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SolidWorks在管路补偿接头系列化设计中的应用

发表时间: 2017/12/19 作者: 张俊远*李春雨 来源: 互联网
利用SolidWorks软件进行管路补偿接头设计时,采用软件本身所提供的方程式、配置、特征和系列零件表等技术实现补偿接头的参数化及系列化设计,将提高设计效果,大大减轻设计人员的工作量,更好地体现设计者的设计意图,同时,也有利于企业图样的标准化、规范化管理,延长产品的生命周期,增强企业产品的生命力。
 

0 引言

    在管路补偿接头设计中,往往会遇到系列化设计的问题。例如,某一型号的管路补偿接头,由于口径、压力等级的不同,产品规格可多达几十种甚至上百种,在这种情况下就要求考虑系列化设计。此时,若采用传统二维设计思路,需逐个规格进行设计,工作量巨大。

    近年来,三维软件SolidWorks以其创新性、易用性和髙效性,在机械设计和产品展示中得到了越来越多的应用,已成为目前主流的三维CAD软件之一。它采用单一数据库、参数化及非全约束的特征建模等技术,改变了传统机械设计的观念,为机械产品设计提供了完整的解决方案,已广泛应用于机械设计和机械制造的各个行业。因此,利用SolidWorks软件进行管路补偿接头设计,采用软件本身所提供的方程式、配置、特征和系列零件表等技术实现补偿接头的参数化及系列化设计,将大大提高设计效果,较快地设计出系列产品,快速满足市场要求。同时,还可以延长产品的生命周期,增强企业产品的生命力。

1 管路补偿接头参数化和系列化的可行性

    管路补偿接头具有以下特点:1)规格多。口径从DN80到DN3600不等,压力从PN6到PN40分为若干等级,不同口径和压力等级的管路补偿接头规格多达近百种。2)结构相近。所有规格具有相同或相近的基本结构和外形。3)制造技术和引用标准相同。这就为产品的参数化和系列化设计奠定了技术条件。

    基于上述技术条件,首先确定能够完整反映该系列产品所有零件外形、拓扑关系的技术方案,然后再根据该技术方案派生出此系列产品中的任一零件。技术方案是在SolidWorks环境下创建三维零件模型,即原始模型,通过原模型确定一组设计参数来控制零件的形状和拓扑关系,并建立零件系列表即一张内嵌的Excel表格,然后根据国家标准和行业标准的规定,利用Excel强大的数据处理和运算功能,得到简易的系列尺寸数据库,通过系列尺寸的改变来驱动零件的三维建模,从而实现管路补偿接头的参数化系列化设计

2 技术方案及其零件的三维系列化设计步骤

    本节以公称通径为DN 600压力等级为PN10的C2F型补偿接头(以下简称DN600 PN10补偿接头)为例,详细介绍SolidWorks(版本为SolidWorks Premium 2012)软件及其系列零件设计表在管路补偿接头系列化中的应用。

2.1 原始模型的建立

    首先要根据国家标准和行业标准确定模型尺寸和特征之间的拓扑关系。建立原始模型时一定要把各零件尺寸和特征之间的关系表达清楚,并考虑若干尺寸变化时是否有既定的拓扑关系因为尺寸的变化而偏离既定设计思路。表1为DN600 PN10补偿接头部分相关参数,大写字母对应参数为国标或行业标准强制要求值,小写字母为依据设计思路假定的部分设计数据。根据表1中的参数画出三维模型,如图2所示,并把各零件之间的拓扑关系表达清楚。由于建模过程中所使用的尺寸名称均为系统为默认值,如法兰外圆认系统默认为“D12@草图1”,可自行更改为“法兰外圆@草图1”,其余尺寸与特征均可照此更改,以便与设计保持一致,对后续工作有重要作用。

    表1 DN600 PN10补偿接头部分相关参数

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2.2 建立系列零件表

    建立系列零件表过程如下:【插入】— 【表格】— 【设计表】,在弹出属性对话框“源”中选择“自动生成”,在“编辑控制”中选择“允许模型编辑以更新系列零件设计表”,在“选项”中选择“新参数”、“新配置”。点击“确定”后,弹出“添加行和列”对话框,如图3所示,在“参数”中复选所需要的所有驱动尺寸与特征,即可得到一系列零件设计表此表为一个双向表,即修改零件设计表驱动的尺寸值,可以达到修改零件模型的目的,同样修改零件模型也可反过来修改系列零件设计表中的尺寸值。关闭系列零件表,在【ConfigurationManage】中右击“系列零件设计表”,选择“在单独窗口中编辑表格”,即可单独打开一个内嵌的系列零件设计表,如图4 所示,此系列零件设计表与Microsoft Office Excel功會旨完全相同,倉这进行数据处理和函数运算,为在SolidWorks环境下参数化设计系列产品提供了软件基础。

