4.1 裝配設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

4.1.1　裝配設(shè)計(jì)作用

裝配設(shè)計(jì)在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),直接關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)及產(chǎn)品最終價(jià)值的體現(xiàn)。在軟件學(xué)習(xí)及使用過程中,裝配設(shè)計(jì)更是一個(gè)承上啟下的過程。通過裝配設(shè)計(jì),可以檢驗(yàn)前面零件設(shè)計(jì)是否合理。更重要的是,裝配設(shè)計(jì)是后期很多工作展開的基礎(chǔ)。完成裝配設(shè)計(jì)后,可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真動畫設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)分析、整體效果渲染,如果沒有前面的裝配,要完成后面的這些內(nèi)容,要么學(xué)習(xí)起來很費(fèi)勁,要么嚴(yán)重影響使用效率。總的來講,裝配設(shè)計(jì)作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)裝配設(shè)計(jì)在零件設(shè)計(jì)中的作用

一般的零件設(shè)計(jì)主要是在零件設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì),但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中,還涉及到很多特殊且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件,考慮到設(shè)計(jì)的方便與修改的方便,我們可以在裝配設(shè)計(jì)環(huán)境中直接進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改,實(shí)際上這也是零件設(shè)計(jì)的一種特殊方法。

(2)裝配設(shè)計(jì)在工程圖設(shè)計(jì)中的作用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要出產(chǎn)品總裝圖紙,而且會在產(chǎn)品總裝圖中生成各零部件的材料明細(xì)表,并且在裝配視圖中標(biāo)注零件序號,這就需要在出圖之前,先做好產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì),然后將產(chǎn)品裝配結(jié)果導(dǎo)入到工程圖中出圖,最終生成零部件材料明細(xì)表和零件序號,所以裝配設(shè)計(jì)直接決定著產(chǎn)品總裝出圖!

(3)裝配設(shè)計(jì)在自頂向下設(shè)計(jì)中的作用

在SOLIDWORKS中并沒有專門的自頂向下設(shè)計(jì)模塊,要進(jìn)行產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì),必須在裝配設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行。從這一點(diǎn)來講,學(xué)習(xí)裝配設(shè)計(jì)對自頂向下設(shè)計(jì)的作用是不言而喻的。另外,自頂向下設(shè)計(jì)中框架搭建、骨架模型及控件等各種級別的建立都需要使用裝配設(shè)計(jì)中的一些工具來完成,所以裝配設(shè)計(jì)的掌握與運(yùn)用直接關(guān)系到自頂向下設(shè)計(jì)的掌握與運(yùn)用!

(4)裝配設(shè)計(jì)在動畫與運(yùn)動仿真中的作用

在動畫與運(yùn)動仿真中,首先要設(shè)計(jì)動畫仿真模型,這需要借助裝配設(shè)計(jì)或自頂向下設(shè)計(jì)來完成,然后要根據(jù)動畫仿真要求進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配,也就是在產(chǎn)品裝配連接位置添加合適的運(yùn)動副關(guān)節(jié),保證機(jī)構(gòu)有合適的自由度,這也是動畫仿真的必要條件,這項(xiàng)工作同樣需要在裝配設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行。

(5)裝配設(shè)計(jì)在產(chǎn)品高級渲染中的作用

產(chǎn)品高級渲染中,經(jīng)常需要對整個(gè)裝配產(chǎn)品進(jìn)行渲染,這個(gè)需要在裝配環(huán)境中進(jìn)行。另外,即使渲染對象不是裝配產(chǎn)品,單個(gè)零件的渲染也需要在裝配環(huán)境中進(jìn)行渲染構(gòu)圖的設(shè)計(jì),即按照渲染視覺效果要求,將單個(gè)零件進(jìn)行必要的擺放,也就是我們生活中說的擺拍或擺姿勢。這樣做的目的主要是增強(qiáng)渲染的層次感與真實(shí)感。所以裝配構(gòu)圖直接影響著最終渲染視覺效果!

