基于CAD/CAE集成的零件變型設計系統開(kāi)發(fā)
針對目前零件產(chǎn)品設計周期長(cháng)、成本高的問(wèn)題，提出了一種基于CAD/CAE 集成的變型設計方法。通過(guò)總結系列化產(chǎn)品CAE 的特點(diǎn)，給出了參數化的CAE 分析基本流程框架。結合參數化變型設計和參數化CAE 分析流程，建立了基于CAD/CAE 集成的變型設計方法。采用Visual C + + 開(kāi)發(fā)平臺，利用Jscript 技術(shù)，基于Solidworks 和ANSYS Workbench 系統實(shí)現了CAD/CAE 集成變型設計過(guò)程。以機床橫梁為例，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于CAD/CAE 集成的變型設計系統，對上述方法和系統進(jìn)行了驗證。
隨著(zhù)現代化工業(yè)的高速發(fā)展，制造業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設計在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中占據了越來(lái)越重要的地位。以往，在產(chǎn)品結構的設計階段，通常借鑒曾經(jīng)生產(chǎn)制造過(guò)的相關(guān)零件，或者比較別人的相關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行，有時(shí)也采用測試已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的零件產(chǎn)品物理樣機性能的方法來(lái)衡量設計出來(lái)的產(chǎn)品是否達到所預定的指標。然而在產(chǎn)品結構的設計階段都存在不同程度的缺點(diǎn)，比如成本高、周期長(cháng)、準確度低等，已成為制約我國現代制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。從而，許多研究者針對該情況引進(jìn)了變型設計方法。
變型設計方法能夠快速地設計產(chǎn)品原型，降低產(chǎn)品設計成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而以類(lèi)似大批量生產(chǎn)的效率和成本生產(chǎn)出個(gè)性化的產(chǎn)品，是實(shí)施大規模制定生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。該方法是在保持產(chǎn)品基本功能、基本原理和基本結構不變的前提下，對產(chǎn)品的局部功能和結構進(jìn)行調整和變更，以滿(mǎn)足不同工作性能的要求。變型設計作為一種高效、穩健的設計方法已經(jīng)存在了許多年，但是這種設計方法依然存在不少缺陷，研究人員仍在不斷改進(jìn)使之與設計人員的期望不斷接近。當所設計產(chǎn)品零件幾何形狀復雜，設計計算難度大、設計計算過(guò)程復雜，產(chǎn)品性能要求高時(shí)，需要經(jīng)驗豐富的高水平技術(shù)人員結合產(chǎn)品仿真分析才能完成。面對設計們反復繁瑣的設計，面對客戶(hù)的高性能要求以及企業(yè)的高效快速的方針，制造業(yè)迫切需要一種能解決高效和低成本的基于CAD/CAE 集成的滿(mǎn)足工程約束的快速變型設計方法。
1、參數化變型設計技術(shù)
目前變型設計技術(shù)在制造業(yè)中得到廣泛的應用，技術(shù)方法也越來(lái)越成熟，其中基于參數化方法的變型設計技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步。參數化技術(shù)是目前計算機輔助設計中最重要的建模技術(shù)之一，作為產(chǎn)品建模的一個(gè)重要手段，在系列化產(chǎn)品設計中得到了廣泛的應用。參數設計的本質(zhì)是基于約束的產(chǎn)品描述方法，用一組參數約束幾何圖形的一組結構尺寸，參數與尺寸之間顯示對應，可通過(guò)尺寸值驅動(dòng)幾何圖形。通常，零件尺寸參數分為不變參數、可變參數和導出參數。其中，可變參數是指在零件的所有變型中可以改變的參數，即是可以直接控制模型結構形狀特性變化的參數; 不變參數是指在零件的所有變型中始終保持不變的參數即基本不必要改動(dòng)的參數; 導出參數是指通過(guò)其他參數的計算間接得到的參數即通過(guò)參數間建立某種關(guān)聯(lián)間接控制某些結構形狀的參數。
圖1 聯(lián)軸器零件的尺寸參數
在圖1 聯(lián)軸器零件的尺寸參數中，可將尺寸參數A、B、C、D、L 為可變參數; 將DAA、DAB、DAC、DAD、DAE、DAF 為導出參數，對導出參數設計約束關(guān)系式，通過(guò)約束關(guān)系式對導出參數間接獲取。設計人員只需對可變參數進(jìn)行修改，即可約束導出參數所對應的尺寸值，生成一組新的結構尺寸，最后快速的生成新的零件。
5、結論
通過(guò)對參數化技術(shù)的零件變型設計方法研究，提出了一種基于CAD/CAE 集成的橫梁零件變型設計方法，運用CAD二次開(kāi)發(fā)方法實(shí)現橫梁產(chǎn)品的參數化實(shí)體建模，通過(guò)了CAE參數化分析并運用Jscript 語(yǔ)言對AWE 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現橫梁參數化自動(dòng)的仿真分析過(guò)程，開(kāi)發(fā)了一個(gè)面向產(chǎn)品快速變型設計的CAD/CAE 集成系統。本系統縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的設計效率和設計質(zhì)量，降低了設計成本，增強了市場(chǎng)競爭能力，為分析人員節省重建模型和模型修改等重復性工作，為機械行業(yè)提供了一種快速變型設計系統。
