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M500A气瓶的三维造型设计【说明书+SOLIDWORKS】,说明书+SOLIDWORKS,M500A,三维,造型,设计,说明书,SOLIDWORKS

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毕业论文答辩,M500A气瓶的三维造型设计答辩毕业生：马磊指导老师：黄新燕2009年5月16日,第一章绪论,气瓶是一种常用的气体储备装置，广泛应用于工业生产和人民生活中。但是它却具有潜在的危险性，一旦发生爆炸或泄漏，就会给人们带来灾难。所以气瓶的优化设计技术已经成为世界各国研究的热点。国内对气瓶的设计还存在机理研究不深入、设计流程不规范等问题。针对该领域开展研究具有重要的理论意义与实用价值。,本课题研究的是M500A钼源气瓶，由于钼源是一种剧毒性的气体，因此对它的各项要求非常严格。常见的气瓶形状有如下图三种：,本文的具体工作如下：(1)对气瓶现有的结构、原理进行了详细分析选择适用的材料；(2)设计M500A气瓶的整体结构，详细分析气瓶各个部件设计的主要特征，并且跟国内外气瓶设计的先进实例进行对比设计出M500A气瓶的参数总图；(3)细致研究了其各个部分的设计原理，运用三维建模软件绘制M500A气瓶各个部件的三维造型；(4)运用SolidWorks软件完成气瓶的装配图并进行焊接分析，干涉检查；(5)完成气瓶的工程图。,第二章气瓶的总体设计,本章通过对国内外现有气瓶的设计加工方案、原理进行了详细的分析比较，并且针对钼源这种有剧毒性的气体作出必要的研究。钼作为一种金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。所以为了防止毒气泄漏，维护广大消费者的人身安全，我们对设计的气瓶采取焊接的方案，对气瓶的其它附件均符合国家气瓶技术标准。,经过对国内外各式各样气瓶设计方案的考究，我设计的M500A气瓶的参数总图如下：,返回,第三章气瓶的三维造型,SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件。本课题运用SolidWorks软件对M500A气瓶的瓶身、瓶盖、瓶底、弯管和三个阀体进行三维造型的设计。然后再进行装配并做一些必要的修改，最后进行干涉检查，焊接，最终生成工程图。,瓶盖,瓶身,瓶底,内管,排气管和进气管,阀体,VCR接头,M500A气瓶,第四章工程分析,装配完成后，应进行部件间的干涉检查，步骤如下：(1)单击装配体工具栏上的“工具干涉检查”。(2)选择要进行干涉检查的零部件。(3)单击“计算”，在结果中会显示出干涉的位置及大小。(4)如果有干涉的存在，使用移动零部件中的碰撞检查即可对干涉的位置进行调整，选择“编辑零件”命令，对此零件中产生干涉的部分进行合理的修改后，选择“编辑装配体”，再重复(1)(4)步骤，直到干涉检查中的结果中显示无干涉即可。进行焊接工艺，最后生成工程图。,M500A气瓶的工程图,谢谢各位评审老师, 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：马磊学 号：05010220专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：M500A气瓶的三维造型设计指 导 教 师:黄新燕2009年3月22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 气瓶是一种常用的气体储备装置，广泛运用于工业生产和人民生活中。随着计算机软硬件技术的发展，微型计算机上的三维设计终于进入了设计领域。本文介绍了利用三维设计技术设计气瓶的一些情况，主要阐述了气瓶的概况，国外气瓶发展现状，气瓶附件的标准体系，并论述了三维设计系统的发展状况及发展趋势。关键词 气瓶 附件 三维 CAD1 气瓶的概况在经济高速发展的现代社会中,气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴。气体应用技术在发达国家已经达到很高的水平,全世界已有130 种气体要用气瓶充装,中国也达到了80 余种。据统计,国民生产总值每增加1%, 气瓶需求量就增加1.5%, 而国际市场每年大约以5% 的速度增长。全世界年需求气瓶量可达到500 万支,产值约40 亿美元。这其一部分自然也包括了新兴的以“轻质高强”为特点的复合材料气瓶。据悉,全世界有300 万只复合材料气瓶在运行。自上世纪后半叶以来,复合材料气瓶在西方国家得到飞快的发展。以CNG气瓶的研制和开发方面为例,美国的Lincol 公司、SCI公司、和Hydospin公司都走在世界前列。改革开放后的中国自然也应当有所作为,国内许多公司企业、科研院所以及高等院校也纷纷加入到这个行列中来,经过数年努力,他们都拿出了自己的产品或研究成果1。1.1 气瓶附件气瓶附件广泛应用于我国的经济建设和社会生活之中, 由于其本身具有的潜在危险性, 其质量和安全直接关系到使用者的生命和健康, 因此其安全技术问题历来受到我国政府的重视。由气瓶附件分技术委员会起草的气瓶阀国家标准主要有15 项,其中1个气瓶阀通用技术标准,1个出气口标准，2个螺纹标准,2个安全泄放装置标准,9个瓶阀产品标准1，2。1.2 气瓶的标准体系 为规范我国气瓶的技术要求, 确保产品质量, 由气瓶附件分技术委员会组织起草的15 项标准, 起到了非常积极的作用, 已成为气瓶生产和检验的依据, 这些标准基本满足了产品设计、制造、检验和型式试验的需求, 初步形成了气瓶技术标准体系。其中GB15382-1994 、GB17878-1999 以及液化石油气、氧气、乙炔气、氩气、液氯、液氨、车用压缩天然气、机动车用液化石油气等产品标准, 对气瓶阀的技术要求、检查与试验方法、检验规则和标志、包装运输及储存进行了规定2。GB8335-1998 和GB/T8336-1998 规定了气瓶阀进气口螺纹基本牙型尺寸和检验量规的技术要求。GB15383-1994 规定了各类气体瓶阀连接型式和尺寸、充气接头的连接型式、螺纹规格和尺寸。GB8337-1996 和GB16918-1997 规定了易熔塞和爆破片这两种压力泄放装置对制造、检验和试验、验收的基本要求。2 三维设计的发展现状及方向随着计算机软硬件技术的发展，微型计算机上的三维设计终于进入了设计领域。从前，设计师在设计对象时，总要把三维的设计对象转化到用二维设计的语言在图纸上表述；这种转化过程的本身就难免会产生错误和歧义，而且设计师有相当一部分的精力用在这种转换上，影响了设计质量和设计水平的完全发挥。