轴类零件工程图 6 2 4创建装配工程图 1 装配图的主要内容2 装配图范例1 减速器总装工程图3 装配图操作技巧 1 装配图的主要内容 一组视图 表达机器或部件的结构 工作原理 装配关系 各零件的主要结构形状 完整的尺寸 机器或部件的规格 配合 零件图中注有精度等级的尺寸 安装 如安装孔间距 总体尺寸 技术要求 说明机器或部件的性能 装配 检验等要求 有关产品性能 安装 使用 维护等方面的要求 有关试验和检验的方法和条件 有关装配时的加工 密封和润滑方面的要求 标题栏 说明名称 重量 比例 图号 设计单位等 零件编号 装配图中每一种零件或部件都要进行编号 且形状尺寸完全相同的零件和标准部件只编一个序号 数量填写在明细栏中 序号应尽可能注写在反映装配关系最为清楚的视图上 且应沿水平或垂直方向排列整齐成行 并按顺时针或逆时针方向依次排列 明细表 列出机器或部件中各零件的序号 名称 数量 材料等 2 装配图范例1 减速器总装工程图 图3 58减速器装配图 本部分包括 打开工程图模板 生成新工程图 移动工程视图 生成剖面视图 生成局部剖视图 添加中心符号线和中心线 修改剖面线 标注尺寸 自动插入零件序号 插入材料明细表 插入注释并格式化和打印工程图 3 装配图操作技巧 工程图模板的建立材料明细表模板的建立图纸格式的更换解除视图对齐关系与对齐视图剖视图中不欲剖切零件的处理插入模型项目块操作的应用改变材料明细表中零件的顺序 1 如何创建标准的工程图模板 2 完整的零件图包含哪些内容 3 完整的装配图包含哪些内容 6 3常见问题 本单元主要介绍了工程图的概念和常见的工程图操作方法 并通过实例具体说明各种操作方法的运用 通过对本单元的学习要求读者掌握常用的工程图方法 并理解其实质 在本单元中要求重点掌握的内容有 1 工程图的概念和意义 2 常用工程图绘制方法的运用和实质 6 4本单元回顾 单元7虚拟样机技术 学习目的 了解虚拟样机技术的特点掌握COSMOSMotion进行机构仿真的基本术语与步骤掌握常用机构运动仿真的方法学习重点 约束 运动副 运动和载荷等概念约束 运动副 运动和载荷的创建和参数设置如何完成机构运动仿真 内容提要 机械工程中的虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术 是20世纪80年代发展起来的一项计算机辅助工程技术 在机械 电子 航天航空及武器设计 制造等领域都有虚拟样机的成功应用实例 从庞大的卡车到照相机的快门 从火箭到轮船的锚机 虚拟样机技术的应用都为用户节省了成本 时间 并提供了满意的设计方案 7 1经验者说 经验者说 虚拟样机技术为用户节省成本和时间 并提供满意的设计方案 7 2手把手教 7 2 1机构分析基础7 2 2引例 四连杆机构运动仿真7 2 3COSMOSMotion基础7 2 4常见机构运动仿真 7 2 1机构分析基础 机构 机构是各种机器用来传递运动和力的基本组成部分 例如内燃机就包含了曲柄滑块机构 齿轮机构和控制进 排气的凸轮机构 机构是通过一系列运动副将多个构件联系在一起 使其在运动过程中部件之间存在相对运动的系统 构件是机构的基本组成单位 是机构中的一个刚性系统 它与机构的其他刚性系统相接触而保持一定的相对运动 构件是机构的运动单元 零件是制造单元 一个构件可以由一个零件组成也可以由几个零件固结而成 机构中固定构架成为机架 一个机构至少包含一个机架 机构中的运动规律给定的构件称为主动件 机构中的除了机架和主动件的构架称为从动件 主动件和从动件统称为运动件 运动副 机构中所有构件之间都应具有确定的相对运动 为此必须对各构件的运动加以约束 这种约束是通过机构中相邻两个构件一部分表面经常保持接触来实现的 两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接 称为运动副 机构构件之间通过运动副组成的活动连接来限制各相邻构件使它们能作一定的相对运动 常见的运动副包括 移动副 转动副 螺旋副 球面副等 机构分析 机构分析是指根据已有机构的结构及主要参数 来分析机构的结构 