文獻(xiàn)綜述基于solidworks的八開膠印機(jī)輸墨裝置的建模及仿真

1、<p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　學(xué) 院 輕工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 印刷工程 </p><p>　　導(dǎo) 師 楊翰林 </p><p>　　學(xué) 生 謝若雪 </p>

2、<p>　　學(xué) 號 201110830602 </p><p>　　2015年3月20日</p><p><b>　　1 機(jī)械設(shè)計(jì)概述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)（machine design），是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法、相對位置等進(jìn)

3、行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程[1]。也就是說，要生產(chǎn)一臺實(shí)際可用的機(jī)械，設(shè)計(jì)者必須將構(gòu)思用直觀的方法嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乇磉_(dá)出來。所以機(jī)械設(shè)計(jì)無疑是機(jī)械工程中的重要環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)機(jī)械的前提，也是決定機(jī)械性能的最主要的部分。</p><p>　　上世紀(jì)60年代以前，設(shè)計(jì)者進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)需要依靠經(jīng)驗(yàn)總結(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行手工繪圖，設(shè)計(jì)思路很被動，表達(dá)也不精準(zhǔn)、直觀。隨著科技發(fā)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了許多

4、以大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依靠動態(tài)分析的設(shè)計(jì)方法，例如機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)、價(jià)值分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、人機(jī)工程及藝術(shù)設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)在向越來越人性化完善化的方向前進(jìn)。 </p><p>　　1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)方法</p><p>　　傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是依靠經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊等歸結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)值，通過經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)、類比方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是人與機(jī)

5、械制造之間的直接構(gòu)建橋梁，是一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、靜態(tài)設(shè)計(jì)、直覺設(shè)計(jì)，所以也稱為常規(guī)設(shè)計(jì)[2]。</p><p>　　其設(shè)計(jì)方法為理論設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要人工檢索計(jì)算及繪圖，有其局限性。例如工作周期長導(dǎo)致設(shè)計(jì)跟不上市場需求；設(shè)計(jì)過程修改繁復(fù)工作量大效率低；人工直接作為表達(dá)憑借導(dǎo)致尺寸精度不高，不能考慮到機(jī)械從材料選擇、加工裝配、使用運(yùn)行到報(bào)廢回收的實(shí)際需要，造成了環(huán)境的污染和資源、人力的浪費(fèi)；另外，由于過分依賴經(jīng)

6、驗(yàn)積累基礎(chǔ)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式、圖標(biāo)、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行條件計(jì)算和類比設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)方法不能在長期的運(yùn)用中不斷提高；被動的靜態(tài)設(shè)計(jì)、過分依賴經(jīng)驗(yàn)、近似計(jì)算、人工工作量大是傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的特征。正是這些特征成為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)前進(jìn)發(fā)展中的最大的阻礙。 </p><p>　　在現(xiàn)今的數(shù)據(jù)時代，計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域應(yīng)用越發(fā)廣泛與深入，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)作為主要媒體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在人與機(jī)械模型建立間加入仿真元素，建立起穩(wěn)定而又嚴(yán)密的設(shè)計(jì)

7、關(guān)系，其在工業(yè)上也占據(jù)著越發(fā)重要的地位。20世紀(jì)50年代在美國誕生第一臺計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)，開始出現(xiàn)具有簡單繪圖輸出功能的被動式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。60年代初期出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的曲面片技術(shù)，中期推出商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備。70年代，完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)開始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動游標(biāo)、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展[3]。21世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在工程產(chǎn)

8、品和設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用越來越大，目前已在電子和電氣、科學(xué)研究、機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動化、土木筑、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)物設(shè)計(jì)，展現(xiàn)開發(fā)產(chǎn)品外型、結(jié)構(gòu)、質(zhì)感等特征的過程[4]。而在計(jì)算機(jī)輔助下的機(jī)械零件設(shè)計(jì)、干涉校驗(yàn)、運(yùn)動仿真已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。利用

9、計(jì)算機(jī)軟件創(chuàng)建裝置零件、機(jī)構(gòu)、裝配體的模型（模型建立）；再進(jìn)行虛擬裝配，利用三維軟件建立裝配體后能夠準(zhǔn)確掌握各零部件之間的裝配關(guān)系（仿真系統(tǒng)建立）；裝配體完成后可進(jìn)行干涉檢查，通過分析各項(xiàng)性能指標(biāo)及系統(tǒng)響應(yīng)時間和穩(wěn)定時間來查看裝配體結(jié)構(gòu)是否合理（仿真實(shí)驗(yàn)）。通過必要的仿真可直接應(yīng)用和指導(dǎo)生產(chǎn)；還可將零件生成透明體將其隱藏，外部零件被隱藏后便可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)，最后還可利用動畫來演示裝配體的拆裝和運(yùn)動過程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)之