如今，微型计算机三维设计突破了设计领域传统的设计模式，让设计师完全回归到自然的、正常的从设计到表达的直接的设计思路中去。这虽然看似一次简单的设计方式的改革，但带来的将会是重大的设计思想改变，必定带来设计质量的提升3，4。2.1 三维设计的发展现状 二维AutoCAD 是我国机械行业目前应用最普遍的技术，可是二维AutoCAD只起到了电子图板的作用，因为它并没有真正解决设计中最困难的问题。比如，复杂的投影线的生成，尺寸漏标注的，机构运动关系的分析，设计的更新等。所以，二维AutoCAD 针对机械设计并没有真正做到计算机辅助设计。随着计算机新性能的提高，信息处理的智能化，机械设计正从二维向三维CAD 过渡发展，并取得了很大的经济效益，相对于二维系统，三维才是真正的计算机辅助设计5。为了适应现代设计、制造技术的发展, 三维技术正逐渐应用到现代工程设计与制造中来, 在三维软件的支持下, 建立数字化的三维几何模型, 然后进行交叉修改, 最终生成三维产品。以前用二维图形表达产品形状的设计过程, 由于不能充分反映产品的三维形状, 对理解产品功能、结构、零件间干涉检查、尺寸校核都带来了不少困难。现在采用了三维CAD技术,如SolidWorks、Pro/E、和UG等软件以后, 就能利用其强大的三维实体造型功能、参数化设计和修改功能、动画和仿真功能, 以及三维实体转化为二维图形的功能来设计产品, 再利用文件格式的转化, 用软件画出满意的二维图形,以满足生产图纸的需要79。2.2 三维设计的发展方向三维设计发展趋势必然是从传统型向智能型，发展制造到创造是任何一个国家所经历的一个发展过程。随着我国机械行业的不断发展，越来越多的设计者要从中国制造转向中国创造。这就不再是为了解剖或生产某一个零部件而设计，而是整体设计整个产品，单凭二维设计是不够的，三维自然是必不可少的。先进的设计能力才会产生先进的制造企业。从长远的观点看，从二维到三维是CAD 一个不可逆转的潮流10。中国制造业从二维到三维是企业深化CAD 应用的一个方向，因为三维CAD 软件能够提升企业的产品创新设计能力，而当企业应用三维CAD 软件后，也会提出深化CAD 三维应用的需求。因此，我国应该大力提倡研制具有自主知识产权，符合设计习惯，行业标准和企业文化的、面向行业的应用模块。随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，CAD 三维技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。正确把握C A D 技术的发展趋势，对我国CAD 软件行业的开发及企业正确规划自身的CAD 应用系统，都有深远的意义11，12。3 总结随着社会经济的高速发展，气瓶越来越多的被使用在经济建设和社会生活中，由于其本身具有的潜在危险性, 其质量和安全直接关系到使用者的生命和健康。我们在准备好了的前提下，尽早地去深入到三维设计的新环境中去，借助新的设计方法去开创新的设计空间，制造出更实用更让人放心的气瓶。参 考 文 献1 张洁. 国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况J. 哈尔滨玻璃钢研究院，2007，（3）：3943.2 孙黎, 汤晓英, 毛冲霓. 浅论我国气瓶附件标准体系和技术要求的完善J. 全国气瓶标准化技术委员会2007,（2）：3637.3 张阿维,王会燃. 计算机辅助工业设计的现状与发展J. 西北纺织工学院学报,1999,（3）：1112.4 孙家广,杨长贵.计算机图形学M. 北京：清华大学出版社, 1996,2526.5 李启炎.三维CAD设计及制图教程M. 上海：同济大学出版社,2000,910.6 评测专家组.三维CAD/CAM软件评测总结M. 机械工业出版社,1999,8.7 刘永翔. 产品设计实用基础M. 北京:化学工业出版社,2003,4345.8 樊柄辉，李江云. 三维参数化特征造型机械CADM北京：清华大学出版社，1999,8687.9 康晓东. CAD技术(上)M. 机械工业出版社,1997, 1213.10 袁波. 基于三维模型的二三维一体化设计J. 计算机辅助设计与制造，1999,（5）：2628.11 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势M. 北京：机械工业出版社，2000,12.12 杭建平.我国制造业企业信息化现状分析J.北京机械工业学报，2002,（2）：3337.13 许发樾. 模具结构设计M. 北京:机械工业出版社，2003,6768.14 李德群.现代模具设计方法M.北京:机械工业出版社，2001,5657.15 李小明，邱桂杰，刘锦霞. 某型复合材料气瓶优化设计J. 纤维复合材料机构，2007，(1)：2224.16 卜克明，王维. 计算机三维设计系统应用浅析J. 工程建设与设计，2008，(12)：5760. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要主要研究的问题是利用现代三维设计技术，设计出更安全更实用更让人放心的气瓶。本课题的设计要求：(1) 气瓶在充灌状态下长期储存，不允许漏气。采用可靠性高的工艺方法，对焊缝 质量的要求高。(2) 在保证工作安全可靠的前提下，气瓶的结构重量最轻。(3) 气瓶外形尺寸的选择应考虑充分利用弹体的空间。(4) 气瓶材料应与贮存的气体相容，成形、焊接工艺性好，有利于保证强度及气密；本设计采用的手段：(1) 完成相关资料查阅。(2) 消化相关资料。 (3) 完成相关计算和分析。(4) 采用SolidWorks设计软件完成设计工作 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：根据课题任务和要求，进行了相关文献资料的查阅，对有关本课题的内容进行了适当的论述，了解了课题的研究目的和意义，并对课题的研究现状有了一定得认识。体现了较好的查阅文献的能力，达到了文献综述的要求。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题是气瓶的三维造型设计，课题具有一定得深度和广度，工作量始终，按照任务书精度要求，认真完成三维造型、装配各个部分的内容，应能达到毕业设计任务书要求。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日各类毕业设计课程定做 Q号是1714879127 该论文含配套的图纸(需购买) 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 马磊 学 号： 05010220 (用外文写)外文出处： Int J Adv Manuf Technol(2007) DOI 10.1007/s00170-006-0676-2 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：所选原文资料内容符合本毕业设计及专业方向要求，篇幅饱满，翻译用词准确，语句通顺。 