本文探討了參數(shù)化的自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備堆垛機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。
物流倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)受到制造行業(yè)的普迫重視.堆垛機(jī)是物流倉(cāng)儲(chǔ)的主要設(shè)備，實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的參數(shù)化系列設(shè)計(jì)對(duì)提商設(shè)計(jì)工效、縮短設(shè)計(jì)周期，加強(qiáng)企業(yè)竟?fàn)幜哂鞋F(xiàn)實(shí)意義。目前堆垛機(jī)設(shè)計(jì)主要采用2D設(shè)計(jì)，效率很低。參數(shù)化系列設(shè)計(jì)運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，對(duì)提高企業(yè)設(shè)計(jì)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量,以及企業(yè)信息化建設(shè)和持續(xù)發(fā)展具有不可忽視的推動(dòng)作用。同時(shí)由于倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備是按定單制造，按照定單要求快速可視化使用戶看到產(chǎn)品的3D模型，也是企業(yè)在竟標(biāo)中點(diǎn)得定單的關(guān)鍵，從而使企業(yè)將注意力集中到快速響市場(chǎng)變化，按照用戶的高度個(gè)性化需求組織設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，確保以最低成本，最好質(zhì)量，最快速度，滿足各類用戶的要求。圖1為堆垛機(jī)的3D模型。
堆垛機(jī)參數(shù)化系列設(shè)計(jì)的目標(biāo)定位在建立一套堆垛機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，旨在提高工效、縮短設(shè)計(jì)周期。它包括設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析及自動(dòng)3D建棋和生成工程圖，它將大盈減少目前設(shè)計(jì)工作中的重復(fù)勞動(dòng)，有利于緩解資源和任務(wù)間的矛盾，有利于將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和生產(chǎn)加工處理等溶為一體。也能為更新結(jié)構(gòu)留有隨時(shí)添加的余地，充分考慮和發(fā)揮設(shè)計(jì)師的能力。
1. 實(shí)施規(guī)劃
1.1設(shè)計(jì)對(duì)象與開發(fā)平臺(tái)的確定
選取雙立柱式堆垛機(jī)作為實(shí)施目標(biāo)，將堆垛機(jī)按照?qǐng)D2分為若干關(guān)鍵模塊和支撐庫(kù)，包括:①提升機(jī)構(gòu):②行走機(jī)構(gòu):③立柱:④載貨臺(tái);⑤貨叉機(jī)構(gòu);⑥電機(jī)庫(kù);⑦標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù):⑧通用件庫(kù)等。以SolidWorks2001作為圖形平臺(tái)，由于該平臺(tái)具備系列零件設(shè)計(jì)表的開發(fā)功能。
1.2設(shè)計(jì)方案的制定
考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，盡量減少相互關(guān)聯(lián)的程度，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)個(gè)性，因此參數(shù)化設(shè)計(jì)從模塊作起，將堆垛機(jī)劃分成若干模塊，并使每個(gè)模塊作到可參數(shù)化。根據(jù)現(xiàn)有的條件，設(shè)計(jì)將分至少兩個(gè)階段。第一階段須完成:模塊和模塊中零件的建模，模塊的裝配，零部件的參數(shù)化，模塊的2D工程圖，工程圖的標(biāo)注和圖面整理，以及參數(shù)化設(shè)計(jì)表的整理工作。第二階段，可手動(dòng)方法修改參數(shù)設(shè)計(jì)表，然后生成整機(jī)模型并做改進(jìn)修改;最后通過設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)與參數(shù)設(shè)計(jì)表的接口，完成自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行流程如圖3所示。