10、間的基本活動聯(lián)系，還可進(jìn)行有限元分析的，對機(jī)械系統(tǒng)的研究分析有著十分重要的實(shí)踐意義。</p><p>　　針對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法主要有以下特點(diǎn)[5]：</p><p>　?、抛杂尚裕河?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可直觀展現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)任意并精確地調(diào)整尺寸，給予設(shè)計(jì)者極大的自由，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的被動思維；</p><p>　　⑵節(jié)能性：機(jī)械從原料使用，裝配加工，投入運(yùn)行到

11、報(bào)廢回收都將考慮到設(shè)計(jì)中，減少了原來傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的污染和浪費(fèi)；</p><p>　?、强煽啃裕嚎茖W(xué)的發(fā)展使得各學(xué)科之間的交叉性大大增加，力學(xué)與有限元分析法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用使得強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求日益提高；</p><p>　?、雀咝c精準(zhǔn)性：由于不需要人工計(jì)算、制圖，轉(zhuǎn)而由計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案的求取，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作周期長效率低、精確度掌握困難的弊端，簡化了繁復(fù)的設(shè)計(jì)與修改過程。<

12、;/p><p>　　優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展目標(biāo)，也就是要在各種限定的條件（如理論知識、材料、加工能力和計(jì)算手段等）下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械。要優(yōu)化設(shè)計(jì)就需要綜合考慮許多設(shè)計(jì)要求，一般有：尺寸和重量盡量小而輕、工作性能優(yōu)良、使用中的可靠性、制造成本低、最低消耗和減小環(huán)境污染。然而這些要求常是互相矛盾的，不可能每一項(xiàng)都做到極致最優(yōu)，所以各項(xiàng)的相對重要性由機(jī)械用途和種類的不同而產(chǎn)生差異[6]。設(shè)計(jì)者需要按照目標(biāo)機(jī)械的具體作用和

13、要求，權(quán)衡輕重統(tǒng)籌兼顧，使所設(shè)計(jì)機(jī)械具有最佳的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)值工程、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累，以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將機(jī)械的適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)型良好高效地統(tǒng)一起來，其設(shè)計(jì)方法也在隨著各學(xué)科的進(jìn)步（機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動機(jī)械學(xué)

14、、機(jī)械動力學(xué)）、產(chǎn)品的變革技術(shù)的改進(jìn)而不斷發(fā)展，例如有限元法（將復(fù)雜的求解域非為若干個有限單元，對每一單元計(jì)算方法進(jìn)行簡化求解從而推導(dǎo)出整個域的滿足條件）、模態(tài)分析（研究分析彈性結(jié)構(gòu)固有的震動模態(tài)）、專家系統(tǒng)（具有專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的人工智能程序系統(tǒng)）等[7]，向著越來越智能化的方向目標(biāo)靠近。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)繼承了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，將自然、技術(shù)和藝術(shù)等知識有機(jī)地融合起來，形成新的設(shè)計(jì)體系。</p><p>　　1.2

15、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的前沿技術(shù)，發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)80年代提出了相關(guān)概念，這項(xiàng)技術(shù)在過去的10年里獲得了迅速發(fā)展并達(dá)到實(shí)用階段。</p><p>　　綜合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的造型和運(yùn)動仿真，目前采用的方法歸納起來可分為三類[8]：</p><p>　?、砰_發(fā)專業(yè)的運(yùn)動軟件，這種方法可以進(jìn)行多

16、種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真和運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析。這種方法的開發(fā)工作量大，開發(fā)周期長，開發(fā)的費(fèi)用也很高，主要由專業(yè)的軟件開發(fā)商來完成，具有代表性的軟件有ADAMS。</p><p>　?、评镁哂姓鎸?shí)感的應(yīng)用軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型和運(yùn)動仿真，通常使用的軟件是openGL和3DS，OpenGL是OpenGraphiesLib的縮寫，它獨(dú)立于硬件，獨(dú)立于操作系統(tǒng)，包含有100多個圖形函數(shù)，開發(fā)者可以通過這些函數(shù)建立三維模型。由于O