签名： 2009年3 月18 日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文 基于工业以太网透明模型的层次实时网络CNC系统摘要 随着市场上工业以太网的重要性日益增加，人们急切的需要基于工业以太网透明模型的网络化CNC（计算机数字控制）系统。为了实现这一目标，本文设计了一种基于以太网/因特网的层次实时网络，叫做RNH-CNC。为评估其性能，进行了一些实验，并对结果作了分析。结果表明基于实时以太网的现场层通讯能满足硬件实时任务的要求。基于可开关的以太网的NC服务器计算机和NC核心计算机之间的通讯也达到了软件实时任务的要求。结果证明基于工业以太网透明模型的CNC系统是可行的。 关键字 CNC 网络 实时 工业以太网1. 引言随着信息技术的发展，网络化CNC系统有两个特点6:(a) 远程作业处理。基于因特网和局域网（LAN），CNC系统能执行远程操作遥控，例如远程设计、远程管理、远程监控和远程故障诊断。(b) 基于现场总线的现场设备控制。需要基于高速现场总线的实时现场设备控制。现在已经提出了多种方法来支持网络CNC系统。特别是许多论文重点在现场总线，它们提出了可行的解决方法，而这些都是建立在专用现场总线上的，例如CAN, Profibus, SERCOS。 此外，随着以太网的发展，一些文章提出了将以太网和RS232相结合的CNC系统解决方法3，8。近几年来，以太网技术得到迅速完善，它的速度已经从一开始的每秒10M提高到每秒10G。理论上，以太网的速度比现存的专用现场总线的速度快得多。例如，每秒10G的以太网速度是每秒12M的PROFIBUS速度的830倍，是每秒1M的CAN速度的10000倍。根据美国权威研究机构（ARC）的报告，工业以太网将促进未来现场总线的发展，并且可能工业控制网络标准统一起来。据此，在网络CNC系统中引入工业以太网也将是CNC系统发展的新方向。目前，一些机构在集中研究工业以太网的关键技术上。工业以太网有两种应用模式7. 一种是混合模式，一般可用于上层来连接企业以太网LAN，而下层仍然用低速专用现场总线。有几种研究结果，例如Profinet、ModbusTCP/IP、Ethernet/IP和iLON。混合模型是一种折中的方案，其主要动机来自于各个现场总线制造商要，要将专用现场总线和企业以太网相连。它们全都建立在IEEE802.3和TCP/IP的基础上，但是应用层协议是多种多样的，且连接专用现场总线到以太网的关键技术也是专门的。这些专用技术和多种多样的应用层协议影响直接到专用现场总线的广泛应用。另一个是透明模式，即在所有层都采用了以太网/因特网（从上层到下层）技术。对工业以太网来说这是一个完全的解决案，但仍存在一些难题。主要问题是工业控制以太网的实时性能的改进。为解决这问题，在两方面加快了透明模型的主要研究。其中一个是可开关的以太网的研究，另一个是实时控制协议的研究。尽管已经有了解决这些以太网问题的研究成果，但是离实际应用还有一段距离。本文通过综合考虑CNC系统的特点，提出了一个基于工业以太网透明模式的层次实时网络CNC系统（RNH-CNC）。论文其他部分结构如下：第二节中，介绍了RNH-CNC系统体系结构；第三节中描写了RNH-CNC的实现；第四节涉及实验和评估；最后，第五节给出了结论。2. RNH-CNC系统体系结构2.1 网络和硬件体系结构RNH-CNC系统体系结构分成4个层次（如图1）：最底层（第1层）包括现场设备（例如伺服系统、输入/输出设备）；第二层包括NC核心计算机；第三层包括NC服务器计算机和其他系统（如：CAD，CAPP）；最高的层是基于因特网的网络浏览器计算机1。从最高层到最底层分别是非实时因特网、软实时以太网和硬实时以太网。2.2 软件结构RNH-CNC系统的软件体系结构如图2所示。 它也被划分为四个层次：基于因特网、NC服务器、NC核心、现场设备控制的远程操作。远程操作包括远程设计、远程管理、远程故障诊断、远程监控等。NC服务器起的作用如下：(a) CNC 人机界面（HMI）：用于实现监测，控制，参数管理，过程信息显示，刀具轨迹显示，以及更新。(b) 网络服务器：提供基于因特网的网络服务器功能，包括基于网络的设计、管理、故障诊断和监控等服务。(c) 软实时以太网（SRE）接口：基于以太网，在NC服务器计算机和NC核心计算机之间提供软实时数据交换功能。NC核心包括CNC核心功能，软实时以太网接口（SRE界面），硬实时以太网接口（HRE界面）。(a) CNC核心功能：用于实现CNC系统的核心功能。大部分功能都是实时过程，所以需要系统对它们做出快速的响应。NC核心功能包括插补，位置控制，PLC，NC代码译码，刀具补偿，运动控制等。(b) 软件实时以太网（SRE）接口：用于提供NC服务器计算机和NC主计算机之间的以太网软实时通信接口。 (c) 硬件实时以太网（HRE）接口：用于提供NC主计算机和现场设备（如伺服，输入/输出）之间的硬实时以太网接口。 现场设备控制包括了硬实时以太网接口（在NC主计算机和现场设备之间）和其他装置控制。3. 执行等级实时网络3.1 在因特网的基础上执行远程诊断、监控通过基于因特网的远程诊断，监测和控制这些功能，不在现场的工程师们能通过因特网诊断出机器故障，监测和控制机床运转。NC服务器应提供必要的信息给工程师分析和做出决策，这些信息包括机床状况，运行日志，系统参数和其他相关信息，因此，必须能实现NC服务器与因特网Web使用者之间的信息传递。实现方法如下所示：（a）选择合适的网页开发工具，比如ASP.NET(动态服务器主页)，用来开发网络服务器应用程序。使用这些开发工具，应用程序能够从NC服务器数据库中存取机床状态，运行日志，系统参数，专家知识，推理规则等信息。（b）设置操作系统参数并启动网络服务器。（c）发布网络服务器的URL（统一资源定位器），从而，工程师能通过诸如IE等网络浏览器作远程故障诊断，远程监测和控制。远程过程通过使用因特网来运行，因此，它是非实时通信。3.2 在NC服务器和NC核心计算机之间的软实时通讯3.2.1 网络连接NC服务器和NC主机之间的通信是基于以太网的。然而，众所周知，传统的以太网是不适合进行实时通信的。这是因为以太网中的CSMS/CD机制，它的最大传递等待时间不能被限定。普通共享以太网的连接器是一个集线器，它的结构相当于一种物理层的转发器，它将以一个端口接收到的信息发送到所有其他端口。而这则会引起冲突和不确定的延时问题。