基于Solidworks Composer的多軸滑臺斜拉機構裝配可視化研究

陳鑫+仲梁維+刁麗慧

摘 要：以AutoCAD和Solidworks為平臺，建立多軸滑臺斜拉機構的三維模型，采用Solidworks Composer 軟件進行模型集成，將 Solidworks等CAD軟件產品導入，經過編輯輸出多軸滑臺斜拉機構的演示動畫和高清圖片。使用渲染、虛擬裝配、運動仿真等功能，初步實現了多軸滑臺斜拉機構裝配工藝的可視化。實際操作證明，Solidworks Composer軟件對多軸滑臺斜拉機構進行的裝配仿真，實現了多軸滑臺斜拉機構的裝配可視化效果，有利于用戶學習和檢查實際的裝配過程，加深對多軸滑臺斜拉機構的結構理解。

關鍵詞：多軸滑臺斜拉機構；虛擬裝配

DOIDOI：10.11907/rjdk.172638

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0158-03

0 引言

動畫技術作為一個直觀生動的技術應用在多個領域。工業動畫能夠更加具體、完好、互動地展現企業的產品。多媒體產品動畫有很多優勢，可以使用戶非常直觀地了解產品的結構特征及產品的工作原理。Solidworks Composer是一個獨特新穎的能夠進行仿真的軟件平臺，Solidworks Composer可以讀取目前主流的CAD三維模型，可以進行形象的仿真動畫，演示三維裝配過程。

本文以多軸滑臺斜拉機構為例，使用Solidworks Composer對其進行三維裝配仿真動畫制作，介紹了Solidworks Composer制作三維裝配動畫的方法和步驟。

1 Solidworks Composer平臺

Solidworks Composer改變了用戶建立虛擬模型的方法。Solidworks Composer可以使用部分文字和多功能視圖以及靈活的動畫表達復雜的產品。

Solidworks Composer可使用三維建模軟件建立的文件，數據來源于3D CAD系統而不需要轉換格式。用戶不用進行任何的CAD軟件相關的知識或技能培訓，可通過短暫的學習即可使用Solidworks Composer。

Solidworks Composer可讓用戶以文檔的方式進行增補，不用重復操作便可更新所有的文件資料。Solidworks Composer不用學習任何編程技巧，用戶也不用具備任何輸出固有格式的專業能力[1]。

2 多軸滑臺斜拉機構模型建立

采用Solidworks建立多軸滑臺斜拉機構的三維模型，并將建好的三維模型導入Solidworks Composer軟件中，如圖1所示。多軸滑臺斜拉機構主要由側面機架、側面機架中間橫板、多軸滑臺部分機架、滑動軸承、伺服電缸以及頂端固定裝置等組成。

3 多軸滑臺斜拉機構裝配工藝

3.1 裝配工藝流程

裝配工藝規劃包括裝配單元劃分、裝配路徑選擇以及裝配順序的確定。裝配現場的真實環境不能在該平臺上仿真，裝配路徑需要保證零件在裝配過程中不發生碰撞和干涉。裝配順序確定采用拆卸法，假定零件的裝配和拆卸是可逆的，通過分析確定零件的拆卸順序得到零件的裝配順序。根據“可拆卸裝配”原則，部件的裝配順序是粗箭頭流向。圖2為多軸滑臺斜拉機構的裝配流程。

3.2 裝配工藝可視化實現

裝配工藝三維可視化，是一種有別于傳統裝配工藝過程卡和裝配工序卡的裝配展示形式，主要功能是對裝配過程進行三維仿真[2]。對于多軸滑臺斜拉機構，在裝配仿真過程中，需要結合多軸滑臺斜拉機構的裝配工藝，以左、右側面機架為支撐架，對多軸滑臺部分機架和伺服電缸進行分步裝配，動畫中不同的關鍵幀對應相應的裝配步驟。裝配工藝的可視化將傳統的CAD模型和裝配工藝信息結合起來，形成了可視化的裝配工藝系統，其中包括裝配工藝規劃、創建裝配動畫視頻、干涉檢查、后處理等。

3.3 三維模型創建

Solidworks是達索系統（Dassault Systemes S.A）的子公司，主要對機械設計軟件的視窗產品進行研發和銷售，全球發售的Solidworks軟件使用許可已達到28萬左右。Solidworks軟件使用了Windows OLE技術、由劍橋提供的parasolid內核技術、可視化直觀設計技術和先進的第三方軟件集成加工技術，已經成為全世界用戶最多、使用最方便的三維設計軟件[3]。建立多軸滑臺斜拉機構的模型主要使用Solidworks中的零件設計和裝配設計模塊完成。

3.3.1 零件設計

根據多軸滑臺斜拉機構的設計圖紙，建立多軸滑臺斜拉機構的所有零件的三維模型。在建立三維模型之前，首先考慮建模順序。多軸滑臺斜拉機構主要由側面機架、側面機架中間橫板、多軸滑臺部分機架、滑動軸承、伺服電缸、頂端固定裝置等部分組成。在Solidworks中建模步驟：①使用Solidworks中的草圖編輯功能建立各個零件的外形輪廓。②退出草圖編輯模塊，在特征設計模塊中使用各種命令如拉伸、旋轉、切除、鏡像、拔模、抽殼等，建立三維模型的實體特征。