17、penGL包含的圖形函數(shù)的數(shù)量和功能有限，目前尚不適合構(gòu)造比較復(fù)雜的機(jī)械零件，應(yīng)用于運(yùn)動仿真領(lǐng)域的也僅限于簡單機(jī)構(gòu)：3DS是目前世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件，被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂業(yè)中，該軟件功能強(qiáng)大，使用方便，但是造型結(jié)束后實(shí)體的形狀和尺寸都不能被實(shí)時或交互更改，如果用于運(yùn)動仿真就顯得柔性不足。</p><p>　?、轻槍Τ墒燔浖亩伍_發(fā)方法。這些成熟的軟件包括AutoCAD、UG、Pro/E

18、、SolidWorks等，其中AutoCAD二次開發(fā)多用于平面圖形，很少應(yīng)用與三維實(shí)體造型，其余幾種軟件本身就是工程軟件，對機(jī)械零件的造型能力很強(qiáng)，其二次開發(fā)的接口也比較成熟，開發(fā)具有很大的靈活性，二次開發(fā)的產(chǎn)品很多己經(jīng)進(jìn)入工程使用階段。</p><p>　　和一些先進(jìn)國家相比，我國在這個領(lǐng)域還有一定差距，但已經(jīng)引起了國家有關(guān)部門和科學(xué)家們的重視，國家自然科學(xué)基金、國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃都把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）列入了

19、研究項(xiàng)目。國內(nèi)一些高校和研究部門在緊跟國際先進(jìn)技術(shù)的同時，也積極投入到了這一領(lǐng)域當(dāng)中，并且取得了一定的研究成果[9]。</p><p>　　清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系對虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場感方面進(jìn)行了研究，在克服立體圖閃爍的措施和深度感試驗(yàn)方面采用了一些獨(dú)特的方法。他們針對室內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維結(jié)構(gòu)的新穎算法。</p>

20、<p>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械系在機(jī)構(gòu)的三維運(yùn)動仿真方面進(jìn)行了不少研究，他們使用OpenGL開發(fā)的機(jī)構(gòu)三維仿真軟件成功地模擬出了一些常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上加入了一些計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析的功能。該校計(jì)算機(jī)系成功地摹擬出了人的臉部動作，如表情的合成和唇動的合成。</p><p>　　浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面虛擬建筑環(huán)境實(shí)時漫游系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺，同時提供的交

21、互工具使系統(tǒng)的真實(shí)感達(dá)到了較高的水平。</p><p>　　北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示和處理，在虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺接口方面開發(fā)出了部分軟硬件，提供了用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。</p><p>　　西安交通大學(xué)信息工程研究所對立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種基于JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比。</p><p>　　

22、西北工業(yè)大學(xué)在基于UG的二次開發(fā)方面進(jìn)行了不少研究。</p><p>　　西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器學(xué)院在基于SolidWorks的二次開發(fā)方面也做了不少工作，開發(fā)了連桿機(jī)構(gòu)和弧面分度凸輪的運(yùn)動仿真軟件。</p><p>　　上海交通大學(xué)圖像處理及模式識別研究所，國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所，北京工業(yè)大學(xué)CAD研究中心等單位也都在這一領(lǐng)域做了一定的工作，并取得了一定的研究成果。</p&g

23、t;<p>　　1.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機(jī)械制造業(yè)，所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到照相機(jī)的快門，從天上的火箭到輪船的錨機(jī)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在[10]：</p><p>　?、趴紤]產(chǎn)品繼承性：在產(chǎn)品更新?lián)Q代中，能方便的獲得產(chǎn)品的全部歷

24、史數(shù)據(jù)，以便充分利用已經(jīng)經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的產(chǎn)品信息。</p><p>　?、茲M足并行設(shè)計(jì)要求：即用并行設(shè)計(jì)方法代替串行設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)過程中將產(chǎn)品分成不同模塊分別設(shè)計(jì)后組裝集成，對產(chǎn)品建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型后進(jìn)行動態(tài)管理。</p><p>　?、蔷哂辛己眉尚裕阂话阌袃煞N途徑，一是通過接口將現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)連接起來，二是開發(fā)集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。</p><p>