为了减少冲突，有人提议用一种转化以太网，它使用转换开关来连接网络节点。这个转换开关可以设计成控制有许多端口的矩阵开关，并且每个端口之间信息是隔离的。送入转换器的数据仅被发送到与目的地址连接的端口。输入输出的数据也不再服从CSMA/CD的规定。转换器的优点就是将冲突域划分为与端口相关的分区，所以网络段变的细小（每个端口只和一个节点连接），从而完全独占了共享信道。第二个优点就是在同一时间可以在所有的端口之间形成多通道，所以串行传输变成并行传输。同时，网络带宽和冲突问题也得到有效解决，从而满足了软实时通信的要求。所以选择转换以太网来设计RNH-CNC的软实时通信。网络连接如图3所示。3.2.2 通讯程序设计当要求在不同平台之间进行数据交换时，就需要选择一种支持所有平台的标准的通信的API函数。例如，由于Socket API是一种许多平台（例如Windows和Linux操作系统）都支持的标准应用程序编程接口，所以它能用作NC服务器和NC主计算机的通信应用程序的开发。基于Socket API的NC服务器和NC主计算机之间的通信过程如图4所示。NC服务器的处理流程如下所示：（a）产生一个插口（b）产生一个连接（c）发送数据块（空，文件块，命令和NC代码单元）到NC主计算机（d）从NC主计算机接收NC状态数据（e）同步休眠（f）转向（c）NC主计算机的处理流程如下所示：（a）产生一个插口（b）绑定局部地址和端口（c）监听通信线路（d）接收（e）从NC服务器接收并处理数据块（f）将NC状态数据发送到NC服务器（g）同步休眠（h）转向（d）3.3 在NC核心计算机和现场设备之间的硬实时通讯尽管通过转换以太网网络带宽和冲突问题已经得到有效解决，但是转换器的存储和传输过程可能会导致数据丢失或者更长的延时（超过30微秒）。所以它还不能满足时间确定的应用要求，这时对时间有严格的限制。然而，带有实时控制协议的经改进后的传统以太网更加适合这些应用，所以在这里用来设计RNH-CNC的现场网络。图5显示了其网络拓扑关系（主机是NC主计算机，从设备是其他现场设备）。为解决确定时间通信问题，还可以用一些方法来避免冲突，如时间分隔法、查询法，对于一些不确定的因素，这些方法可以将以太网数据冲突的几率降至零。这里采用了时间分隔法避免冲突，并且传输的循环数据划分为三种：Syn（主机同步），SD（从设备数据），MD（主机数据）。通信循环如图6所示。一个周期的通信步骤如下所示：（a）主机发送同步数据到所有的从设备，告知一个周期的开始（b）从设备1在一个时间分隔中（开始于t1）发送SD1数据（如实际位置，速度，扭矩/力，警报信号，诊断信号，状态确认信号，PLC输入，伺服系统参数和电动机参数）到主机（c）从设备2在时间分隔内（开始于t2）发送SD2数据到主机（d）.（e）从设备n在它的时间分隔内（开始于tn）发送SDn到主机（f）主机在它的时间分隔内（开始于tmd）发布MD数据（如位置，速度，扭矩力，模式，PLC输出，伺服参数和电动机参数）到所有的从设备，每个从设备能在指定的位置收到自己的数据。附件2：外文原文毕业设计课程定做 Q*Q=1714879127各类毕业设计课程定做 Q号是1714879127 该论文含配套的图纸(需购买) 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：马 磊学 号：05010220设计(论文)题目：M500A气瓶的三维造型设计起 迄 日 期:2009年03月09日 06月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:黄新燕 张乐莹专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2月 26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本次毕业设计，将进一步巩固所学的机械设计、计算机辅助设计及辅助制造等机械制造领域的相关专业知识，并锻炼其运用所学的知识来分析和解决问题的能力。在毕业设计中，通过对通用CAD设计软件工具的运用，也可进一步提高学生对新知识的学习、运用能力。本次毕业设计也可培养学生外文文献的阅读和翻译以及相关资料的查阅能力，从而从整体上提高学生的综合素质。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本次毕业设计的课题是气瓶的三维造型设计。该同学在这个课题中主要负责完成气瓶这个产品中各零件的三维造型、工程图生成及最终的装配并制定相应的工艺文件。具体要求包括：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述；（3）气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti；(4) 气瓶的内表面粗糙度，机加工应达到1.6,机械抛光应达到0.1，最后经电抛光处理；（5）气瓶直径，瓶身高165；（6）利用通用CAD软件完成零件造型、装配及工程图生成；（7）撰写毕业设计论文说明书；毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1气瓶全套二维工程图2气瓶全套三维造型文档3毕业设计说明书（一份）4主要参考文献：1 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势. 北京：机械工业出版社，2000.2 刘永翔. 产品设计实用基础M. 北京:化学工业出版社,2003.3 康晓东. CAD技术(上)J. 机械工程师,1997.4 许发樾. 模具结构设计. 北京:机械工业出版社，2003.5 李德群.现代模具设计方法.北京:机械工业出版社，2001.6 张阿维,王会燃. 计算机辅助工业设计的现状与发展J. 西北纺织工学院学报,1999.7 袁波. 基于三维模型的二三维一体化设计. 计算机辅助设计与制造，1998.8 评测专家组. 三维CAD/CAM软件评测总结. 计算机辅助设计与制造，1999.9 樊柄辉，李江云. 三维参数化特征造型机械CAD北京：清华大学出版社，1999.10 李启炎.三维CAD设计及制图教程. 上海：同济大学出版社,2000.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月9日 3月19日 3月20日 4月9 日4月10日 5月1日5月2日 5月10 日5月11日 5月20日5月21日 6月5日6月6日 6月10日6月11日 6月14日下达毕业设计任务，翻译英文资料，完成资料的查询完成文献综述和开题报告和课题前期准备零件的三维造型设计产品的装配撰写工艺文件撰写论文修改论文论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日毕业设计课程定做 Q*Q=17148791271引言 M500A气瓶的三维造型设计1.1 三维设计的背景和意义随着计算机软硬件技术的发展，微型计算机上的三维设计终于进入了设计领域。