0引言
一般而言,工程机械臂是多输入输出、高非线性、强耦合的多体系统。机械臂基于自身动力完成多种
作业需求,可用于装备制造、焊接检测、重型装配等生产环节,在矿山机械、智慧交通、航空航天、
军工制造等诸多领域有着广泛应用
[1]
。现代化工业技术飞速发展,社会生产规模大、自动化程度高,
工程机械在整个生产建设中发挥着越来越重要的作用。机械臂是各种工程机械设施的主要组成部件之
一,其动力学特性决定了工程机械整机的性能发挥。工程机械臂作业工况在一般情形下较为恶劣,所
受载荷复杂。因此,为保证机械臂可靠运行、安全作业并提高工作效率,对其结构进行优化设计尤为
必要
[2]
。
在机械臂结构设计中,传统的产品设计方案是根据设计需求,参考同类产品的经验数据,凭借一定理
论判断以选定设计参数,再进行校核计算
[3]
。其结构复杂,如果对每个零件进行个性化设计,会导致
工作量大、开发周期长、效率低下等问题
[4]
。随着计算机技术的普及,产品设计技术日益成熟,计算
机辅助设计已成为现代制造业的发展新趋势,在 CAD 技术的实际应用中,参数化设计技术是目前主
流的发展方向之一。所谓参数化设计是指将模型中的约束信息变量化,使之成为可以调整的参数,给
变量化参数赋以不同数值,就可以得到不同大小和不同形状的零件模型,这种设计方法效率高、实现
简单、可移植性强,对形状或功能相似的产品设计具有重要意义
[5]
。用户在设计轮廓时无需准确定位
和定形,只需勾画出大致轮廓,然后通过修改标注的尺寸值以达到最终形状,或者只需将邻近的关键
部分定义为几个参数,通过对参数的修改实现产品设计
[6]
。参数化设计在机械臂机械结构中的应用不
仅极大地提高了设计和绘图效率,而且体现出很高的应用价值
[7]
。
目前,Chugunov 等
[8]
研究了 SolidWorks 二次开发程序在实际应用和优化方面的问题,对参数化建
模与界面实现进行了比较全面的概述; Yu
[9]
系统阐述了基于 SolidWorks 的参数化设计和智能化装配
工作原理及简单的开发方法,以上方法提供了参数化设计思路,但未进行相关实际应用; Reddy 等
[10]
基于 SolidWorks API(Application Programming Interface)开发了一套智能化的轴承设计
数据库;张小鹏等
[11]
基于 SolidWorks 实现了球阀阀体参数化设计,该方法解决了参数化设计过程中
零部件的自动生成问题,但并未涉及复杂装配问题;刘宏新等
[12 ]
采用关联尺寸链驱动复杂结构的关键
参数,该方法解决了参数化设计过程中的数据冲突,但未准确定义装配关系。
综上所述,机械设计过程中的参数化技术得到了广泛运用,提高了产品设计效率与企业竞争力,但其
在工程机械臂结构设计领域的应用还处于初步阶段。因此,本文开展工程机械臂的参数化设计方法研
究,以六自由度工程机械臂为对象,开发出一套可视化操作界面的参数化设计系统,设计人员输入相
关零部件基本参数,系统可精准、快速生成机构的零部件、装配体三维模型以及工程图,避免了大量
繁琐建模工作,成功实现了产品快速设计系统,从而极大缩短了产品设计周期、节约了开发成本。同
时,降低了对设计人员的专业要求,能够满足当代机械臂结构设计过程中的个性化与定制化新需求,
为机械臂结构设计问题提供了一种通用的新方法。
1SolidWorks 二次开发技术
参数化设计大多数通过三维软件(如 SolidWorks、Pro/E、CATIA、UG 等)进行二次开发,以实现
在输入基本参数的情况下自动建立零件的三维模型
[13 ]
。SolidWorks 是一套基于 Windows 平台的优
秀三维设计软件,具有用户界面友好、上手快的优点,采用特征建模、变量化驱动可方便地实现三维
建模、装配并生成工程图。
1.1SolidWorks 二次开发方法
尺寸驱动法与程序驱动法为 SolidWorks 二次开发的两种主要方法。尺寸驱动法基于零件模型结构不
变,通过编写程序语言改变现有零件模型的相关尺寸以实现参数化建模。程序驱动法又称模型驱动法 ,
是通过应用程序将零件三维建模的全过程严格按照顺序完成构建。两种方法都可以实现参数化建模,
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