25、　?、戎悄芟到y(tǒng)：支持智能設(shè)計(jì)，檢測失誤，建議方案，具有推理能力等。</p><p>　　就印刷機(jī)械方面來說，國外印刷機(jī)制造商七十年代就已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，而國內(nèi)大多數(shù)印刷機(jī)生產(chǎn)廠家常時間以來，是對國外的膠印機(jī)進(jìn)行測繪制造和仿造設(shè)計(jì)。膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，也處于跟蹤模仿的水平。往往是國外膠印機(jī)上有了一種新的輸墨系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，國內(nèi)就進(jìn)行仿造，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了解其性能，適合我們機(jī)型就直接應(yīng)用，或做一些試探性的

26、調(diào)整和改進(jìn)[11]。造成這種狀況的主要原因是由于我們在膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論研究上還比較薄弱。通常，涉及系統(tǒng)靜態(tài)性能分析時，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，我們可以計(jì)算出輸墨系統(tǒng)的著墨系數(shù)、打墨線數(shù)、勻墨系數(shù)、積墨系數(shù)、著墨率等五大性能指標(biāo)，但是涉及系統(tǒng)動態(tài)性能分析時，國內(nèi)尚缺乏理論計(jì)算依據(jù)，無法直接計(jì)算動態(tài)性能指標(biāo)，一般情況下，只能通過實(shí)驗(yàn)方法做最終檢驗(yàn)。這樣，由于在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段不能預(yù)先計(jì)算系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)，只有到方案設(shè)計(jì)完成后，試制出輸墨系統(tǒng)，用

27、實(shí)驗(yàn)方法來實(shí)測動態(tài)性能。若性能不理想，則需重新設(shè)計(jì)方案，再試制，再實(shí)測……不僅設(shè)計(jì)周期長，而且經(jīng)費(fèi)投入也大。模仿國外輸墨系統(tǒng)，雖然是一種既省時又經(jīng)濟(jì)的方法，但也是限制我們輸墨系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路的一個因素。這種設(shè)計(jì)上的被動局面，既不利于創(chuàng)新</p><p><b>　　2 軟件選擇</b></p><p>　　目前國內(nèi)外機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用較多的軟件有AutoCAD、Pro/E、So

28、lidWorks、UG等。</p><p>　　AutoCAD主要用來繪制工種圖樣，是一款二維設(shè)計(jì)軟件?？紤]到輸墨裝置整體的造型和結(jié)構(gòu)，僅憑二維設(shè)計(jì)技術(shù)是不夠的，三維必不可少。而且從長遠(yuǎn)看，從二維到三維是設(shè)計(jì)軟件一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。再加上其科技含量較高，通常一名設(shè)計(jì)師要用半年到一年的時間才能熟練掌握[13][14]。根據(jù)以上原因本次設(shè)計(jì)不予考慮AutoCAD；Pro/E曲面設(shè)計(jì)非常強(qiáng)大，但是學(xué)起來挺困難，普遍是入

29、門容易，精通難，要求具有較強(qiáng)的想象力[15]，而且Pro/E的文件管理不是很方便，不能由設(shè)計(jì)樹追蹤修改文件[16]，所以也不予考慮；UG是基于C語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的三維參數(shù)化軟件，其功能強(qiáng)大.由于其功能模塊多且涉及相關(guān)專業(yè)知識以及學(xué)科交叉理論，內(nèi)容抽象難懂學(xué)習(xí)困難[17]，一般用于大型企業(yè)生產(chǎn)精度較高的器械如汽車等 [18]，本次設(shè)計(jì)輸墨裝置大可不必用此作為設(shè)計(jì)軟件；SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)

30、，功能強(qiáng)大，組件繁多，整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的[19]。能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時，對于熟悉微軟的W</p><p>　　工業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合了各學(xué)科的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)工作，包括藝術(shù)造型設(shè)計(jì)以及機(jī)械工程設(shè)計(jì)兩部分共同完成。藝術(shù)造型設(shè)計(jì)目前通常采用平面設(shè)計(jì)軟（例如Photoshop等）或三維影視動畫軟件（如3DMax，Myaa）先出設(shè)