从前，设计师在设计对象时，总要把三维的设计对象转化到用二维设计的语言在图纸上表述；这种转化过程的本身就难免会产生错误和歧义，而且设计师有相当一部分的精力用在这种转换上，影响了设计质量和设计水平的完全发挥。如今，微型计算机三维设计突破了设计领域传统的设计模式，让设计师完全回归到自然的、正常的从设计到表达的直接的设计思路中去1。这虽然看似一次简单的设计方式的改革，但带来的将会是重大的设计思想改变，必定带来设计质量的提升。如果说十多年前的“甩图板运动”只是计算机设计的引进阶段的话，那么三维设计将是设计领域中一次革命的变革。正确地、清楚地认识三维设计系统及其相关的各方面知识，才能使我们更好地去引进三维设计系统，并且更快地掌握和运用它。计算机辅助设计（CAD）技术和计算机辅助制造（CAM）技术在近几年来发展迅速,在设计单位与制造企业的应用日趋广泛。三维CAD/CAM 技术作为企业技术创新、市场开拓的重要技术手段正逐步成为企业科技进步的主流技术,同时，它也是全面提升企业产品设计与制造水平必须采用的核心技术。所以,企业对三维CAD/CAM 方面的人才需求更加迫切,需求量也不断增加2。这对机械类专业学生的能力培养提出了新的要求。目前市场上CAD /CAM 软件比较丰富, 从AutoCAD 到Solidworks、Solidedge、UG、Pro/E，还有国产软件CAXA 开目CAD 等。仔细分析这些软件,各有优缺点,但软件本身的结构形式与功用基本大同小异。让学生学习和掌握每一种软件,显然是不现实的。只有通过剖析CAD /CAM 软件的共性,并在此基础上了解软件开发的基础知识，才能真正掌握软件本身的内涵,达到融会贯通的目的。本科毕业设计是高等教育中培养应用型人才的十分重要的实践性教学系统工程，是持续时间最长、接触工程实际问题最多和最有利于培养和增强学生三维CAD/CA M 应用能力的关键性教学环节，是办出应用型高等教育特色的突破口。在毕业设计环节中尽快引入新型课题、新技术和新方法以适应人才需求的发展趋势是当务之急。所以将三维CAD/CAM 技术引入应用型本科机械类专业毕业设计，并由浅入深在课题的深度和广度上不断拓展势在必行3。1.2 国内外气瓶的发展概况在经济高速发展的现代社会中，气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴4。建国五十多年来，我国气瓶行业走过了从无到有，从小到大的道路。随着国家经济建设需求的增长，更主要是气体工业的发展，带动了气瓶制造业的兴起和发展。从1957年设计制造了第一批40升15Mpa级钢质无缝气瓶开始，到以后相应的铝合金无缝气瓶，液化石油气钢瓶,各种焊接气瓶以及近几年开发的高强钢无缝气钢瓶，汽车用液化石油气钢瓶等等。中国是大量生产和使用气瓶的国家，已经是国际上不容忽视的气瓶大国。但是应该承认我国的气瓶产品还存在着普通产品低档化，高、精、尖、特产品制造能力存在着空白或尚属起步阶段。正如其它行业，气瓶行业具有着自身独特的规律和周期。在国外气瓶行业不断的经历着成长和发展。90年代的复合气瓶市场，日本政府批准了复合气瓶，从美国到日本及其它亚洲国家的出口量剧增。1991年商用碳纤维的价格骤跌，意味着以碳纤维为增强材料的商用复合气瓶成本会降低。美国市场在70年代末，80年代初投入使用的第一批复合气瓶开始陆续达到5O年使用寿命的极限，更新复合气瓶的市场商机开始显现出来。英国、德国和其它欧洲国家于1993年允许碳纤维复合气瓶的销售，到1996年出口到欧洲的碳纤维复合气瓶数量急剧增。1996年年底，危品办批准了碳纤维复合气瓶在美国市场的销售。1997年，碳纤维复合材料气瓶进入美国市场，比玻纤维复合气瓶减轻重量约405。这些变化极大的刺激着复合气瓶的市场需求、产量和技术创新。我国的复合材料气瓶产业虽然才刚刚起步，但我国的纤维缠绕技术根基深厚，气瓶制造只要坚持下去，必有成绩和回报。而计算机三维设计的引入给设计领域的传统方法带来了一场变革，准确掌握和应用计算机辅助设计技术，对软件行业及机械行业都有着重大对意义。1.3 本课题的具体工作本课题研究的是M500A钼源气瓶，由于钼源是一种剧毒性的气体，因此对它的各项要求非常严格。具体工作如下：(1) 对气瓶的结构、原理进行详细分析选择适用的材料；(2) 设计气瓶的整体结构，运用SolidWorks三维建模软件绘制气瓶的实体模型；(3) 完成气瓶各零件的三维造型、工程图的生成以及最终的装配；(4) 根据需要生成爆炸图并制定相应的工艺文件。M500A气瓶的总体设计工业产品从设计到加工的过程中,单凭经验和反复的采用实物试验验证的传统制造方法,已经远远不能适应降低制造成本、减少设计和生产周期、快速适应市场变化和增强市场竞争力的需要了。随着科学技术的发展,虚拟制造、虚拟实验使得在实际的产品制造之前就能发现产品在使用和制造中可能存在的问题,提高了产品质量,降低了工业产品的设计与试制的成本6。气瓶是具有潜在危险性的特种容器7。瓶内充装的气体具有压力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蚀性、化学不稳定性等特点, 使用环境的特殊性表现在没有固定的使用地点, 没有专责的操作人员, 使用环境经常变迁, 流动性大。可重复充装和搬运, 管理比较复杂。一旦发生爆炸或泄漏, 就可能引起建筑物和设备的破坏, 继而引起原材料和产品的烧毁。不仅使生产活动中断, 还会给该地区的居民带来灾难8,9。所以我们在设计气瓶之前要详细了解它潜在的危险，相对的做出合理的设计，只有这样我们所设计出来的气瓶才有真正的价值。1.4 M500A气瓶材料的选择本课题研究的是钼源气瓶，由于钼源是一种剧毒性的气体，所以对输送、贮存这类气体气瓶的安装、焊接、严密性、洁净度、耐腐蚀都有严格的要求。所以根据钼源的特性我们采用1Cr18Ni9Ti作为M500A气瓶的制作材料，1Cr18Ni9Ti有较高的抗拉强度，较低的屈服点，极好的塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，1Cr18Ni9Ti含有抗晶界腐蚀的钛，可以通过热处理提高它的抗晶界腐蚀能力10。所以很适合装钼源这种剧毒性的气体。1.5 M500A气瓶的总体结构及其工作原理本章通过对国内外现有气瓶的设计加工方案、原理进行了详细的分析比较，并且针对钼源这种有剧毒性的气体作出必要的研究。