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2.3 建立系列化尺寸数据库

    系统默认sheet1为系列零件设计表,在sheet1基础上可根据设计需要增加sheet2、sheet3Excel表格,所增加的表格为sheetl表格的附属表格,附属表格不参与三维模型尺寸驱动。在Sheet2表格中根据国标和行业标准依次输入标准给定值和既定的设计值,通过函数和逻辑运算,判断设计是否合理。例如:假定h=96,根据判别公式L-b-h-B-2M>Δ 来判断空间是否瞒足标准中规定的伸缩量要求,根据判别公式40mm>h-B-M≥350mm来调整A值保证板手工作空间,依此类推,根据各零件之间的几何关系逐个判断设计给定尺寸的合理性,以参数化的形式达到排出一系列最佳尺寸值,从而使产品到达最佳设计效果,同时也可通过计算得到各个派生零件的完整尺寸,此举便于后续派生各个零件的三维模型图。然后,通过Excel迭代关系,把需要驱动的尺寸连接到sheetl相对应的列下,得到一系列规格的驱动尺寸。在此种模式下,必须是在sheetl为当前页面时关闭Excel表格时, 否则,SolidWorks将提7K无法找到系列零件表内的有效零件,即便在编辑Excel表格时保存过,本次编辑也将不被保存。退出Excel表格后,在三维模型中点击【保存】即可保存本次所有编辑。生成系列零件设计表如图5。

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2.4 零件数据库的建立

    利用系列零件设计表不仅可以控制零件的尺寸,也可以控制零件的诸多属性,所谓设计表的参数是指设计表的表头,利用系列零件设计表可对零件的设计内容和参数进行设计,例如,零件图号要通过系列零件设计表进行控制,在系列零件设计表表头中增加控制参数“$PRP@零件图号”,在此列下的单元格内以此输入对应的零件图号,即可达到用系列零件表控制零件属性的目的,同样也可设定其他参数如“$PRP@ 零件名称”、“$PRP@ 颜色”等。

    以DN600 PN10补偿接头的伸缩管为例,依照前述方法,建立伸缩管系列零件设计表,并在sheetl中增加所需要驱动的属性。零件系列尺寸数据表的建立:首先,将技术方案Sheet2中的数据和函数关系复制到伸缩管系列零件设计表Sheet3中;然后,把伸缩管系列零件设计表sheetl表头复制到伸缩管系列零件设计表Sheet2中,使两表表头保持完全一致;最后,把伸缩管系列零件设计表Sheet3中需要驱动的尺寸对应地关联到伸缩管系列零件设计表sheet2相应的列下,从而在伸缩管系列零件设计表sheet2得到伸缩管的系列尺寸值。而在伸缩管系列零件设计表sheetl中,仅需要一个规格的驱动尺寸,若需要某个规格的模型,仅需要在伸缩管系列零件设计表Sheet2中复制相应的尺寸值,枯贴覆盖伸缩管系列零件设计表sheetl中的尺寸便可得到相应规格的三维零件。这样做的目的:一是方便生成二维工程图,二是降低对电脑硬件配置的要求。依此类推,可得到压盖、伸缩体和螺杆系列零件数据库。

3 三维模型在出工程图中的作用

    打开模型图,从模型/装配体生成工程图,在【视图调色板】中选择所需要的视图插入工程图中,根据设计意图进行剖切、剪裁视图。根据工程图中某一视图要表达的特征,在特征管理器“FeatureManager”设计树窗口中相应的视图下复选要表达的特征,然后在【注解】中选择“模型项目”,即可插入在该视图上所想表达的特征尺寸。而后标注加工符号、技术要求等注解,即可得到二维工程图。可以此套工程图为“母版”,派生出整个系列零件的工程图。此种方法所得工程图,在更改不同规格零件时,工程图中所标注的尺寸值能严格按照三维中的参数驱动,不会出现“跑偏”尺寸值等低级错误。例如DN600转变为DN2000 , 在三维中打开系列零件设计表,将sheet2中DN2000的数值复制到sheet 1相应的位置,即可得到DN2000的三维模型,打开相关联的工程图,调整图样比例,即得到DN2000的工程图,零件的图号、页码和名称等属性也相应变化。这种方法所得整个系列工程图样格式相近,风格相同,便于企业图样的标准化、规范法管理,同时,也大大减轻了设计人员的工作量。

4 结语

    采用三维SolidWorks软件进行管路补偿接头参数化及系列化设计有许多优点:1)大大减轻了设计人员的工作量,更好地体现设计者的设计意图;2)运用参数化的方法较快地设计出系列产品,快速满足市场的要求;3)便于企业进行设计及图样的规划化、标准化管理。



责任编辑:郝秋红