31、計(jì)方案，經(jīng)客戶確認(rèn)之后，再由機(jī)械工程師利用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件出工程圖，最終完成整個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[21]。用不同類型的軟件進(jìn)行藝術(shù)造型設(shè)計(jì)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的過程總是要分兩個部分，因?yàn)槠矫嬖O(shè)計(jì)和三維影視動畫的設(shè)計(jì)軟件其格式大多不能直接用于機(jī)械設(shè)計(jì)的軟件，或者是可以用中間格式轉(zhuǎn)換卻丟失了部分?jǐn)?shù)據(jù)，不能很好的銜接、統(tǒng)一。SolidWokrs可以讓藝術(shù)造型設(shè)計(jì)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)在同一個軟件中完成。SolidWokrs具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p>

32、;<p>　?、呕谔卣骷皡?shù)化的造型。SolidWorks裝配體由零件組成，而零件由特征（例如凸臺、螺紋孔、筋、鈑金等）組成。這種特征造型方法，直觀地展示人們所熟悉的三維物體，體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖[22]。</p><p>　?、魄擅畹亟鉀Q了多重關(guān)聯(lián)性。SolidWorks創(chuàng)作過程包含三維與二維交替的過程，因此完整的設(shè)計(jì)文件包括零件文件、裝配文件和二者的工程圖文件。成功的處理了創(chuàng)作過程中存在多重關(guān)

33、聯(lián)性，使得設(shè)計(jì)過程順暢、簡單及準(zhǔn)確[23]。</p><p>　　⑶易學(xué)易用。SolidWorks軟件易于使用者學(xué)習(xí)，便于使用者進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和交流。熟悉Windows系統(tǒng)的人基本上都可以用其進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件圖標(biāo)設(shè)計(jì)簡單明了，自帶豐富教程，有詳細(xì)的幫助文件，采用核心漢化，易學(xué)易懂[24]。其他三維CAD軟件的學(xué)習(xí)通常需要三個月左右，而SolidWorks僅僅需要兩周就可以掌握。</p><p&g

34、t;　　3 SolidWorks的建模過程</p><p>　　3.1 建模仿真要素</p><p>　　系統(tǒng)、模型與仿真之間具有十分密切的關(guān)系，系統(tǒng)是我們研究的對象，模型則是系統(tǒng)特性的一種表述。一般來說，模型不僅用來代替系統(tǒng)，而且是對系統(tǒng)的簡化[25]。仿真包含兩個過程：建立模型和對模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)仿真包括三個要素：系統(tǒng)、模型與計(jì)算機(jī)。聯(lián)系這三個要素有三個基本活動：模型建立、仿真模型建

35、立、仿真實(shí)驗(yàn)（運(yùn)行）[26]。三個要素和三個基本活動的關(guān)系可用圖3.1來表示。 </p><p>　　圖3.1 計(jì)算機(jī)仿真示意圖</p><p>　　SolidWorks實(shí)體設(shè)計(jì)直接生成三維模型，在設(shè)計(jì)過程中省掉了二維和三維之間的轉(zhuǎn)化，清晰直觀而且基于Windows的界面操作方便。它采用的設(shè)計(jì)模式是參數(shù)驅(qū)動，即可以通過修改相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)來動態(tài)修改，完善設(shè)計(jì)方案。軟其內(nèi)含大量的標(biāo)準(zhǔn)件圖庫，方

36、便用戶任意擴(kuò)充自定義圖庫，從而減少了很多重復(fù)的、不必要的設(shè)計(jì)操作，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。此外，SolidWorks可以通過任意旋轉(zhuǎn)和剖切對運(yùn)動的零部件進(jìn)行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測，如發(fā)現(xiàn)問題可立即修正，將“試制過程”放在設(shè)計(jì)階段，這大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功率。各種機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)造都大有不同，其功能和工作原理也有所差異，但應(yīng)用SolidWorks來進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法是大致相同的[27]。 其設(shè)計(jì)的一般過程如圖3.2所

37、示。</p><p>　　圖3.2 Solidworks 工業(yè)設(shè)計(jì)過程</p><p>　　3.2 裝置模型建立</p><p>　　3.2.1 零件體的建模</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械的動態(tài)仿真，必須先利用軟件的實(shí)體造型功能構(gòu)造出各個運(yùn)動構(gòu)件的三維模型，例如：齒條、大小齒輪、槽輪、銷輪、凸輪、桿等，以及軸、銷等輔助構(gòu)件。然后通過測量實(shí)