钼作为一种金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。所以为了防止毒气泄漏，维护广大消费者的人身安全，我们对设计的气瓶采取焊接的方案，对气瓶的其它附件均符合国家气瓶技术标准。经过对国内外各式各样气瓶设计方案的考究，我设计的M500A气瓶的参数总图如下图2.1。如图2.1所示，M500A气瓶主要由瓶盖、瓶底、瓶身、VCR接头、清洗阀、进气阀、出气阀、进气管、内管、排气管等零件组成。 图2.1 M500A气瓶的参数总图工作原理如下：M500A气瓶在工作之前先要打开清洗阀对瓶子的内部进行清洗，清洗后再烘干这样是保证瓶内的干净无杂质。因为M500A气瓶是用来装钼源这种剧毒性的气体，如果要保证钼源的纯度，在烘干气瓶后还要进行抽真空以保证瓶内合理的气体压力。等一切准备就绪关闭清洗阀，通过有关的设备钼源气体就会从进气阀通过VCR接口、进气管、内管进入气瓶内。相同的道理当使用钼源气体时，也会借助相应的设备使气体被使用。从图2.1可以看出来为了保证气瓶的密封性我们有七处采取了焊接的方案是气体不容易泄漏，这七处分别是：排气阀、排气管与VCR接口的连接口各有一处；进气管、清洗阀、排气管与瓶盖的连接各一处；瓶盖与瓶身的连接处；瓶身与瓶底的连接处都有焊接。1.6 M500A气瓶主要零件的设计要点设计是一种寻找和确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”,指的是一种方案可以满足所有的设计要求,而且所需的支出(如重量,面积,体积,应力,费用等) 最小。设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸、形状、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。M500A气瓶一种比较精密的仪器，它的各个部件的选择不是凭空想象的，每个部件的确定都有其一定的科学规律。本课题设计的气瓶所装的钼源气体主要运用于集成电路板，所以要求所设计的气瓶以尽可能轻的重量，尽可能小的体积，储存尽可能多的气体。并且由于钼源是有毒的，对气瓶的密封性要求很高，在实际生产中，对气瓶的焊缝质量、焊接接头的力学性能等都提出了很高的要求。下面就详细的介绍各个部件的结构特征。1.6.1 瓶盖的设计M500A气瓶瓶盖设计的主要特征是瓶盖上有三个孔，他们主要确定进气管、清洗阀、排气管的位置，因为这三个孔直接影响整个气瓶应力的分布，重量的分布，也就是整个气瓶装配好以后的重心必须落在瓶身的中心线上，这样才能使气瓶站稳。孔的大小也要跟其他零件相对应，否则就会给装配带来麻烦。1.6.2 瓶身的设计对于瓶身也没什么特别的要求，它的厚度必须符合国家气瓶委员会统一设定的国家标准，在一个就是瓶身两个端口处的倒角要跟瓶盖和瓶底相对应，这也是防止毒气泄漏的关键，这样以来也会给装配带来方便。1.6.3 瓶底的设计瓶底主要是起支撑作用的，所以它的厚度有一定的要求，不能太薄。为了是能源充分利用，我将给瓶底的中心处设计一个凹槽，这样就不会浪费了。1.6.4 进气管和排气管的设计传统气瓶的这两根管都是直的，但是根据M500A气瓶的尺寸，形状来看，如果设计成直的会影响这个气瓶的稳定性，所以我将这两根管设计成弯的以便这个瓶子左右相对称。管口的大小应根瓶盖其中两个孔相匹配。其中这两个管与瓶盖配合的地方也要跟瓶盖的厚度相匹配这样使整个气瓶看起来对称。管的长度也要符合力学性能这也是跟气瓶的稳定性有关，排气管的长度应当比进气管长一些。1.6.5 内管的设计内管的长度是设计的关键，因为这个内管必须有一个折度以便内管的底部刚好在瓶底的凹槽中央，内管的管口大小要匹配进气管管口的大小以方便装配。1.6.6 三个阀的设计进气阀、排气阀、清洗阀这三个阀的结构原理都是一样的，只不过清洗阀稍微比其他两个阀大一些。清洗阀是M500A气瓶中的关键部件，它既用于清洗，还可以检测所剩气体的多少。所以在设计清洗阀的时候应该充分考虑其光洁度、耐腐蚀性等综合要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。1.6.7 VCR接口的设计气瓶接口处采用VCR接头，由于是球面接触，即使管线受到外力扭转或弯曲后，也不至于使接口处松动，从重量观点看，球形气瓶受力形式最好，与其它形状相比结构重量最轻且因结合面为球面连接而十分严密。较好的保证气瓶的密封性。2 500A气瓶的三维造型气瓶是一种储存各种气体能源的容器，其中含有典型的机械零部件，如清洗阀、进气阀、排气阀、VCR接头等。本文以M500A气瓶为例，对其瓶身、瓶盖、清洗阀、进出气管、VCR接头等为主要对象说明其应用SolidWorks进行三维造型的要点。在造型中需要注意以下问题：(1)新建零件时，最好给零件适当命名，不要采用系统默认的名称，以便查询检索；(2)在采用SolidWorks进行三维设计时，应适时进行保存，以避免前面的工作前功尽弃。例如在绘制较为复杂的零件并进行了复杂的操作之后，因为某种原因须立即停止工作而忘记保存文件退出系统、或因突然停电，造成从头开始工作；(3)SolidWorks提供了强大的圆角建模功能，圆角特征在零件设计中起着重要作用。大多数情况下， 如果能在零件特征上加入圆角，则有助于造型上的变化，或是产生平滑的效果。在绘图过程中，一定注意特征间的父子关系。因此，圆角的建立最好是在实体绘制的末期。尽量不要以圆角的边作为参考边，以免产生父子关系不利于往后的设计11。2.1 SolidWorks软件介绍SolidWorks是一套基于Windows的CAD /CAE /CAM /PDM桌面集成系统,是美国Solid Works公司在总结和继承了大型机械CAD 软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件12。它全面采用非全约束的特征建模技术,其设计过程全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计。该软件具有产品配置功能,可以为用户设计不同构性的产品。它集成了设计、分析、加工和数据管理过程,所获得的分析和加工模拟结果成为产品模型的属性,它将2D造型绘图与3D造型技术融为一体,能自动生成零件尺寸、材料明细表(BOM) 、具有指引线的零部件编号等技术资料,从而简化了工程图样的生成过程。同时有中英文两种界面可以选择,其先进的特征树结构使操作更加简便和直观,具有交好的开发性接口和功能扩充性。能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送13。