利用solidworks提高零件結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)質(zhì)量的途徑

利用solidworks提高零件結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)質(zhì)量的途徑

隨著教育改革的深入，現(xiàn)代教育手段在機(jī)械制造的基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用越來(lái)越必要。機(jī)械制造基礎(chǔ)課程理論廣泛,信息涵蓋量大,與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)中“零件結(jié)構(gòu)工藝性”部分是學(xué)生較難理解和接受的內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程中,零件結(jié)構(gòu)工藝性部分的內(nèi)容由于涉及零件種類、形狀繁多,影響結(jié)構(gòu)工藝性的因素復(fù)雜,而且需要學(xué)生具有實(shí)踐知識(shí)和較強(qiáng)的立體空間想象力,因此學(xué)生要想深入、全面地理解和掌握這部分知識(shí)比較困難。Solidworks除了具有三維設(shè)計(jì)能力外,還能進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析。將Solidworks的強(qiáng)大功能充分利用并應(yīng)用到零件結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)中,使復(fù)雜抽象的結(jié)構(gòu)工藝性原理變得簡(jiǎn)單、清晰,增加學(xué)生對(duì)這一部分知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣,也有利于對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的理解和記憶。本文分析零件結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)存在的問(wèn)題,簡(jiǎn)介Solidworks建模、仿真原理,探討運(yùn)用Solidworks對(duì)孔類零件結(jié)構(gòu)的切削加工工藝性和軸、孔類零件結(jié)構(gòu)的裝配工藝性問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的方法。1solidford機(jī)械零件或產(chǎn)品除要滿足使用性能要求外,還要滿足結(jié)構(gòu)工藝性要求,即零件或產(chǎn)品在一定生產(chǎn)類型及條件下,能用生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)量小、材料消耗少和生產(chǎn)成本低的加工方法制造出來(lái)。零件結(jié)構(gòu)工藝性需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件,例如生產(chǎn)批量、設(shè)備條件和加工方法等來(lái)確定,而且,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新工藝、新設(shè)備不斷出現(xiàn),零件結(jié)構(gòu)工藝性也會(huì)隨之發(fā)生變化?？芍?要真正地理解具體產(chǎn)品或零件結(jié)構(gòu)工藝性的優(yōu)劣,就需要在了解相應(yīng)的工藝方法及設(shè)備原理的基礎(chǔ)上,將問(wèn)題放在具體條件下,進(jìn)行對(duì)比分析。而在課堂教學(xué)過(guò)程中,若僅靠文字說(shuō)明和黑板的手繪圖形來(lái)描述各種具體的零件結(jié)構(gòu)工藝性,效果非常差,學(xué)生往往感覺(jué)很難接受。如果能將具體的加工過(guò)程動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出來(lái),并對(duì)不同零件結(jié)構(gòu)下,零件加工或裝配工藝過(guò)程進(jìn)行對(duì)比演示,便會(huì)使學(xué)生有身臨其境的感覺(jué),容易理解和掌握。Solidworks是公認(rèn)的易學(xué)、易用、界面友好,操作過(guò)程直觀、簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件。Solidworks的運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)畫(huà)制作是通過(guò)其插件Animator軟件完成的。默認(rèn)情況下,系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)未啟動(dòng)Animator,要在Solidworks下使用Animator,就必須進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng),具體方法為:進(jìn)入工具菜單,選擇“插件”選項(xiàng),在插件中Animator前的復(fù)選框上打鉤,然后點(diǎn)擊確定,此時(shí)屏幕上會(huì)出現(xiàn)Animator的工具欄。Animator可以通過(guò)對(duì)零件設(shè)置路徑點(diǎn)來(lái)精確實(shí)現(xiàn)路徑動(dòng)畫(huà),路徑點(diǎn)是零件由一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),這里的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng)類型、極限位置、速度等,Animator工具欄第一部分是動(dòng)畫(huà)設(shè)置工具,用來(lái)設(shè)置完成動(dòng)畫(huà)的路徑,第二部分是動(dòng)畫(huà)播放控制工具,第三部分是錄制動(dòng)畫(huà)部分,可以將做好的動(dòng)畫(huà)渲染成影像文件。2零件切削加工的工藝性教學(xué)應(yīng)用孔類零件的加工問(wèn)題是實(shí)際生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題,孔類零件的結(jié)構(gòu)工藝性好壞,直接影響零部件的加工、使用性能,以鏜孔加工零件結(jié)構(gòu)的切削加工工藝性為例,論述基于Solidworks的三維動(dòng)態(tài)模擬方法在零件切削加工工藝性教學(xué)中的作用。