1.2設(shè)計(jì)方案的實(shí)施
1.2.1實(shí)施步驟
第一階段將完成周邊的所有繪圖模塊，并且可以手動(dòng)修改參數(shù)設(shè)計(jì)表以驅(qū)動(dòng)模型的生成。參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊根據(jù)輸入的原始設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生機(jī)器各主要零件，機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的參數(shù)。這個(gè)模塊可以獨(dú)立使用，作為設(shè)計(jì)計(jì)算軟件以獲取所需的數(shù)據(jù)及外購(gòu)配套件的選擇參數(shù)。
第二階段完成接口模塊，將參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成模型生成模塊所需的輸入?yún)?shù)。這部分工作主要是編程難度較大，需要相應(yīng)層次的軟件設(shè)計(jì)人員去完成，因而設(shè)想根據(jù)實(shí)際條件作為的主要工作 (包括參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊)。
1.2.2實(shí)施方法:
(1)盡快將模塊細(xì)化，以獨(dú)立的功能劃分模塊以適應(yīng)設(shè)計(jì)個(gè)性和參數(shù)化實(shí)施的要求。
(2)先忽略細(xì)節(jié)，保證大摸樣的實(shí)現(xiàn)，然后在完成與參數(shù)化設(shè)計(jì)無相關(guān)關(guān)系的其它細(xì)節(jié)。
(3)標(biāo)準(zhǔn)件、通用件使用獨(dú)立的文件目錄。這部分零部件都有標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的特點(diǎn)，在少數(shù)參數(shù)的驅(qū)動(dòng)下即可完成不同規(guī)格模型的生成，獨(dú)立建立文件目錄便于標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的管理和數(shù)據(jù)追加。
(4)保持堆垛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)模式，其外形尺寸與其載運(yùn)的貨物單元有關(guān)，按相應(yīng)的順序確定各個(gè)部件模型的結(jié)構(gòu)尺寸。
(5)在模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，裝配相應(yīng)的零部件，再修改局部結(jié)構(gòu)，并使其保持固定的裝配關(guān)系。
(7)整理參數(shù)設(shè)計(jì)表，并做必要的說明，以便于接口模塊的建立和手動(dòng)方法實(shí)施。
(8)生成和整理 2D工程圖，2D工程圖標(biāo)注，明細(xì)表的整理。
(9)模塊的測(cè)試和改進(jìn).
2.模塊功能
2.1設(shè)計(jì)計(jì)算模塊
根據(jù)用戶定單要求完成設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，用戶定單主要包括以下參數(shù):①貨物重量P;②貨物尺寸長(zhǎng)L,寬W、高H;③提升速度Vt;④運(yùn)行速度Vx;⑤貨叉伸縮速度Vc;⑧最大提升高度Hmax;⑦最小提升高度Hmin。計(jì)算內(nèi)容包括:
(1)提升機(jī)構(gòu)，以貨物單元重量，載貨臺(tái)重量，提升速度為基本輸入?yún)?shù)，按照現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)確定提升機(jī)構(gòu)中電機(jī)減速機(jī)、鋼絲繩、滑輪、卷簡(jiǎn)、軸承和軸的主要參數(shù)。
(2)行走機(jī)構(gòu)，以整機(jī)重量，行走速度為基本輸入?yún)?shù)，按照現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)確定行走機(jī)構(gòu)中電機(jī)減速機(jī)、主動(dòng)車輪、從動(dòng)車輪、軸承和軸的主要參數(shù)。
(3)貨叉機(jī)構(gòu)，以貨物單元重量，貨叉行程為基本輸入?yún)?shù)，按照現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)確定貨叉機(jī)構(gòu)中電機(jī)減速機(jī)、軸承和軸的主要參數(shù)。
2.2總體裝配模塊
總體裝配包括以下內(nèi)容;①參數(shù)化的零件;②參數(shù)化的部件;③參數(shù)化的總裝配體;④調(diào)試。該模塊是本項(xiàng)目的第一個(gè)階段內(nèi)容，是否能及時(shí)完成和完成的質(zhì)里將影響后續(xù)階段的進(jìn)程，故參數(shù)化階段是最基礎(chǔ)的工作，應(yīng)首先完成。
