基于Solidworks Composer的多轴滑台斜拉机构装配可视化研究

陈鑫+仲梁维+刁丽慧

摘 要：以AutoCAD和Solidworks为平台，建立多轴滑台斜拉机构的三维模型，采用Solidworks Composer 软件进行模型集成，将 Solidworks等CAD软件产品导入，经过编辑输出多轴滑台斜拉机构的演示动画和高清图片。使用渲染、虚拟装配、运动仿真等功能，初步实现了多轴滑台斜拉机构装配工艺的可视化。实际操作证明，Solidworks Composer软件对多轴滑台斜拉机构进行的装配仿真，实现了多轴滑台斜拉机构的装配可视化效果，有利于用户学习和检查实际的装配过程，加深对多轴滑台斜拉机构的结构理解。

关键词：多轴滑台斜拉机构；虚拟装配

DOIDOI：10.11907/rjdk.172638

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）002-0158-03

0 引言

动画技术作为一个直观生动的技术应用在多个领域。工业动画能够更加具体、完好、互动地展现企业的产品。多媒体产品动画有很多优势，可以使用户非常直观地了解产品的结构特征及产品的工作原理。Solidworks Composer是一个独特新颖的能够进行仿真的软件平台，Solidworks Composer可以读取目前主流的CAD三维模型，可以进行形象的仿真动画，演示三维装配过程。

本文以多轴滑台斜拉机构为例，使用Solidworks Composer对其进行三维装配仿真动画制作，介绍了Solidworks Composer制作三维装配动画的方法和步骤。

1 Solidworks Composer平台

Solidworks Composer改变了用户建立虚拟模型的方法。Solidworks Composer可以使用部分文字和多功能视图以及灵活的动画表达复杂的产品。

Solidworks Composer可使用三维建模软件建立的文件，数据来源于3D CAD系统而不需要转换格式。用户不用进行任何的CAD软件相关的知识或技能培训，可通过短暂的学习即可使用Solidworks Composer。

Solidworks Composer可讓用户以文档的方式进行增补，不用重复操作便可更新所有的文件资料。Solidworks Composer不用学习任何编程技巧，用户也不用具备任何输出固有格式的专业能力[1]。

2 多轴滑台斜拉机构模型建立

采用Solidworks建立多轴滑台斜拉机构的三维模型，并将建好的三维模型导入Solidworks Composer软件中，如图1所示。多轴滑台斜拉机构主要由侧面机架、侧面机架中间横板、多轴滑台部分机架、滑动轴承、伺服电缸以及顶端固定装置等组成。

3 多轴滑台斜拉机构装配工艺

3.1 装配工艺流程

装配工艺规划包括装配单元划分、装配路径选择以及装配顺序的确定。装配现场的真实环境不能在该平台上仿真，装配路径需要保证零件在装配过程中不发生碰撞和干涉。装配顺序确定采用拆卸法，假定零件的装配和拆卸是可逆的，通过分析确定零件的拆卸顺序得到零件的装配顺序。根据“可拆卸装配”原则，部件的装配顺序是粗箭头流向。图2为多轴滑台斜拉机构的装配流程。

3.2 装配工艺可视化实现

装配工艺三维可视化，是一种有别于传统装配工艺过程卡和装配工序卡的装配展示形式，主要功能是对装配过程进行三维仿真[2]。对于多轴滑台斜拉机构，在装配仿真过程中，需要结合多轴滑台斜拉机构的装配工艺，以左、右侧面机架为支撑架，对多轴滑台部分机架和伺服电缸进行分步装配，动画中不同的关键帧对应相应的装配步骤。装配工艺的可视化将传统的CAD模型和装配工艺信息结合起来，形成了可视化的装配工艺系统，其中包括装配工艺规划、创建装配动画视频、干涉检查、后处理等。

3.3 三维模型创建

Solidworks是达索系统（Dassault Systemes S.A）的子公司，主要对机械设计软件的视窗产品进行研发和销售，全球发售的Solidworks软件使用许可已达到28万左右。Solidworks软件使用了Windows OLE技术、由剑桥提供的parasolid内核技术、可视化直观设计技术和先进的第三方软件集成加工技术，已经成为全世界用户最多、使用最方便的三维设计软件[3]。建立多轴滑台斜拉机构的模型主要使用Solidworks中的零件设计和装配设计模块完成。

3.3.1 零件设计

根据多轴滑台斜拉机构的设计图纸，建立多轴滑台斜拉机构的所有零件的三维模型。在建立三维模型之前，首先考虑建模顺序。多轴滑台斜拉机构主要由侧面机架、侧面机架中间横板、多轴滑台部分机架、滑动轴承、伺服电缸、顶端固定装置等部分组成。在Solidworks中建模步骤：①使用Solidworks中的草图编辑功能建立各个零件的外形轮廓。②退出草图编辑模块，在特征设计模块中使用各种命令如拉伸、旋转、切除、镜像、拔模、抽壳等，建立三维模型的实体特征。