(6)裝配設(shè)計(jì)在管道設(shè)計(jì)中的作用

在管道設(shè)計(jì)中,首先需要準(zhǔn)備管道系統(tǒng)文件。管道系統(tǒng)文件的設(shè)計(jì)一般借助裝配設(shè)計(jì)或自頂向下設(shè)計(jì)來完成。另外,管道設(shè)計(jì)中很多管道線路的設(shè)計(jì)與管路元件的添加原理都與裝配設(shè)計(jì)原理類似,學(xué)習(xí)并掌握裝配設(shè)計(jì)有助于我們對管道設(shè)計(jì)的理解與掌握!

(7)裝配設(shè)計(jì)在電氣設(shè)計(jì)中的作用

在電氣設(shè)計(jì)中,首先需要準(zhǔn)備電氣系統(tǒng)文件。電氣系統(tǒng)文件的設(shè)計(jì)一般借助裝配設(shè)計(jì)或自頂向下設(shè)計(jì)來完成。另外,電氣設(shè)計(jì)中很多電氣線路的設(shè)計(jì)與電氣元件的添加原理都與裝配設(shè)計(jì)原理類似,學(xué)習(xí)并掌握裝配設(shè)計(jì)有助于我們對電氣設(shè)計(jì)的理解與掌握!

(8)裝配設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)分析中的作用

結(jié)構(gòu)分析中除了對零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析外,還經(jīng)常需要對整個(gè)產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。如果是對裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,首先需要考慮裝配簡化的問題,就是將復(fù)雜的裝配問題簡化成簡單的裝配,這將有助于裝配結(jié)構(gòu)的分析,而這項(xiàng)工作主要是在裝配設(shè)計(jì)中進(jìn)行的!

綜上所述,裝配設(shè)計(jì)不僅涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié),同時(shí)還關(guān)系到SOLIDWORKS軟件的進(jìn)一步學(xué)習(xí)與應(yīng)用(基本貫穿整個(gè)SOLIDWORKS軟件的學(xué)習(xí)與使用),是一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)應(yīng)用模塊,一定要引起學(xué)習(xí)上的重視!否則會影響整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作及對軟件高級模塊的學(xué)習(xí)與掌握!

4.1.2　裝配設(shè)計(jì)環(huán)境

前面已經(jīng)了解到了裝配設(shè)計(jì)的作用,也意識到了學(xué)習(xí)裝配設(shè)計(jì)的重要性。正因?yàn)檫@個(gè)原因,目前很多CAD軟件都提供了裝配設(shè)計(jì)功能。SOLIDWORKS也提供了專門進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)的模塊及裝配設(shè)計(jì)工具。下面介紹SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)用戶界面,為后面進(jìn)一步學(xué)習(xí)裝配設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

在SOLIDWORKS快捷按鈕區(qū)中單擊“新建”按鈕,系統(tǒng)彈出“新建SOLIDWORKS文件”對話框,在該對話框中單擊按鈕新建裝配文件,如圖4?1所示,此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)環(huán)境,用于產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)。

此處打開ch04 asm\4.1\01\universal_asm文件直接進(jìn)入SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)環(huán)境。SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)用戶界面(圖4?2)與零件設(shè)計(jì)界面非常相似,主要區(qū)別是裝配模型樹及選項(xiàng)卡區(qū)提供的命令不一樣。

(1)裝配模型樹

裝配模型樹體現(xiàn)產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)。如圖4?3所示,模型樹中最上面一級文件為產(chǎn)品總裝配文件,其下文件為裝配中的零部件。裝配總文件是由裝配中的零部件裝配而成的(本例中的universal是由base_part和connector_pin等多個(gè)零件裝配而成的)。裝配模型樹最下面是裝配設(shè)計(jì)中所使用的配合類型。

裝配模型樹還體現(xiàn)產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)順序。裝配產(chǎn)品按照從上到下的順序依次裝配,本例裝配順序是先裝配base_part零件,然后再裝配connector_pin零件及其余零件。

在裝配模型樹單擊每個(gè)零部件前面的?符號,可以展開零件模型樹,查看零件特征信息,如圖4?4所示,方便以后對裝配中的零部件進(jìn)行編輯與修改。

(2)“裝配”選項(xiàng)卡

“裝配”選項(xiàng)卡如圖4?5所示,其中提供了裝配設(shè)計(jì)常用的命令工具,如“插入零部件”“配合”“爆炸視圖”等。

4.1.3　裝配設(shè)計(jì)過程

為了讓讀者盡快熟悉SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)基本思路及過程,下面以如圖4?6所示的裝配模型為例詳細(xì)介紹產(chǎn)品裝配的一般過程,幫助讀者理解SOLIDWORKS裝配設(shè)計(jì)基本思路及過程,熟悉裝配設(shè)計(jì)環(huán)境及常用裝配工具。

