SolidWorks设计与仿真一体化教程

适读人群 ：本书适合入门级读者学习使用，也适合有一定基础的读者参考使用，还可用作职业培训、职业教育的教材。

本书以美国达索公司旗下SolidWorks软件为载体，以工业机器人机械本体设计为主线，共设计了六个项目和多个教学任务。本书综合了SolidWorks 2016软件与工业机器人机械部件设计的相关知识，采用图解的写作风格，主要介绍SolidWorks 2016软件的常用功能，包括草图绘制、零件建模、装配体设计、工程图、结构分析及运动分析、零部件仿真等。在安排上，强调SolidWorks 2016软件知识与工业机器人零部件实例相结合，由浅入深、循序渐进地讲解了从基础零件建模到复杂部件装配、零件与装配体生成工程图、零部件的仿真等，实例紧密联系机电工程实践，具有较强的专业性和实用性。本书将使读者对机械基础、工业机器人专业知识和SolidWorks 2016软件操作技能有一个全新的认识与提高。

本书以美国达索公司旗下SolidWorks软件为载体，以工业机器人机械本体设计为主线，共设计了六个项目和多个教学任务。本书综合了SolidWorks 2016软件与工业机器人机械部件设计的相关知识，采用图解的写作风格，主要介绍SolidWorks 2016软件的常用功能，包括草图绘制、零件建模、装配体设计、工程图、结构分析及运动分析、零部件仿真等。在安排上，强调SolidWorks 2016软件知识与工业机器人零部件实例相结合，由浅入深、循序渐进地讲解了从基础零件建模到复杂部件装配、零件与装配体生成工程图、零部件的仿真等，实例紧密联系机电工程实践，具有较强的专业性和实用性。本书将使读者对机械基础、工业机器人专业知识和SolidWorks 2016软件操作技能有一个全新的认识与提高。

本书适合入门级读者学习使用，也适合有一定基础的读者参考使用，还可用作职业培训、职业教育的教材。

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项目1SolidWorks零件设计

任务1SolidWorks 2016简介

任务2SolidWorks典型零件建模

任务3技能训练

项目2工业机器人本体设计

任务1工业机器人底座设计

任务2工业机器人大臂设计

任务3工业机器人小臂设计

任务4工业机器人手腕设计

任务5工业机器人法兰设计

项目3SolidWorks装配体设计

任务1简单装配体

任务2机械手(爪)装配体

任务3工业机器人底座装配体

任务4工业机器人小臂装配体

任务5工业机器人手腕装配体

项目4SolidWorks工程图设计

任务1工程图基础

任务2三通管工程图

任务3小臂装配体工程图

项目5SolidWorks 仿真

任务1小臂零件图仿真

任务2小臂装配体仿真

项目6CSWA考试简介

任务1关于CSWA考试

任务2CSWA样题

参考文献

项目2

工业机器人本体设计

项目2

工业机器人本体设计

根据国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，拥有三个或更多可编程的轴，拥有生产效率高、产品品质稳定、劳动力成本低廉及操作环境好等优点，主要用于工业自动化领域。

工业机器人的普及是实现自动化生产、提高社会生产效率、推动企业和社会生产力发展的有效手段。随着用工成本的增加，“人口红利”逐渐消失，在这个前提下，机器人产业作为高端智能制造的代表，在新一轮工业革命中将成为制造模式变革的核心和推进制造业产业升级的“发动机”。在我国，机器人的应用是今后发展的一个大趋势。

工业机器人是典型的机电一体化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起到越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。现代化机器人已在汽车工业、医药食品、电子制造等领域广泛应用。

工业机器人机械本体包含手臂、手腕、机械手、基座等，通常基座也称机架，是机器人的身躯。手臂分为大臂和小臂，大臂与基座相连接，小臂一端连接大臂，另一端连接手腕。手臂不仅承受被抓取工件的重量，还承受机械手、手腕和手臂自身的重量，手臂的结构、工作范围、灵活程度、承载大小、定位精度等,直接影响工业机器人的工作性能。手腕是在小臂和机械手之间，用于支撑和调整的部件。机械手也称末端执行器，机械手握住不同的工具，便可以完成不同的工作。例如：机械手握住焊枪，可以进行焊接；握住喷枪，可以进行喷涂。机械手还可以搬运物品、组装零件等。