3.3.2 装配设计

在多轴滑台斜拉机构各零件建模完成后，要将各个零件根据设计要求组装起来，建立多轴滑台斜拉机构的装配体。使用Solidworks的装配体模块，将前面创建好的零件导入装配体模块中，使用装配体设计中的配合功能实现各零件间的配合[4]。本文使用Solidworks软件对多轴滑台斜拉机构进行零部件装配。使用“自底而上”的装配方法，在Solidworks零件装配模型完成后，进行装配体的静态干涉检查，确保零部件不存在干涉。

4 模型三维仿真

4.1 装配演示动画制作

打开Solidworks Composer软件，导入多轴滑台斜拉机构三维模型，左侧窗口显示装配体的装配结构树状图，可以观察到多轴滑台斜拉机构的各个零件以及结构。在主页界面，点击动画按钮，可以看到窗口下方的时间轴界面，点击自动关键帧，让自动关键帧处于激活状态[5]。自动关键帧模式会记录角色所有的位置和属性变化，这种模式使得创建动画更为简便。图3为时间轴功能条。endprint

本次动画设置时间为40s，在时间轴的两个时间点上分别设置不同关键帧，这样就会形成一系列的静态连续画面，视觉上产生动画效果，从而达到绘制动画的目的。为了更直观和主动地看到装配过程，本次动画制作还使用了视图功能来查看和操作单次的装配步骤。

视图的使用对装配动画是一个补充和完善。可以选择某一步装配步骤进行单次操作，也可以返回之前的步骤，从而使得动画更加人性化。装配步骤的切换和视图间的连接可通过创建2D文本框列举菜单，对文本框进行视图链接。在“渲染”菜单中，可以对模型自身的显示效果进行个性化设置，也可通过不同的灯光效果，如聚光光源、定位光源、定向光源对模型进行不同的效果显示[6]。

Solidworks Composer可以使用可视化效果来增加动画的逼真程度，可根据需要增加“淡入”或者“淡出”效果，通过适当延长热点轨迹间隔时间来避免实际热点效果闪动太快。

在多轴滑台斜拉机构的装配动画制作完成后，即使用户没有Solidworks Composer软件环境，也可以播放装配动画[7]。操作方法很简单，只需要在保存文件时将文件保存为 “.avi”格式即可[8]。文件在另存为时，也可使用不同种类的压缩方式，根据实际需求生成不同大小和清晰度的视频文件。通常情况下，大部分用户可通过观看多轴滑台斜拉机构的装配动画进行相应的维系保养操作[9]。

4.2 高清图片制作

打开Solidworks Composer软件，将多轴滑台斜拉机构的装配动画导入，使用Solidworks Composer中的消隱、剖切、光影等不同的效果来制作多轴滑台斜拉机构的高清图片。在菜单栏中点击“作者”，选择“创建”切除面，根据出现的红色箭头选择创建切除面的方向和位置。Solidworks Composer中光影效果的显示包括模型自身的显示效果和灯光效果，在菜单栏中选择“渲染”，选择不同的模型效果显示和灯光效果显示以改变模型的视觉效果。在菜单栏中选择“主页”，点击高分辨率图像即可创建高清图片，随后弹出“工作间”面板可以选择图片的像素、分辨率、大小[10]。图4为多轴滑台斜拉机构的纵剖视图。

5 结语

通过采用Solidworks三维建模以及Solidworks Composer软件对多轴滑台斜拉机构进行虚拟装配仿真，实现了多轴滑台斜拉机构装配动画演示。本文进行的基于Solidworks Composer多轴滑台斜拉机构装配工艺可视化研究，同样适用于其它机械装配工艺。

参考文献：

[1] 吴青，宋丽，郭希斌.3DVIA Composer在重型加工制造业上的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2012（1-2）：33-37.

[2] 施志辉，李晓丹.车用柴油机装配工艺三维可视化技术研究[J].机械工程师，2009（2）：52-55.

[3] Solidworks公司.Solidworks零件与装配体教程[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4] 刘检华，姚珺，宁汝新.虚拟装配工艺规划实现技术研究[J].机械工程学报，2004，40（6）：138-142.

[5] 景武，赵所，刘春晓.基于DELMIA的飞机三维装配工艺设计与仿真[J].航空制造技术，2012（12）：80-86.

[6] 施志辉，李晓丹.车用柴油机装配工艺三维可视化技术研究[J].机械工程师，2009（2）：52-55.

[7] 张志利，褚识广，龙勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液压元件虚拟装配仿真[C].全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集，2010.

[8] 蔡虎.基于3DVIA的虚拟装配工艺实施方案研究[J].航空制造技术，2012（6）：123-129.

[9] 刘云飞.浅谈SolidWorks与3DVIA Composer在工装设计中的应用[J].中国科技财富，2012（7）：166-167.

[10] 蔡虎.基于3DVIA的虚拟装配工艺实施方案研究[J].航空制造技术，2012（6）：80-83.endprint