运动及动力特性 包括结构分析 运动分析 力分析及力作用下机构的运动等 7 2 2引例 四连杆机构运动仿真 1 问题描述2 运行智能运动学生成器3 设置重力方向4 定义可动的和固定的零件5 定义运动幅6 运行仿真智能7 绘制结果 Fourbar sldasm Ground 1 Link 1 Link2 1 Link3 1 Ground2 1 1 问题描述 2 运行智能运动学生成器 单击下一步继续 设置力和时间单位 3 设置重力方向 单击下一步继续 在装配体零件中击右键定义可动的和固定的零件 4 定义可动的和固定的零件 使Ground Ground2零件为固定零件 使Link Link2 Link3为可动零件 在Ground 1和Link 1定义运动副指定角速度约束为360deg sec 5 定义运动副 单击下一步 进入仿真属性页 在对话框窗口中按压仿真按钮 6 运行仿真智能 7 绘制结果 绘制驱动的转矩 绘制Link2 1的角速度 7 2 3COSMOSMotion基础 1 机构运动分析用户界面2 机构运动分析用户界面一览3 机构运动分析下拉菜单4 选项对话框5 常用的运动副类型 1 机构运动分析用户界面 Motion浏览器 下拉菜单 Motion工具条 2 机构运动分析用户界面一览 Motion零件 指定可动的和固定的零件 并从零件中定义主运动物体 不考虑质量属性 定义零件初始的状态 机构运动分析用户界面一览 MotionJoints 机构运动分析用户界面一览 Motion力 机构运动分析用户界面一览 3 机构运动分析下拉菜单 4 选项对话框 World 设置力和时间的单位 指定重力加速度 或者点击地球图标重新设置重力加速度 在整体坐标系中快速指定重力的方向 选项对话框 显示 控制运动学符号在SolidWorks图形窗口中是否显示 为指定的运动学物体定义符号大小 将当前符号的颜色和大小设置给所有类型的运动学物体 对已经定义过的物体的颜色和大小进行更改 为选定的运动物体定义运动学符号颜色 选项对话框 仿真 指定连续的或时间步长 以控制结果仿真的时间长度和帧数量 求解时动画生成是否打开 关闭 如果质量属性已经计算 则在仿真中启用 求解器设置 对简单的模型不需要改变 通常只需修改时间步长和精度 选项对话框 动画 动画播放的设置 播放速度和时间范围 在VRML中用户设定的动画播放时间 如在VRML播放器中播放动画的时间 缺省时 运动学符号在动画播放时是隐藏的 5 常用的运动副类型 7 2 4常见机构运动仿真 图1曲柄滑块机构 图2曲柄滑块机构 图3活塞连杆机构 1 如何设定零件运动状态 2 如何添加运动副 3 如何输出计算结果 7 3常见问题 本单元主要介绍了虚拟样机技术的概念和常见的COSMOSMotion操作方法 并通过实例具体说明各种操作方法的运用 通过对本单元的学习要求读者掌握常用的运动仿真方法 并理解其实质 在本单元中要求重点掌握的内容有 1 运动仿真的概念和意义 2 常用运动仿真方法的运用和实质 7 4本单元回顾 单元8计算机辅助工程分析 学习目的 了解计算机辅助工程分析的作用与特点了解有限元分析的原理与步骤掌握COSMOSWorks进行结构分析的基本术语与步骤掌握COSMOSWorks进行热分析的基本术语与步骤了解COSMOSWorks进行形状优化的基本原理与步骤学习重点 单元 约束 载荷和等效应力等概念约束 载荷的添加和参数设置如何完成结构的应力和热分析 内容提要 经验者说 CAE技术的应用 使机械设计样机更少 省钱 周期更短 省时 质量更好 可靠 8 1经验者说 由于CAE技术的发展与普及 使设计工作出现了革命性的变化 机械设计已逐渐实现了由静态 线性分析向动态 非线性分析的过渡 由经验类比向最优设计的过渡 由人工计算向自动计算的过渡 由近似计算向精确计算的过渡 CAE在产品开发研制中显示出无与伦比的优越性 使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件 因而越来越受到科技界和工程界的重视 据统计 发达国家的产品研究开发过程要花费产品成本的80 