SolidWorks 在工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程中的應(yīng)用分析

邱傳琦，謝易成，李小龍

張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 張家界 427000

隨著“中國制造2025”的提出，我國將著力發(fā)展包括工業(yè)機(jī)器人、高精密數(shù)控機(jī)床在內(nèi)的一批先進(jìn)制造業(yè)企業(yè)，這對相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)人員提出了更高的要求。工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計作為工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的重要課程，對于國家培養(yǎng)制造類高技能技術(shù)人才起到良好的促進(jìn)作用。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計加工課程中以二維圖紙設(shè)計為主，根據(jù)圖紙直接進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)的實際產(chǎn)品無法達(dá)到預(yù)期，造成時間和資源浪費的情況，而采用三維機(jī)械設(shè)計軟件Solid-Works 進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計，通過零件圖的繪制和裝配體的模擬裝配，可以很好地展現(xiàn)產(chǎn)品的成品效果，便于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，避免了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計環(huán)節(jié)中的弊端，成為當(dāng)下機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。因此，文章圍繞Solid-Works 在工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程中的應(yīng)用展開研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 SolidWorks 在課程教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 基于SolidWorks 的課程教學(xué)設(shè)計

在工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程教學(xué)中，結(jié)合各個階段的課程內(nèi)容特點和教學(xué)手段，引入SolidWorks 作為教學(xué)工具，按照工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)要求，設(shè)計相應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)。一方面，能夠?qū)⑤^為抽象生澀的知識形象化，深化學(xué)生的理解，提升教學(xué)效率；另一方面，可以引導(dǎo)學(xué)生利用輔助工具實現(xiàn)理論知識和實際應(yīng)用的相互聯(lián)系。在工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程中，涉及工業(yè)機(jī)器人工作現(xiàn)場所需完成動作的方式選擇和自身結(jié)構(gòu)設(shè)計，與實際生產(chǎn)聯(lián)系緊密[1]，故采用任務(wù)驅(qū)動、項目導(dǎo)向的教學(xué)方法。本課程某一教學(xué)項目的教學(xué)流程圖如圖1 所示。

圖1 教學(xué)流程圖

在任務(wù)驅(qū)動、項目導(dǎo)向的教學(xué)過程中，首先由指導(dǎo)教師提出工業(yè)機(jī)器人實際生產(chǎn)線上的設(shè)計任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何設(shè)計方案，然后確定方案后使用SolidWorks 軟件進(jìn)行線上設(shè)計，完成三維建模。這一步是教學(xué)環(huán)節(jié)中的重難點，即通過SolidWorks 軟件的融入不僅使學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計的知識進(jìn)行實踐應(yīng)用，且促進(jìn)學(xué)生全面地學(xué)習(xí)掌握SolidWorks 軟件的零部件、裝配體、工程圖等功能，為工業(yè)機(jī)器人專業(yè)后續(xù)的創(chuàng)新設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計打下扎實基礎(chǔ)。完成三維建模設(shè)計后，最后進(jìn)行功能實現(xiàn)的檢驗和驗證。

1.2 基于SolidWorks 的課程任務(wù)分配

融入SolidWorks 的工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程的教學(xué)項目和任務(wù)選取對教學(xué)效果的影響很大，應(yīng)當(dāng)盡可能地涵蓋課程所需掌握的知識點和能力點，由簡入繁，緊密聯(lián)系實踐?；赟olidWorks 的課程項目分配表如表1 所示。通過項目1到項目3 的學(xué)習(xí)，建立起學(xué)生的課程知識體系架構(gòu)，最后通過項目4 的自主設(shè)計，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的課程綜合應(yīng)用能力，為課程成績的評估提供評判依據(jù)。