2.2.1模型制作的注意事項(xiàng)
直接以任何機(jī)型的某個(gè)模塊作為參考樣板，建立模塊的3D模型。然后將模塊參數(shù)化，以幾個(gè)主要參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，驅(qū)動(dòng)模塊3D模型與之相關(guān)變化，形成新的模型。然后在總裝中裝配相關(guān)的模塊，并檢驗(yàn)裝配關(guān)系和干涉情況，確保整機(jī)的完整和正確。特別注意以下內(nèi)容:
. 結(jié)構(gòu)件采用 "自上而下"的設(shè)計(jì)方式，確定結(jié)構(gòu)中各個(gè)零件與驅(qū)動(dòng)尺寸的關(guān)系。作到修改驅(qū)動(dòng)參數(shù) (配置表)即可重新確定其形狀、尺寸和相對(duì)位置從而構(gòu)建結(jié)構(gòu)件新的3D模型。
. 通用件采用建庫(kù)方式。采用配置管理確定零件的規(guī)格，以便靈活插入裝配。在裝配中建立配合關(guān)系，使零件準(zhǔn)確定位。
. 注意加工和裝配順序.零件的屬性必須在模型中建立，以便裝配體提取生成明細(xì)表。
. 確定驅(qū)動(dòng)尺寸并做成配里表。驅(qū)動(dòng)尺寸應(yīng)與主控參數(shù)建立相應(yīng)的關(guān)系。
. 修改配置表中的參數(shù)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍芊裨谝?guī)定的范圍內(nèi)正確生成。
. 確定各模塊的裝配關(guān)系，確定主參數(shù)與各個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)參數(shù)的連接，保證各模塊在總裝中的正確位置和作用。
. 模塊模型確定的依據(jù)是功能、力學(xué)指標(biāo)和位置關(guān)系。結(jié)構(gòu)件必須通過力學(xué)校核確保滿足使用條件。
2.2.2參數(shù)化模塊建立
. 把堆垛機(jī)分成若干模塊，確定各模塊的輸入主參數(shù)，并且與堆垛機(jī)指標(biāo)參數(shù)建立相關(guān)聯(lián)系。
. 對(duì)模塊進(jìn)行建模分析，確定其參數(shù)，并建立設(shè)計(jì)表。確保在相應(yīng)配置下的正確生成。
. 確定模塊組成零件的屬性。
. 模塊組成零件的裝配。保證裝配關(guān)系的正確性，形成完整的模塊裝配體。
2.3結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊
該模塊是在完成總裝配后，進(jìn)行校核，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的再制定，并反饋給計(jì)算模塊。主要工作包括:
(1)橫梁與立柱，以工作對(duì)象和環(huán)境為基本參數(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型，通過FEA計(jì)算校核認(rèn)可后，再給出金屬結(jié)構(gòu)的總體尺寸和斷面尺寸。
(2)載貨臺(tái)，以工作對(duì)象和環(huán)境為基本參數(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型，通過 FEA計(jì)算校核認(rèn)可后，再確定載貨臺(tái)的總體尺寸。
(3)貨叉，以工作對(duì)象和環(huán)境為基本參數(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型，通過FEA計(jì)算校核認(rèn)可后，再確定貨叉體的斷面尺寸。
3.上橫梁設(shè)計(jì)過程
以上橫梁設(shè)計(jì)過程作為實(shí)例，其它部件雷同。
3.1自上而下的設(shè)計(jì)
首先新建一個(gè)裝配體文件，在此新建的裝配體中生成零件，這就是自上而下的設(shè)計(jì)。可以繪制一個(gè)或多個(gè)布局草圖，用該布局草圖控制每個(gè)裝配體的零部件的位置和大小。可隨時(shí)使用布局草圖修改使裝配體做出變更。使用布局草圖設(shè)計(jì)裝配體最大的好處，就是如果更改了布局草圖，則裝配體及其零件都會(huì)自動(dòng)隨之更新。您僅需改變一處即可快速地完成修改。使用布局草圖，采用下列步驟:
(1)建立一個(gè)布局草圖，其中以不同的草圖實(shí)體代表裝配體中的零件。按照整體設(shè)計(jì)思路，指定每個(gè)零部件的暫定位置。
(2)在建構(gòu)每個(gè)零部件時(shí)可參考布局草圖中的幾何體。用布局草圖來定義零部件的尺寸、形狀以及它在裝配體中的位置，請(qǐng)確保每個(gè)零件都參考了此布局草圖.