38、際運(yùn)動構(gòu)件的實(shí)際參數(shù)。根據(jù)各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)，選擇每個零件的原點(diǎn)位置，建立完整的三維零件體[28]。</p><p>　　打開軟件，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)工作環(huán)境，基于特征參數(shù)化設(shè)計(jì)部分，首先將其存儲為零件文件（.sldprt）。SolidWorks軟件有著強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能。首先應(yīng)該要作出引導(dǎo)線的草圖，然后繪制路徑草圖繪制參數(shù)化草圖輪廓，完成草圖繪制工作后，新建立一個與之垂直的基準(zhǔn)面，再繪制輪廓草圖。如圖3.3所示，

39、繪制1:1圖形，利用智能尺寸標(biāo)注所需尺寸，即可實(shí)現(xiàn)尺寸零誤差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)勝于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。建模的最后步驟為使用切除掃描特征的內(nèi)腔體，完成產(chǎn)品造型。SolidWorks順應(yīng)了設(shè)計(jì)者的思維習(xí)慣，顛覆了傳統(tǒng)的先二維后三維設(shè)計(jì)順序，使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊跟設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路，也更符合功能要求[29]。</p><p>　　圖3.3 Solidworks 零件設(shè)計(jì)界面</p><p>　　3.2.2 裝配體模型

40、</p><p>　　So1idWorks能夠逼真地仿真三維模型，顯示零部件實(shí)體結(jié)構(gòu)形狀及裝配關(guān)系。在裝配體的設(shè)計(jì)中可以充分發(fā)揮軟件提供的智能配合功能，以便于快速、正確地建立起零件間的裝配關(guān)系[30]。將已設(shè)計(jì)好的零件運(yùn)用“插入/零部件/現(xiàn)有零件/裝配體命令”，如圖3.4所示。其步驟如下[31]：</p><p>　　圖3.4 裝配體工具欄</p><p>　?、判?/p>

41、建一個裝配體文件：【文件】→【新建】→【裝配體】；</p><p>　　⑵插入零件：【插入】→【零組件】→【來自文件】；</p><p>　?、墙M裝配合：主要采用2種方法：①將各零件建立配合關(guān)系（標(biāo)準(zhǔn)配合：重合、同軸心、平行、垂直、相切、距離、角度；高級配合：凸輪推桿配合、齒輪配合、限制配合、對稱配合）。②采用智慧組裝（Smart-Mates）：拖動方式、選取方式；</p>

42、<p>　　⑷重復(fù)⑵和⑶步，直至完成全部零件的裝配；</p><p>　?、杀４嫜b配體文件，完成裝配體設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)意圖和零件在裝配模型中的位置以及相互關(guān)系，結(jié)合零件的自身特點(diǎn)和具體的運(yùn)動條件，不斷地調(diào)整自己的設(shè)計(jì)模型和配合要求，使零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更符合自己的設(shè)計(jì)思路和功能要求[32]。此設(shè)計(jì)方法是一個先有零件后有裝配的過程，零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是否合

43、理、零件之間是否存在干涉問題等都可以在此裝配模型中直接地反映出來，設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路主要集中在零件的裝配配合與裝配模型整體結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)上，而不必考慮具體零件的結(jié)構(gòu)細(xì)化[33]。圖3.5所示為裝配效果圖。</p><p>　　圖3.5 裝配實(shí)現(xiàn)界面</p><p>　　實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型還不能完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動的模擬，為了再現(xiàn)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動，可以根據(jù)不同機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，計(jì)算各構(gòu)件間相對位置，自動在前一

44、個機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件上裝配新的機(jī)構(gòu)，若前一個機(jī)構(gòu)不存在則自動將主動構(gòu)件坐標(biāo)原點(diǎn)定位于裝配體的坐標(biāo)原點(diǎn)[34]。進(jìn)行運(yùn)動仿真時，首先根據(jù)需要找到并打開運(yùn)動構(gòu)件的三維實(shí)體模型，然后根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各個構(gòu)件在裝配體中的位置，使每個構(gòu)件都正確的安裝在裝配體之中；根據(jù)實(shí)際情況在機(jī)構(gòu)裝配時自動完成運(yùn)動參數(shù)的計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果將保存在指定的Access數(shù)據(jù)庫中[35]；得到各個構(gòu)件之間相對運(yùn)動關(guān)系的數(shù)據(jù)后，就可以用SoldiWorks進(jìn)行運(yùn)動仿真了。<