同时这一过程要占整个产品从研究到投入市场所需时间的70 CAE技术的应用使实物模型的实验次数和规模大大下降 既加快了研究速度 又大幅度降低了成本 还极大的提高了产品的可靠性 8 2手把手教 8 2 1计算机辅助工程分析基础8 2 2CosmosWorks入门8 2 3CosmosWorks分析 8 2 1计算机辅助工程分析基础 1 有限元定义与基本思想2 有限元理论分析步骤3 有限元常用术语4 有限元分析过程与实施环节5 有限元软件类型6 大型通用有限元软件分析三步曲 1 有限元定义与基本思想 2 基本思想化整为零 积零为整 数值积分 盖大楼 具有方法论的意义 即 将连续的结构离散成有限个单元和节点 将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体 同时选定场函数的节点值作为基本未知量 并在每一单元中假设一近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律 进而利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元法方程 从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题 求解结束后 利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数 1 何谓有限元法求解数理方程的一种数值计算方法 解决工程实际问题的一种数值计算工具 2 有限元理论分析步骤 结构离散 将连续的结构离散成有限个单元和节点 将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体 单元分析 所谓单元分析就是用单元节点位移表示单元内任一点处的力学特性 整体分析 就是利用整个结构在各节点处的静力平衡条件和变形谐调条件对整个结构进行分析 以建立结构的刚度方程组 载荷处理 整体分析时的结构刚度方程组是根据外载荷作用在节点上得出得 如果在单元跨间作用由集中力或分布力 则必须用虚功等效原则 即等效前后载荷在任何虚位移方向上的虚功相等 将此跨间载荷移置到节点上 这一移置工作称为载荷处理 约束处理 是用结构的实际支承情况对结构刚度方程组进行处理 在数学意义上消除整体刚度矩阵 K 的奇异性 在力学意义上 消除结构的悬空性 使结构刚度方程组有唯一解的处理过程 求解 解方程组 获得基本未知量 位移 后处理 计算派生量 3 有限元常用术语 单元 结构的网格划分中的每一个小的块体称为一个单元 常见的单元类型有线段单元 三角形单元 四边形单元 四面体单元和六面体单元几种 由于单元是组成有限元模型的基础 因此 单元的类型对于有限元分析是至关重要的 节点 确定单元形状的点就叫节点 例如线段单元只有两个节点 三角形单元有三个或者六个节点 四边形单元最少有四个节点等 载荷 工程结构所受到的外在施加的力称为载荷 包括集中载荷和分布载荷等 在不同的学科中 载荷的含义也不尽相同 在电磁场分析中 载荷是指结构所受的电场和磁场作用 在温度场分析中 所受的载荷则是指温度本身 约束 边界条件就是指结构边界上所受到的外加支撑 已知位移 4 有限元分析过程与实施环节 1 分析过程有限元原理指导 矩阵推导建模 计算机软件实现2 实施环节原理研究 力学家 软件开发 程序员 应用研究 工程师 5 有限元软件类型 有限元分析离不开计算程序 有限元计算程序一般分为三类 大型通用程序专用程序自编特殊程序 6 大型通用有限元软件分析三步曲 从使用有限元程序的角度讲 有限单元法分析又可分成三大步 前处理 定类型 画模型 设属性 分网格 求解 添约束 加载荷 查错误 求结果 后处理 列结果 绘图形 显动画 下结论 8 2 2CosmosWorks入门 1 Cosmos Works的用户界面2 Cosmos Works的工具条3 Cosmos Works的选项对话框4 Cosmos Works有限元分析的步骤 1 CosmosWorks的用户界面 151 2