1 引言

 

    以设计为中心的虚拟装配是指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的应用思想。通过虚拟产品设计可以节省大量的人力、物力和财力，降低开发成本，缩短开发周期，提高设计质量，保证产品开发一次成功，增强企业快速适应市场变化的能力。

 

2 SolidWorks简介

 

    SolidWorks是世界上第一款基于Windows系统开发的三维CAD软件，该软件以参数化特征建模为基础，具有功能强大、易学、易用等特点；另外，SolidWorks还具有丰富的插件，利用这些插件可以完成各种复杂的操作。

 

3 五自由度打磨机器人主要零件的三维建模

 

    对各个零部件进行结构分析，研究它们的建模特征，将复杂的零件结构分解成所能建立的基本特征要素，理清特征建模之间的相瓦关系，选用合理的顺序进行建模。不同的特征有不同的造型方法，同一个特征也有多种造型方法。应该确定合适的特征造型方法，同时分析特征的主要约束。在SolidWorks中，利用SolidWorks的强大建模功能，根据实际设计尺寸，运用各种建模特征完成零部件的形状，为了达到与实际零部件相同的效果，可以利用软件的相关功能对模型进行外观和材料等的配置。

 

    五自由度打磨机器人的主要零件分为两大类：齿轮类和轴类。

 

    3.1 齿轮类零件的建模

 

    通常有两种方法牛成齿轮的三维建模设计，一种是先利用拉伸特征牛成齿轮圆柱形齿坯，然后再利用扫描切除、拉伸切除或者放样切除方法切除齿槽的部分；第二种方法是先在草图中绘制出齿轮的二维齿廓线，然后通过拉伸特征，得到齿轮的实体模型。对于直齿圆柱齿轮来说，由于其端面的形状便是齿廓的轮廓形状，所以在本文中所绘制的直齿轮均采用了这种方法。但是对于斜齿轮来说，就不太适合利用这两种方法了，在绘制齿轮轮廓的同时，还需绘制出螺旋线，然后再利用扫描切除特征切除圆柱齿坯，因此需采用第一种方法。齿轮3D模型如图1所示。

 

 

 

图1 齿轮3D模型

 

 3.2 轴的建模

 

    轴的主要特征包括：圆柱体、倒角、键槽孔等。不同的零件建模的方法是不同的，同一个零件的建模方法也不是单一的。轴的主体部分的建模可以利用旋转体特征，也可以利用凸台特征，创建轴的基础特征，再利用辅助特征，即可完成轴的建模。轴3D模型如图2所示。

 

 

图2 轴3D模型

 

4 五自由度打磨机器人子装配及总装配

 

    在三维CAD系统中，所谓的装配体设计就是通过定义每一个零件相对于其他零件的位置关系将不同的零部件组装成一个装配体。本模型采用的装配方法是“自底而上的设计方法”（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），建立五自由度打磨机器人主要部件的子装配，并进行检查。由于建立的只是装配体的模型，不是实物，故仅凭观察不能发现问题，检查包括干涉检查和碰撞检查。通过检查，修改一些零件模型设计的不合理性。完成的五自由度打磨机器人各子装配及整体装配如图3、4所示。

 

 

图3 打磨头装配模型

 

图4 打磨机器人装配模型

 

5 工程图纸的生成

 

    五自由度打磨机器人的虚拟装配完成后，利用SolidWorks软件中的工程图模块将零件图和装配图生成设计图纸。自动标注尺寸，生成明细表和标题栏；通过人工标注修改尺寸。由于SolidWorks各模块具有全相关性，当系统对某一模块中任一尺寸进行修改时，相对应其他模块的数据会自动更新。建立的二维工程图如图5所示。

 

 

 

图5 打磨机器人二维工程图

 

6 结语

 

    本文应用SolidWorks软件进行五自由度打磨机器人三维参数化设计，包括零件设计、装配体设计和二维工程图的牛成。能够充分表达设计者的设计意图，保证设计的准确性，降低生产成本，缩短开发周期，经过渲染还可以应用于新产品的宣传。