3.2建模步硯及要求
建立布局草圖，作為所有零件的參考。草圖中要包括所有具有相關(guān)位置零件的信息，并對(duì)這些代表零件的幾何體加入關(guān)系和尺寸，還可以進(jìn)一步加入數(shù)值連接、方程式等，以便草圖尺寸變化時(shí)幾何體隨之改變位登或大小。
建立零件，參考布局草圖分別建立每一個(gè)零件。所謂參考草圖既零件的草圖必須和參考草圖建立關(guān)系，例如全等或?qū)嶓w投影等等。對(duì)稱零件可以通過鏡像派生得到。對(duì)于上橫梁設(shè)計(jì)，方程式的驅(qū)動(dòng)參數(shù)是連接板中心距、左滑輪距、右內(nèi)滑輪距、右外滑輪距、寬、高。上橫梁如圖 4所示:
其中，連接板中心距為 2960mm，左滑輪距為245.5mm，右內(nèi)滑輪距為260 ，右外滑輪距為260mm,寬為310mm，高為250mm，六個(gè)參數(shù)為驅(qū)動(dòng)參數(shù)，己經(jīng)被建立在參數(shù)表中。
3.3驅(qū)動(dòng)生成不同尺寸的上棋梁裝配體生成不同尺寸的上橫梁裝配體可采用以下方法:① 手動(dòng)修改:在基體一拉伸一薄壁特征上雙擊以顯示其尺寸，修改對(duì)話框出現(xiàn)，更改尺寸數(shù)值，單擊重建模型，裝配體中的所有的零部件會(huì)自動(dòng)更新:選擇了所有配里。② 接口程序自動(dòng)修改:通過 vc++驅(qū)動(dòng)程序改變內(nèi)部變化的大小，并完成重建模型，裝配體中的所有的零部件也會(huì)更新。這樣我們就得到驅(qū)動(dòng)后的上橫梁，如圖5所示。
4.結(jié)論
此參數(shù)化系列設(shè)計(jì)是在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的條件下實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于產(chǎn)品的多樣性變化問題，可以遵從以上方法通過進(jìn)一步的設(shè)計(jì)工作解決。參數(shù)化設(shè)計(jì)目前還作不到只用結(jié)果而不管過程的"傻瓜版"，因此需要操作人必須具備 Solidworks的繪圖技能，以便根據(jù)個(gè)性實(shí)時(shí)修改滿足需要。由于3D設(shè)計(jì)用的是特征，故設(shè)計(jì)實(shí)施前必須經(jīng)過認(rèn)真思考以確定制作模型的順序。參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊是真正的設(shè)計(jì)核心，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的紐帶。實(shí)踐表明參數(shù)化可以提高工作效率，但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)的諸多影響因紊不可能在參數(shù)化內(nèi)完全考慮，故用參數(shù)化設(shè)計(jì)完全取代人是不現(xiàn)實(shí)的。在標(biāo)準(zhǔn)件和通用件及一些配套件上作到參數(shù)化是完全可能的，也同時(shí)縮短了這部分工作的周期。只有在全部設(shè)計(jì)人員都會(huì)用3D設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，才能發(fā)揮軟件的強(qiáng)大功能，才能使參數(shù)化設(shè)計(jì)不斷完善，最大限度地提高工作效率。實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)效率由一人80天完成，提高到一人10天完成。