45、;/p><p>　　通過時間控制各個構(gòu)件的運(yùn)動都是，也就是說每隔一定的時間間隔，就從數(shù)據(jù)庫中取出算好的構(gòu)件位置數(shù)據(jù)并用此數(shù)據(jù)設(shè)置對應(yīng)的構(gòu)件。當(dāng)這個時間單位足夠小，單步的機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖像在視覺上表現(xiàn)為連續(xù)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動，從而模擬出了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀況。通過控制計(jì)時器的參數(shù)和狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的開始、暫停、反轉(zhuǎn)、停止等操作[36]。另外，為了更清晰的展現(xiàn)每個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，各個機(jī)構(gòu)還可以單獨(dú)運(yùn)動，使用戶更清楚的了解每個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動

46、情況。 </p><p>　　SolidWorks 支持對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動態(tài)修改，設(shè)計(jì)者可以通過自己修改參數(shù)來改變零件尺寸以及裝配體中的各個零部件的尺寸大小和特征形狀，使得修改工作變得簡單易行。經(jīng)過裝配仿真檢驗(yàn)后修改好的裝配設(shè)計(jì)方案，可利用 SolidWorks 的“爆炸”功能，通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)谋ㄒ暯?、爆炸方向和爆炸距離，生成等軸測分解圖，然后重新設(shè)定各個構(gòu)件的相對位置，顯示其結(jié)構(gòu)和相互間的裝配關(guān)系，如圖3.6所示

47、。</p><p>　　圖3.6 裝配體生成爆炸圖</p><p>　　4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文將在對比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對多個計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析比較，根據(jù)膠印機(jī)輸墨裝置的特征和設(shè)計(jì)要求，并考慮軟件實(shí)際操作和工作特性等多方面因素，初步選擇SolidWorks軟件對八開印刷機(jī)輸墨裝置進(jìn)行建模。之后將利用Solid

48、Works軟件根據(jù)實(shí)際需要建立輸墨裝置的仿真模型，在建模后可以利用計(jì)算機(jī)對輸墨裝置進(jìn)行靜態(tài)性能分析、靜態(tài)應(yīng)力分析，這對評價(jià)膠印機(jī)性能來說具有一定實(shí)際意義。同時也能方便隨時調(diào)用現(xiàn)有膠印機(jī)的設(shè)計(jì)方案，以便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考，有利于今后膠印機(jī)輸墨裝置新設(shè)計(jì)的開發(fā)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。</p><p>　　論文主要研究以下內(nèi)容：</p><p>　?、爬肧olidworks進(jìn)行三維環(huán)境下的零件建模：

49、利用軟件的實(shí)體造型功能構(gòu)造出八開膠印機(jī)輸墨裝置各個運(yùn)動構(gòu)件的三維模型，例如齒輪、槽輪、墨輥、支極、調(diào)壓桿等，以及軸、銷等輔助構(gòu)件。然后根據(jù)墨輥之間排列關(guān)系和各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)，通過測量實(shí)際運(yùn)動構(gòu)件的實(shí)際參數(shù)，選擇每個零件的原點(diǎn)位置，建立完整的三維零件體。</p><p>　　⑵裝配體模擬裝配：利用軟件對以設(shè)計(jì)好的零件自動裝配，再根據(jù)設(shè)計(jì)意圖和輸墨裝置零件在裝配模型中的位置以及相互關(guān)系，結(jié)合零件的自身特點(diǎn)和具體的運(yùn)

50、動條件，不斷地調(diào)整自己的設(shè)計(jì)模型和配合要求，使零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更符合功能要求。</p><p>　?、菍ρb配體進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，可通過與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的對比體現(xiàn)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方法的智能性與可靠性，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在印刷機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孔建益. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)

51、出版社，2012：14.</p><p>　　[2] 王萬新，王會. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)比較[J]. 科技資訊，2002，18（4）：100-102.</p><p>　　[3] 段曉華. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J]. 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，11（9）：56-59.</p><p>　　[4] 李才運(yùn)．現(xiàn)代設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)比較[J

52、]．科技資訊，2012，（10）：97．</p><p>　　[5] 萬小利，高志 . 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：45-78 .</p><p>　　[6] ZHANGHai yan，RENLing hui，HEYan ling. Dynamic Simulation of Offset Printing Inking System Based

53、on Undirected Graph[J]. World Congress in Applied Computing，Computer Science，and Computer Engineering，2009：（4）35-37.</p><p>　　[7] 田國富，張國忠. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件[J]. 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，8（6）：73-79.</p><p>　　[8] 王瑩