3.3.2 裝配設計

在多軸滑臺斜拉機構各零件建模完成后，要將各個零件根據設計要求組裝起來，建立多軸滑臺斜拉機構的裝配體。使用Solidworks的裝配體模塊，將前面創建好的零件導入裝配體模塊中，使用裝配體設計中的配合功能實現各零件間的配合[4]。本文使用Solidworks軟件對多軸滑臺斜拉機構進行零部件裝配。使用“自底而上”的裝配方法，在Solidworks零件裝配模型完成后，進行裝配體的靜態干涉檢查，確保零部件不存在干涉。

4 模型三維仿真

4.1 裝配演示動畫制作

打開Solidworks Composer軟件，導入多軸滑臺斜拉機構三維模型，左側窗口顯示裝配體的裝配結構樹狀圖，可以觀察到多軸滑臺斜拉機構的各個零件以及結構。在主頁界面，點擊動畫按鈕，可以看到窗口下方的時間軸界面，點擊自動關鍵幀，讓自動關鍵幀處于激活狀態[5]。自動關鍵幀模式會記錄角色所有的位置和屬性變化，這種模式使得創建動畫更為簡便。圖3為時間軸功能條。endprint

本次動畫設置時間為40s，在時間軸的兩個時間點上分別設置不同關鍵幀，這樣就會形成一系列的靜態連續畫面，視覺上產生動畫效果，從而達到繪制動畫的目的。為了更直觀和主動地看到裝配過程，本次動畫制作還使用了視圖功能來查看和操作單次的裝配步驟。

視圖的使用對裝配動畫是一個補充和完善。可以選擇某一步裝配步驟進行單次操作，也可以返回之前的步驟，從而使得動畫更加人性化。裝配步驟的切換和視圖間的連接可通過創建2D文本框列舉菜單，對文本框進行視圖鏈接。在“渲染”菜單中，可以對模型自身的顯示效果進行個性化設置，也可通過不同的燈光效果，如聚光光源、定位光源、定向光源對模型進行不同的效果顯示[6]。

Solidworks Composer可以使用可視化效果來增加動畫的逼真程度，可根據需要增加“淡入”或者“淡出”效果，通過適當延長熱點軌跡間隔時間來避免實際熱點效果閃動太快。

在多軸滑臺斜拉機構的裝配動畫制作完成后，即使用戶沒有Solidworks Composer軟件環境，也可以播放裝配動畫[7]。操作方法很簡單，只需要在保存文件時將文件保存為 “.avi”格式即可[8]。文件在另存為時，也可使用不同種類的壓縮方式，根據實際需求生成不同大小和清晰度的視頻文件。通常情況下，大部分用戶可通過觀看多軸滑臺斜拉機構的裝配動畫進行相應的維系保養操作[9]。

4.2 高清圖片制作

打開Solidworks Composer軟件，將多軸滑臺斜拉機構的裝配動畫導入，使用Solidworks Composer中的消隱、剖切、光影等不同的效果來制作多軸滑臺斜拉機構的高清圖片。在菜單欄中點擊“作者”，選擇“創建”切除面，根據出現的紅色箭頭選擇創建切除面的方向和位置。Solidworks Composer中光影效果的顯示包括模型自身的顯示效果和燈光效果，在菜單欄中選擇“渲染”，選擇不同的模型效果顯示和燈光效果顯示以改變模型的視覺效果。在菜單欄中選擇“主頁”，點擊高分辨率圖像即可創建高清圖片，隨后彈出“工作間”面板可以選擇圖片的像素、分辨率、大小[10]。圖4為多軸滑臺斜拉機構的縱剖視圖。

5 結語

通過采用Solidworks三維建模以及Solidworks Composer軟件對多軸滑臺斜拉機構進行虛擬裝配仿真，實現了多軸滑臺斜拉機構裝配動畫演示。本文進行的基于Solidworks Composer多軸滑臺斜拉機構裝配工藝可視化研究，同樣適用于其它機械裝配工藝。

參考文獻：

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[4] 劉檢華，姚珺，寧汝新.虛擬裝配工藝規劃實現技術研究[J].機械工程學報，2004，40（6）：138-142.

[5] 景武，趙所，劉春曉.基于DELMIA的飛機三維裝配工藝設計與仿真[J].航空制造技術，2012（12）：80-86.

[6] 施志輝，李曉丹.車用柴油機裝配工藝三維可視化技術研究[J].機械工程師，2009（2）：52-55.

[7] 張志利，褚識廣，龍勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液壓元件虛擬裝配仿真[C].全國先進制造技術高層論壇暨第九屆制造業自動化與信息化技術研討會論文集，2010.

[8] 蔡虎.基于3DVIA的虛擬裝配工藝實施方案研究[J].航空制造技術，2012（6）：123-129.

[9] 劉云飛.淺談SolidWorks與3DVIA Composer在工裝設計中的應用[J].中國科技財富，2012（7）：166-167.

[10] 蔡虎.基于3DVIA的虛擬裝配工藝實施方案研究[J].航空制造技術，2012（6）：80-83.endprint