表1 項目分配

2 SolidWorks 在課程設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 SolidWorks 在零部件設(shè)計中的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人上下料工作站由多個零部件組成，如何根據(jù)不同的工作環(huán)境和技術(shù)要求設(shè)計出符合使用標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)零部件是工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程所需掌握的核心技能。以工業(yè)機(jī)器人上下料工作站工裝夾具設(shè)計為例，其主要組成包括手指、汽缸、連接桿和安裝座等。在使用項目式教學(xué)過程中，圍繞一個實物，要求設(shè)計其工裝夾具。利用SolidWorks 軟件中的零件圖功能模塊，就可以輕松實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人上下料工作站工裝夾具的三維設(shè)計。采用Solid-Works 軟件零件圖模塊設(shè)計的工裝夾具的末端執(zhí)行器手指零件圖如圖2 所示。該零部件的主體部分由基體、臺階孔和卡座組成，通過直線、矩形、圓等草圖繪制命令和拉伸、拉伸切除等建模命令完成二維草圖到三維模型的建模。對于學(xué)生而言，只需實際測量項目式教學(xué)中夾持實物的尺寸，構(gòu)思夾持具的外觀，通過SolidWorks 軟件中的零件圖不斷修改設(shè)計參數(shù)，最終生成零件圖文件保存即可。這種零部件三維圖的設(shè)計，不僅可以直觀地將零件的參數(shù)可視化，也為工業(yè)機(jī)器人上下料工作站工裝夾具的整體設(shè)計和快速、準(zhǔn)確的評估設(shè)計合理性提供了極大便利。

圖2 手指零件圖

2.2 SolidWorks 在裝配體及運動仿真中的應(yīng)用

SolidWorks 軟件的零件圖模塊可以實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人上下料工作站工裝夾具各個零部件的設(shè)計，同時SolidWorks還具備更為強(qiáng)大的模擬裝配功能，通過SolidWorks 軟件的裝配體模塊可以實現(xiàn)各零部件的虛擬裝配。本課程中按照教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)定順序采用自下而上的裝配體設(shè)計方法，即學(xué)生先完成各個零部件的設(shè)計，然后根據(jù)設(shè)計要求配合零部件進(jìn)行裝配。使用裝配體完成的工業(yè)機(jī)器人上下料工作站工裝夾具的裝配圖如圖3 所示[2]。

圖3 工業(yè)機(jī)器人工裝夾具裝配圖

在裝配體裝配完成后，可以生成爆炸視圖。通過設(shè)置工裝夾具零部件的爆炸先后順序和路徑，即可得到拆裝的動畫，動態(tài)展示整個拆裝過程和各個零部件的運動軌跡。

2.3 SolidWorks 在支架工程圖中的應(yīng)用

SolidWorks 軟件還具備一個較為重要的功能就是能夠?qū)崟r生成工程圖。零部件、裝配體和工程圖是相互關(guān)聯(lián)的文件，對零部件和裝配體所作的任何改變都將導(dǎo)致工程圖文件的對應(yīng)更新，從而實現(xiàn)三維圖形到二維圖形之間的轉(zhuǎn)換[3]。在制作工程圖過程中，學(xué)生可以根據(jù)零部件的特征選擇包括標(biāo)準(zhǔn)視圖和各種派生視圖在內(nèi)的不同視圖組合，簡潔地將所需各項設(shè)計參數(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)要求表達(dá)清楚。同時，可加注工程圖尺寸、表面粗糙度、公差及注釋文本的標(biāo)注，如形狀、位置尺寸、形位、位置公差及基準(zhǔn)符號等。

3 結(jié)束語

綜上所述，融入SolidWorks 的工業(yè)機(jī)器人工裝設(shè)計課程極大地提高了課堂教學(xué)效率，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，豐富了教學(xué)內(nèi)容。在課程設(shè)計應(yīng)用環(huán)節(jié)，采用SolidWorks軟件避免了傳統(tǒng)設(shè)計帶來的不便，可以更直觀、清晰地展現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計成果。因此，應(yīng)根據(jù)三維建模效果不斷改進(jìn)設(shè)計細(xì)節(jié)，從而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和精益求精的職業(yè)素養(yǎng)。