54、瑩，郭文峰，李錦陽. AutoCAD、3DMAX、OpenGL在計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用與比較[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2002，24（3）：7-53.</p><p>　　[9] 鞏勇智. 基于SolidWorks的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真研究[D]. 西安：西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004：45-47.</p><p>　　[10] T. A. Fadner，F(xiàn)adner Consultan

55、ts，Oshkosh. Where the WaterReally Goes Quantitative Evaluation of the Net WaterFlow Rate Model for Lithography[J]. TAGA，1995：251-276. </p><p>　　[11] 初紅艷，康建山，陳振歡等. 膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（42）：89-92.<

56、;/p><p>　　[12] 苗鴻賓 . 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：74-79.</p><p>　　[13] 何佼. AutoCAD軟件在機(jī)械工程制圖中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)分析[J]. 科技論壇民營科技，2012，（12）：49-55.</p><p>　　[14] 趙志. Auto CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 同煤科

57、技，2007，（4）：82-88.</p><p>　　[15] 任豐蘭，曾經(jīng)梁. Pro/E軟件在機(jī)械制圖中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修，2012， 5（11）：39-44.</p><p>　　[16] 韓銳，秦杰，徐小明等. Pro/E軟件在機(jī)械CAD計(jì)中應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù)， 2011，（7）：20-25.</p><p>　　[17] 吳自達(dá). 中

58、職UG軟件教學(xué)探析[J]. 信息技術(shù)教學(xué)與研究，2014，（88）：57-61.</p><p>　　[18] 鄧婕. 淺談UG軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究[J]. 機(jī)電與自動化，2012，4（11）：92-95.</p><p>　　[19] 曹茹. SolidWorks2014三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：93-104.</p><p>

59、;　　[20] Raimo Launonen，Timo Kinunen，Mati Kusisto etc. Simulation and Hypermedia—A Key to Education[J]. TAGA，1996（9）：235-278.</p><p>　　[21] 蘇冬云，馬駿. 基于案例的《SolidWorks軟件應(yīng)用》課程分層次教學(xué)實(shí)踐[J]. 讀與寫雜志，2013，（3）：49.</p&

60、gt;<p>　　[22] 劉立軍. SolidWorks軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究[J]. 高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2013，（22）：101-105.</p><p>　　[23] 張晉西，郭學(xué)琴. SolidWorks及COSMOSmotion機(jī)械仿真設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007：38-43.</p><p>　　[24] 楊國新，王定標(biāo). 基于SolidW

61、orks的機(jī)械零部件虛擬裝配體設(shè)計(jì)技術(shù)[J]. 煤礦機(jī)械，2007，（65）：59-66.</p><p>　　[25] 趙明磊. 膠印機(jī)供墨裝置的性能分析及研究[D]. 西安：西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008：36-41.</p><p>　　[26] 曹巖，方舟. SolidWorks開發(fā)篇[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：123-156.</p><p&

62、gt;　　[27] 吳文根. 基于SolidWorks的產(chǎn)品系統(tǒng)專用設(shè)計(jì)研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：42-83.</p><p>　　[28] 徐國權(quán)，黃志超. 基于SolidWorks的參數(shù)化二次開發(fā)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2007，20（2）：49-51. </p><p>　　[29] 劉雄波. 基于SolidWorks的通用減速器模塊化設(shè)計(jì)研究[D

63、]. 武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006：296-338</p><p>　　[30] 李慧鵬，張建強(qiáng)，桑曉宏. SolidWorks 軟件在機(jī)械加工工藝中的應(yīng)用[J]. 航天制造技術(shù)，2011，（1）：86-91.</p><p>　　[31] Chou，S.M.Bain，L.J. Computer simulation of offset printing：I. Effects

64、 of image coverage and ink federate[J]. TAGA，1996，（5）：523-547. </p><p>　　[32] 曹桂華. SolidWorks在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J]. 科技傳播信息科技，2013，9（2）：25-31. </p><p>　　[33] 潘春祥，任秀華，李香. SolidWorks2014中文版基礎(chǔ)教程[M]. 人民郵電出

65、版社，2014：37-39.</p><p>　　[34] 曾文忠. 基于SolidWorks對機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 制造業(yè)自動化，2012，42（2）：58-61.</p><p>　　[35] 陳超祥，胡其登. SolidWorks Motion運(yùn)動仿真教程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：187-190.</p><p>　　[36] 韓銳