SolidWorks软件在计算机上从2D到3D的转换功能揭示了由二维图形生成三维模型以及三维模型生成二维图形的形成过程, 完全同机械制图与画图的思维过程一致,可使抽象的问题具体化,增加感性认识,促进所学知识的理解和掌握, 达到机械制图综合实践的目的,而且方便快捷、形象直观、易学易用14。让学生了解三维计算机辅助设计软件, 密切联系工程实践, 将三维建模与二维工程图样及设计加工过程紧密结合到一起, 增强学生使用计算机辅助设计的能力, 为学生今后的工作发展奠定坚实的基础。SolidWorks软件的主要特点15，16:(1) SolidWorks提供了直接绘制三维草图的功能,在友好的用户界面下, 像绘制线架图一样不再局限在平面上, 而是在空间直接画草图。此外3D草图还可作为装配环境下的布局草图进行关联设计。(2) SolidWorks提供了一个动画功能, 可以生成实体的装配过程、爆炸过程、运动过程的动画文件, 同时也生成各个过程的组合动画文件。(3) SolidWorks友好的界面。图形菜单设计简单明快、形象化, 一看即知。系统的所有参数设置全部集中在一个选项中, 容易查找和设置。实体的建模和装配完全符合于自然的三维世界。特别是装配约束的概念非常简单且容易理解。对实体的放大, 缩小和旋转等操作可以在任何命令过程中使用, 实体的选取非常容易和方便。(4) SolidWorks建模迅速, 操作灵活, 是一种尺寸驱动且基于特征的三维设计软件, 具有构造历史以供事后修改, 更加适合学生在机械制图综合实践中使用。2.2 瓶盖的三维造型SolidWorks是一款功能强大的计算机辅助绘图和设计软件系统，可以以拉伸、旋转、扫描、放样等特征形式形成实体17。整个气瓶的建模其实都很简单没有过多复杂的构造。瓶盖的建模很简单无非就是绘制截面图、拉伸、倒角。设计过程如下：(1) 在SolidWorks软件中点击“草图绘制”绘制瓶盖的截面图，再输入相应的尺寸数值如图3.1所示。图3.1 瓶盖截面图(2) 拉伸凸台以形成瓶盖的实体模型，输入拉伸尺寸如图3.2所示图3.2 拉伸(3) 拉伸后以上端面为基准绘制草图，方法跟(1)一样，然后在拉伸这的拉伸的方向应该向里拉伸，输入拉伸深度并且要点击去除材料，然后在凹槽处倒角输入相应的数值，具体图形如3.3所示图3.3 倒角(4) 确定三个孔的位置，绘制草图输入尺寸，然后还是拉伸，这次拉伸要通孔去除材料，最后生成瓶盖的三维造型，如图3.4所示。3.4瓶盖2.3 瓶身的三维造型瓶盖的造型通过SolidWorks软件设计出来了，给我们接下来其它零件的建模打下了基础，相对瓶盖的造型瓶身更加简单。首先绘制草图拉伸形成实体，再以实体的一个端面为基准确定瓶身的厚度绘制草图，然后拉伸去除材料，最后为了方便装配给瓶身上下端面倒角，倒角的尺寸应该与瓶盖的一样。生成的瓶身三维造型如图3.5。 图3.5 瓶身2.4 瓶底的三维造型瓶底的三维造型跟瓶盖的如出一辙，它们的不同点是在瓶盖的基础上去除三个通孔，在确定瓶底的厚度后再在瓶底开个小槽，这个前面已经讲过是为了充分利用能源这个小槽的绘制如下。(1) 瓶底的基本形状绘制以后，以瓶底的内底部为基准面绘制草图，如图3.6。图3.6 绘制槽(2) 槽的半边草图绘制完成后点击切除旋转，预览如图3.7所示。图3.7 切除旋转(3) 凹槽的深度不能太深，否则时间长了就会漏底，最后生成的瓶底造型如图3.8所示。图3.8 瓶底2.5 内管的三维造型绘制内管比以上几种要复杂一点，因为内管的设计中间有个折度，要进行建立基面、扫描、切除拉伸等过程。具体过程如下。(1) 首先建立一个基面，绘制内管的截面图如图3.9所示。图3.9 内管截面图 (2) 接下来就要扫描内管的整体，但是在扫描之前还要绘制内管的管头然后再扫描。如图3.10所示。图3.10 扫描(3) 以建的基准面为基准绘制草图4然后拉伸生成内管头如图3.11所示。图3.11 拉伸管头(4) 绘制管底跟管头一样，这里就不啰嗦了接着进行切除扫描，如图3.12，最终生成内管的造型图3.13。图3.12 切除扫描图3.13 内管2.6 进气管、排气管的三维造型进气管和排气管的绘制完全相同，这里就以进气管为例来说明它们的造型，具体操作如下。(1) 建立基准面，绘制进气管的截面，如图3.14所示。图3.14 进气管截面图(2) 扫描截面如图3.15所示。图3.15 扫描(3) 绘制草图3，然后切除扫描如图3.16。图3.16 切除扫描(4) 最后生成的进气管造型如图3.17所示。图3.17 进气管排气管的三维造型图跟进气管相同，它们的不同之处在于是整个气瓶的稳定性达到标准排气管的上端长度比进气管的稍长一些，所以排气管的造型图如3.18所示。图3.18 排气管2.7 VCR接头的三维造型VCR接头是气瓶整个密封性能的保证，所以它的设计非常重要。从M500A参数总图上可以看出这个接头很复杂，但是如果用SolidWorks软件来设计绘制也无非是草绘、拉伸、镜像重复着运用。具体绘制如下。(1) 绘制草图拉伸如图3.19所示。图3.19 草图拉伸(2) 以刚才生成的圆柱的中心为基准建立一个基准面，然后给圆柱倒角，在绘制草图9如图3.20所示。图3.20 倒角绘制草图9(3) 拉伸草图9去除材料，然后阵列如图3.21所示.图3.21 阵列(4) 中间几部分都是拉伸模型如图3.22所示。图3.22 拉伸(5) 建立基准面2，绘制六棱柱如图3.23所示。图3.23 六棱柱(6) 接着重复草图拉伸倒角，绘制四方块如图3.24。图3.24 四方柱(7) 在绘制的四方柱侧面绘制空心的柱体如图3.25所示。 图3.25 空心柱体(8)镜像柱体如图3.26所示。图3.26 镜像(9) 在VCR接头处通孔如图3.27所示。图3.27 通孔(10) 在VCR接头处还有几处标有字母的注释，这个也是用草绘拉伸来完成的如图3.28所示。图3.28 注释(11) 还有几处注释跟上面一样，这里就不啰嗦了，最后生成的VCR接头的三维造型如图3.29所示。图3.29 VCR接头2.8 清洗阀的三维造型清洗阀是M500A气瓶中的关键部件，它既用于清洗，还可以检测所剩气体的多少。它的三维造型不是直接画出来的，它是由两个帽、螺母、垫片、直管五个部分组成的。这几个零件的构造都很简单就不一一介绍了。其模型如图3.30所示。图3.30 帽、螺母、垫片M500A气瓶的装配和工艺分析2.9 虚拟装配虚拟装配就是利用计算机工具，在不生产加工产品的实际零部件的情况下，通过三维造型与可视化表达等技术，帮助设计者进行装配仿真与装配关系的工程决策。对处于设计阶段的工业产品，在计算机上仿真产品的实际装配关系与过程，可实现观察产品可装配性与装配合理性等方面的目的，以便及时地发现问题、改进产品设计中的缺陷18。2.10 装配方法2.10.1 装配技巧装配是将各种零件模型插入到装配体文件中，利用零件的相应结构来限制各个零件的相对位置，使其构成机构的某部分，或者是一个完整的机构或机器。