裝配設(shè)計(jì)之前首先要分析裝配結(jié)構(gòu),理解裝配組成關(guān)系,特別是裝配中零件與零件之間的裝配位置關(guān)系,這是在SOLIDWORKS中進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。本例裝配模型主要由如圖4?7所示的底座(base_part)及軸(axle)兩個(gè)零件裝配而成。在裝配中需要保證軸與底座孔的“同軸”關(guān)系,同時(shí)還需要保證軸端面與底座端面的“重合”關(guān)系,如圖4?8所示。下面根據(jù)此處的裝配分析在SOLIDWORKS中進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。

(1)新建裝配文件

在SOLIDWORKS快捷按鈕區(qū)中單擊“新建”按鈕,系統(tǒng)彈出“新建SOLIDWORKS文件”對話框,在該對話框中單擊按鈕新建裝配文件,進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)環(huán)境后關(guān)閉所有對話框,在快捷按鈕區(qū)中單擊“保存”按鈕,系統(tǒng)彈出如圖4?9所示的“另存為”對話框,在該對話框中設(shè)置保存位置及保存名稱(joint_asm),單擊“保存”按鈕。

說明:在新建裝配文件后一般不要急著開始裝配。首先要考慮裝配文件管理問題,就是要將裝配好的文件保存在哪個(gè)位置。一般情況下需要將裝配文件與各個(gè)零件保存在一起,便于以后管理與打開。新建裝配文件后先進(jìn)行保存,方便在裝配設(shè)計(jì)過程中直接從設(shè)置的保存文件夾中調(diào)取零部件進(jìn)行裝配,在完成最終裝配設(shè)計(jì)后再次單擊“保存”按鈕,系統(tǒng)自動將裝配文件與零件保存在此處設(shè)置的文件夾中。這是實(shí)際裝配設(shè)計(jì)中非常重要的設(shè)計(jì)習(xí)慣,讀者一定要注意理解!

(2)裝配基礎(chǔ)零件(底座零件base_part)

完成裝配文件新建后,首先裝配基礎(chǔ)零件。所謂基礎(chǔ)零件就是在整個(gè)裝配設(shè)計(jì)中需要第一個(gè)裝配的零件。本例需要先裝配底座(base_part)零件,該零件將作為整個(gè)裝配產(chǎn)品的“裝配基準(zhǔn)”,決定著其他所有零件的位置定位。對于基礎(chǔ)零件的裝配,一般情況下需要將零件的原點(diǎn)與裝配原點(diǎn)重合,然后固定在裝配環(huán)境中,下面具體介紹。

在“裝配”選項(xiàng)卡中單擊“插入零部件”按鈕,系統(tǒng)彈出如圖4?10所示的“插入零部件”對話框及如圖4?11所示的“打開”對話框,在“打開”對話框中選擇需要裝配的零件(base_part),單擊“打開”按鈕,然后直接單擊“插入零部件”對話框中的按鈕,系統(tǒng)將選擇零件的原點(diǎn)與裝配原點(diǎn)重合并固定,如圖4?12所示。

說明:完成基礎(chǔ)零件裝配后,模型樹中零件前面括號中顯示“固定”表示零件是固定在裝配環(huán)境中的,模型與裝配原點(diǎn)之間無法移動。

(3)裝配其余零件(軸零件axle)

完成基礎(chǔ)零件裝配后,需要根據(jù)實(shí)際裝配位置關(guān)系裝配其余零件。本例需要裝配軸(axle)零件,根據(jù)裝配之前的分析,要想將軸零件裝配到需要的位置,需要保證軸與底座孔之間的“同軸”關(guān)系及軸端面與底座端面的“重合”關(guān)系,下面具體介紹。

步驟1　插入軸(axle)零件。在“裝配”選項(xiàng)卡中單擊“插入零部件”按鈕,從彈出的“打開”對話框中選擇軸(axle)零件為裝配零件,在如圖4?13所示的位置單擊放置軸零件,完成插入零件操作。