2.1建立活性刀及其裝配孔要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬,必須首先建立模擬對(duì)象的三維模型,鏜孔加工零件建模的具體步驟如下:(1)建立鏜刀零件圖,利用工具建立一個(gè)圓柱體、并以中間基準(zhǔn)面為中心建立立方體和三菱柱,形成鏜刀,為增強(qiáng)真實(shí)感并且在模擬加工零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)顏色突出,選擇零件顏色為黑色,材質(zhì)為金屬(如圖1所示)。(2)建立鏜刀桿零件圖,利用工具建立一個(gè)圓柱體,在軸線上等距位置打3個(gè)孔,選擇零件顏色為銀白色,材質(zhì)為金屬(如圖2所示)。(3)建立鏜刀裝配圖,將3個(gè)不同尺寸的鏜刀零件和一個(gè)鏜刀桿零件分別移入裝配圖,以孔與軸同軸,鏜刀片與刀桿上多個(gè)孔的中心面平行,孔端部與鏜刀圓柱端面相切為約束,進(jìn)行裝配(如圖3所示)。(4)建立被加工工件零件圖,先草繪出凹多邊形,利用“旋轉(zhuǎn)”工具,形成具有階梯孔的兩個(gè)不同圓柱體,為了在加工動(dòng)態(tài)模擬時(shí)便于演示出內(nèi)部孔的被加工狀態(tài),設(shè)置零件為半透明狀態(tài),同時(shí)為了取得較好的視覺(jué)效果,給學(xué)生以清晰、明快的感覺(jué),為零件設(shè)置較鮮艷的綠色、黃色(如圖4和圖5所示)。2.2自動(dòng)展示動(dòng)畫(huà)為了讓學(xué)生充分理解不同結(jié)構(gòu)零件在鏜削加工過(guò)程中結(jié)構(gòu)工藝性的不同,掌握影響鏜削加工零件結(jié)構(gòu)工藝性的因素,需進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性好與差的兩類零件的鏜削加工動(dòng)態(tài)模擬,具體動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:用鼠標(biāo)拖動(dòng)時(shí)間滑竿到15秒處,轉(zhuǎn)到工作區(qū)域,利用鼠標(biāo)拖動(dòng)鏜刀裝配體到目標(biāo)位置,此時(shí)狀態(tài)欄中出現(xiàn)兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),將鼠標(biāo)在20秒處添加關(guān)鍵點(diǎn),點(diǎn)擊“自動(dòng)展示”按鈕,設(shè)置自動(dòng)展示動(dòng)畫(huà),拖動(dòng)時(shí)間滑竿到20秒處,將鼠標(biāo)在30秒處添加關(guān)鍵點(diǎn),利用鼠標(biāo)拖動(dòng)鏜刀裝配體從目標(biāo)位置回到原來(lái)位置。此時(shí)點(diǎn)擊左側(cè)的動(dòng)畫(huà)按鈕,選擇動(dòng)畫(huà),并點(diǎn)擊播放動(dòng)畫(huà),即可將前面制作的動(dòng)畫(huà)播放出來(lái),并可控制動(dòng)畫(huà)的播放模式。點(diǎn)擊保存按鈕,將動(dòng)畫(huà)保存為avi格式文件。為了方便地展示不同結(jié)構(gòu)工藝性零件在不同加工階段的鏜削加工效果,進(jìn)行了結(jié)構(gòu)工藝性好和結(jié)構(gòu)工藝性差的孔類零件鏜削加工對(duì)比(如圖6和圖7所示),通過(guò)實(shí)體的三維再現(xiàn)和生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)對(duì)比,可以明顯看出具有三階梯孔結(jié)構(gòu),且中間孔徑大的孔類零件結(jié)構(gòu)工藝性差,尺寸大的鏜刀無(wú)法穿過(guò)小孔去加工中間的大孔,而改進(jìn)成兩階梯孔結(jié)構(gòu)的零件在相同的鏜刀安裝方式下,則可以順利實(shí)現(xiàn)鏜削加工,因此,在鏜削加工時(shí)該種結(jié)構(gòu)零件的結(jié)構(gòu)工藝性好。3零件結(jié)構(gòu)的工藝性模擬軸、孔零件結(jié)構(gòu)裝配工藝性將影響零部件的安裝和使用,以具有降低切削加工難度,克服過(guò)定位特性的軸、孔類零件結(jié)構(gòu)的裝配工藝性為例,論述Solidworks的三維動(dòng)態(tài)模擬方法在零件結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)中的作用。3.1動(dòng)態(tài)模擬與三維體驗(yàn)(1)在草繪模式建立階梯多邊形,利用旋轉(zhuǎn)工具建立階梯圓柱體,倒角,形成階梯軸(如圖8所示)。(2)在草繪模式繪制正方形,利用拉伸工具建立立方體模型,并反向拉伸出盲孔和通孔零件(如圖9所示)。為了讓學(xué)生理解由于零件設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致裝配過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)定位問(wèn)題,使得零件在加工制造時(shí)必須嚴(yán)格控制加工精度,以至于加工難度增加的現(xiàn)象,通過(guò)相同尺寸的3個(gè)階梯軸與深度尺寸不同的3個(gè)盲孔零件裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬來(lái)展示問(wèn)題。同時(shí),設(shè)計(jì)了長(zhǎng)度尺寸不同的2個(gè)階梯軸與帶通孔零件裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬,以展現(xiàn)無(wú)過(guò)定位裝配的軸、孔零件可降低其制造時(shí)加工難度的問(wèn)題(如圖10和圖11所示)。通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬,可直觀地感受到當(dāng)階梯軸零件與不同深度盲孔配合時(shí),階梯軸零件底平面和階梯平面都能作為定位面,導(dǎo)致定位不統(tǒng)一,必須在加工時(shí)通過(guò)嚴(yán)格的尺寸精度限制孔深度和階梯軸的長(zhǎng)度,以保證定位統(tǒng)一,將盲孔改成通孔之后,不存在過(guò)定位問(wèn)題,裝配時(shí)軸向定位面只有階梯平面一個(gè),因此完全不用考慮階梯軸長(zhǎng)度方向的尺寸精度。以Solidworks三維設(shè)計(jì)軟件為工具,針對(duì)零件結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題中典型結(jié)構(gòu),建立了多類零件三維實(shí)體模型圖,多個(gè)零件組裝三維圖;將抽象的零件結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題進(jìn)行多角度對(duì)比,并分別給出立體性較強(qiáng)的三維實(shí)體效果。創(chuàng)