SolidWorks允许用户在装配体文件中插入数目众多的零件进行组装配合。内部零件、子装配体的布置在总体设计的大型组件装配中占据特别重要的位置，内部零件和子组件的装配是内部结构设计的重要方面。这里仅针对在实际装配过程中经常遇到的问题，提供几点在装配约束选用方面的技巧19，20。(1)“坐标系”约束的应用使用“坐标系”约束，通过将零件的坐标系与装配体的坐标系对齐(既可以使用装配体坐标系又可以使用零件坐标系)，也就是通过对齐所选坐标系的相应轴线来装配零件。(2)“固定”约束的应用用“固定”约束固定零件的当前位置，使零件被移动或装配，实现完全约束，该约束类型在方案设计中应用最多。(3)“自由放置”操作在总体设计过程中，零件布置有时难以一步到位，零件的位置需要多次变换调整才能最终确定出最佳方案。在装配操作环境中调整约束关系时，一些零件往往处于隐藏状态，总体布置不直观。“自由放置”操作的功能特点解决了这些问题。2.10.2 装配顺序在SolidWorks装配体中，装配方法有自上而下设计和自下而上设计两种，也可以将两种方法结合起来使用。无论采用哪种方法，其目标都是配合这些零部件，以便生成装配体或子装配体。 在自下而上的设计中，首先生成零件并将其插入装配体，然后根据设计要求配合零件，当使用先前已经生成的现成零件时，自下而上设计是首选的设计方法。它的优点是，由于零部件均为独立设计，它与自上而下设计法相比，相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法时，可以专注于单个零件的设计。当不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系时，此方法比较合适。自上而下设计是从装配体开始设计工作，这是两种设计方法的不同之处，该方法可以使用一个零件的几何体来帮助定义其他零件，或生成直至组装零件后才添加的加工特征。也可以将布局草图作为设计的开端，定义固定零件的位置和基准面等，然后参考这些定义来设计零件20。2.10.3 装配过程M500A气瓶主要由瓶盖、瓶底、瓶身、VCR接头、清洗阀、进气阀、出气阀、进气管、内管、排气管等零件组成。根据气瓶的工艺分析装配过程如下：(1) 选择菜单栏中的“文件” “新建”命令，在出现的“新建SolidWorks文件”对话框中，单击装配体图标，单击“确定”按钮后进入装配体制作界面。单击“装配体”工具栏中的插入零部件按钮，导入瓶盖作为装配体中的固定件，如图4.1所示。图4.1 装配图1(2) 在“插入零部件”PropertyManager中单击“浏览”按钮，导入进气管、清洗阀、出气管、内管等零部件，如图4.2所示。图4.2 装配图2(3) 导入瓶身、瓶底如图4.3所示。图4.3 装配图3(4) 导入VCR接头、进气阀、出气阀、进气管、排气管等零件，最后完成M500A气瓶的总装配图如图4.4所示。图4.4 装配图42.10.4 干涉检查装配完成后，应该进行零部件之间的干涉检查，以检查装配有无干涉及干涉的位置21，22。步骤如下：(1) 单击装配体工具栏上的“干涉检查”或“工具干涉检查”。(2) 选择要进行干涉检查的零部件。(3) 单击“计算”，在结果中即会显示出干涉的位置以及大小。(4) 如果有干涉的存在，使用移动零部件中的碰撞检查即可对干涉的位置进行调整，选择“编辑零件”命令，对此零件中产生干涉的部分进行合理的修改后，选择“编辑装配体”，再重复(1)(4)步骤，直到干涉检查中的结果中显示无干涉即可。2.11 装配体爆炸视图出于制造的目的，经常需要分离装配体中的零部件以形象地分析它们之间的相互关系。装配体的爆炸视图可以分离其中的零部件以便查看整个装配体。装配体爆炸后，不能给装配体添加配合，一个爆炸视图包括一个或多个爆炸步骤，每一个爆炸视图都保存在所生成的装配体配置中，每一个配置都可以有一个爆炸视图。单击“装配体”工具栏上的“爆炸视图”按钮，或选择菜单栏中的“插入” “爆炸视图”命令，会出现“爆炸”PropertyManager。M500A气瓶的爆炸视图如图4.5所示。图4.5 气瓶的爆炸视图清洗阀的爆炸视图如图4.6所示。图4.6 清洗阀爆炸视图2.12 M500A气瓶的工程图在工程中，三维零件图和装配图并不是用来指导生产的主要技术文件，而所使用的图样是一组具有规定表达方式的二维多面正投影图，然后标注尺寸和表面粗糙度符号及公差配合，这种图样在机械制造中称为工作图，也就是SolidWorks中的工程图。SolidWorks最优越的功能是由三维的零件图和装配体图建立二维的工程图。工程图包含一个或多个由零件或装配体生成的视图。在生成工程图之前，必须先保存与它有关的零件或装配体。用户可以从零件或装配体文件内生成工程图。M500A气瓶的工程图如图4.7所示。图4.7 M500A气瓶的工程图2.13 焊接工艺M500A气瓶是某型号产品的重要气源焊接组件,其中有七处要采用焊接工艺。为了减轻重量, 增加有效载荷, 要求气瓶以尽可能轻的重量, 尽可能小的体积, 储存尽可能多的气体。因此M500A气瓶在工作时将时刻处于高压或超高压的状态中, 这就对气瓶的焊缝质量、焊接接头的力学性能、气瓶在焊后的尺寸精度和材料的性能等都提出了很高的要求23。所谓焊接结构装配焊接工艺(以下简称装焊工艺) ,就是一个焊接结构的实际生产过程,主要是指组成结构件的零部件装配焊接的先后次序及相应的装配焊接内容,即具体的加工工艺路线。而焊接结构装焊工艺的设计,就是通过对焊接结构的结构和功能的分析,对其整体装焊工艺进行规划,从而保证整体装焊工艺的完整性和有效性的过程。M500A气瓶的焊缝基本都是环焊缝，它属于超高压容器, 焊缝按行业标准I级检验, 100%的进行X- 光探伤, 焊接接头的强度要求大于基体强度的85%, 焊缝两侧的错位量要求不大于0.2mm, 瓶身直线度不大于0.3mm, 焊缝外部余高不超过0.5mm。具体操作如下：(1)焊接时所采取的工艺流程如下:各零件加工打磨清洗装配定位焊检验圆周焊检漏。(2)为了避免焊缝热影响区的软化, 焊接时采用了脉冲钨极氩弧焊。该方法电弧能量集中, 线能量输入小, 焊接变形小, 热影响区和软化区相对狭窄焊接接头的强度一般不会受到太大的影响。所用设备为国外进口的某型号圆周氩弧焊机, 焊丝为时效不锈钢同质焊丝24。结束语计算机辅助设计与制造技术是在科学技术与生产力迅速发展，同时为适应市场的竞争需要，对传统技术与方法进行根本性变革的背景下产生和发展的，其研究与应用越来越受到重视。本文以SolidWorks2008为工具，对M500A气瓶进行了深入细致的分析，深刻领会了它的结构体系，设计方法，同时参考了国内外气瓶设计的先进实例，查阅了一定数量的相关资料，总结出一般气瓶的设计思路。本文的具体工作如下：(1