說明:在裝配設(shè)計(jì)中,從第二個(gè)零件的裝配開始一般不能直接在“插入零部件”對話框中單擊按鈕,否則系統(tǒng)還是將零件原點(diǎn)與裝配原點(diǎn)重合。因?yàn)閺牡诙€(gè)零件開始,需要根據(jù)實(shí)際裝配位置關(guān)系進(jìn)行裝配,所以在插入零件后,一般是任意放置一個(gè)位置,然后通過添加裝配配合關(guān)系將零件裝配到需要的位置。

　　步驟2　初步調(diào)整零件。完成零件插入后,為了方便后期添加裝配配合,更是為了提高裝配效率,需要將零件調(diào)整到適合裝配的姿態(tài)。在“裝配”選項(xiàng)卡中單擊“旋轉(zhuǎn)零部件”按鈕,系統(tǒng)彈出如圖4?14所示的“旋轉(zhuǎn)零部件”對話框,然后使用鼠標(biāo)左鍵將零件旋轉(zhuǎn)到如圖4?15所示的姿態(tài),為添加裝配配合做準(zhǔn)備。

說明:完成零件插入后建議讀者不要急著添加裝配配合關(guān)系。如果插入零件當(dāng)前姿態(tài)與需要裝配的最終位置差距比較大,即使選擇的配合對象和配合類型是正確的,也有可能得到錯(cuò)誤的裝配結(jié)果,所以需要先調(diào)整初始位置,這樣能夠提高裝配效率。

步驟3　添加裝配配合。在SOLIDWORKS中進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)是基于在零件之間添加合適的裝配配合實(shí)現(xiàn)的。所謂裝配配合就是指零件與零件之間的位置關(guān)系。在“裝配”選項(xiàng)卡中單擊“配合”按鈕,系統(tǒng)彈出如圖4?16所示的“配合”對話框,使用該對話框添加裝配配合。根據(jù)之前的分析,本例需要添加一個(gè)“同軸”配合和一個(gè)“重合”配合。

① 添加“同軸”配合。選擇軸上圓柱面與底座孔圓柱面,在系統(tǒng)彈出的如圖4?17所示的快捷工具條中單擊“同軸心”按鈕,表示約束選擇的兩個(gè)圓柱面“同軸”裝配,結(jié)果如圖4?18所示。

② 添加“重合”配合。選擇軸上任意端面與底座上對應(yīng)一側(cè)的端面,在系統(tǒng)彈出的如圖4?19所示的快捷工具條中單擊“重合”按鈕,表示約束選擇的兩個(gè)端面“重合”裝配,結(jié)果如圖4?6所示。

③ 結(jié)束配合添加。添加所有需要的配合后,在“配合”對話框中單擊按鈕,結(jié)束配合添加,在裝配模型樹中展開“配合”節(jié)點(diǎn),如圖4?20所示。

說明:完成配合添加后,在模型樹中軸零件前面括號中顯示“?”,表示軸零件還沒有完全約束。因?yàn)楸纠惶砑恿藘蓚€(gè)配合關(guān)系,表示軸零件只受到兩個(gè)“限制”,而這兩個(gè)“限制”不足以將軸完全約束住,此時(shí)軸零件在底座孔中是可以轉(zhuǎn)動的。但是就本例或類似裝配來講,這種轉(zhuǎn)動并不影響實(shí)際裝配效果,所以此處添加兩個(gè)裝配配合足夠了,如果一定需要將軸零件完全約束,還需要添加更多的約束,此處不再贅述。

(4)保存裝配文件

完成裝配設(shè)計(jì)后,在快捷按鈕區(qū)中單擊“保存”按鈕保存裝配文件。因?yàn)樵谛陆ㄑb配文件后已經(jīng)保存過文件,所以此處單擊“保存”按鈕后,系統(tǒng)將裝配文件自動保存在前面設(shè)置的文件夾中。此時(shí)裝配文件與零件文件保存在同一個(gè)文件夾中,方便后期管理。此后在拷貝裝配文件時(shí)一定要將裝配文件連同零件文件一起拷貝,如果只拷貝裝配文件,其他文件會因?yàn)閬G失造成打開失敗!