本项目针对工业机器人机械本体的主要零件进行三维设计与建模，其他零件仅用于机器人各部件的装配体中。

任务1工业机器人底座设计

【学习要点】

 熟悉工业机器人底座结构

 熟练绘制较复杂草图

 掌握基准面的创建、使用

 掌握较复杂特征创建

一、 工业机器人底座3D视图

工业机器人底座3D视图如图21所示。

图21

工业机器人底座是整个机器人的支撑部件，设计时要考虑稳定性和刚度。工业机器人底座是固定的，直接连接在地面基础上。在设计之初要考虑其装配体中其他零件的摆放位置。

二、 工业机器人底座建模思路

推荐的建模顺序如下：

(1) 绘制底部圆盘草图，采用拉伸凸台；

(2) 绘制上端圆柱草图，采用拉伸凸台；

(3) 圆柱顶部小孔采用拉伸切除；

(4) 绘制底部槽孔，采用拉伸切除；

(5) 绘制底部四个腰形支撑，采用拉伸凸台；

(6) 在腰形支撑上打异型孔和两个小孔，圆周阵列四个。

三、 工业机器人底座建模过程

(1) 新建文件。

单击工具栏中的“新建”命令,选择零件模板，创建一个新零件，如图22所示。

图22

(2) 保存文件。

单击菜单栏中的“保存”命令，在弹出的对话框中将零件命名为底座.sldprt，并保存，如图23所示。注意：模型的命名按照企业相关标准制定，在此不进行详细描述。

图23

(3) 绘制底部圆盘。

选择上视基准面，单击“草图绘制”，绘制一个直径为450 mm的圆，如图24所示。

单击右上角的，保存并退出草图。

在特征树中选择草图1，单击特征“拉伸凸台”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离4500 mm，如图25所示。

图24

图25

(4) 绘制上端圆柱及顶部小孔。

选择特征“凸台拉伸1”的上表面，单击“草图绘制”，绘制一个直径为126 mm的圆，如图26所示。

单击特征“拉伸凸台”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离15500 mm，如图27所示。

图26

图27

选择圆柱形上表面，单击“草图绘制”，绘制一个直径为118 mm的圆，如图28所示。

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离300 mm，如图29所示。

图28

图29

选择“切除拉伸1”后的表面，单击“草图绘制”，绘制一个直径为113 mm的圆，如图210所示。

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离150 mm，如图211所示。

图210

图211

选择“切除拉伸2”后的表面，单击“草图绘制”，绘制直径为113 mm、107 mm的同心圆，如图212所示。

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离1.50 mm，如图213所示。

图212

图213

(5) 绘制圆盘底部槽孔。

选择上视基准面，单击“草图绘制”，绘制底部槽(四周)草图，尺寸如图214所示。

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离3500 mm，如图215所示。

图214

图215

选择上视基准面，单击“草图绘制”，绘制底部槽(中间)草图，尺寸如图216所示。

图216

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离17000 mm，如图217所示。

图217

选择底部槽(中间)切除后的表面，单击“草图绘制”，如图218所示。

图218

单击圆周阵列，数量3个，如图219所示。

图219

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“给定深度”，距离2.50 mm，“所选轮廓”为所有直径为14 mm的圆，如图220所示。

图220

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“完全贯穿”，“所选轮廓”为所有直径为9 mm的圆，如图221所示。

图221

(6) 绘制底部四个支撑。

选择上视基准面，单击“草图绘制”，绘制草图如图222所示。

图222

单击特征“拉伸凸台”，等距500 mm，方向“给定深度”，距离2500 mm，如图223所示。

图223

(7) 在支撑上打异型孔。

单击特征“异型孔向导”，孔类型“柱形沉头孔”，终止条件“完全贯穿”，如图224所示。

单击“位置”选项卡，直接在图形上任意选择一个位置，单击“确定”按钮，然后在草图上修改异型孔位置，如图225所示。

图224

图225

单击特征“圆周阵列”，数量4个，如图226所示。

图226

单击“确定”按钮完成。

单击上视基准面，单击“草图绘制”，分别绘制直径为8 mm、12 mm的两个圆，如图227所示。

图227

单击特征“拉伸切除”，从“草图基准面”，方向“完全贯穿”，如图228所示。

图228

单击特征“圆周阵列”，数量4个，如图229所示。

图229

单击“确定”按钮，完成底座设计。将此零件命名为“底座.sldprt”，保存在指定文件夹中。

小结：

底座是一个复杂零件，建模过程多次使用了拉伸凸台、拉伸切除、圆周阵列、异型孔向导等特征，每个特征根据设计的不同要求，选择不同的参数与配置，以实现快速高效的零件建模。

三维建模已逐渐取代二维绘图，成为机械设计师的主要设计工具。企业对掌握三维建模技巧的人才的需求越来越大，对具有SolidWorks认证证书并能为企业带来经济效益的设计人员求贤若渴。

SolidWorks软件是当前在设计制造领域流行的一款三维设计软件，其应用涉及汽车制造、机器人、数控机床、通用机械、航空航天、生物医药及高性能医疗器械、电气工程等众多领域。

本书以美国达索公司旗下SolidWorks软件为载体，以工业机器人机械本体设计为主线，共设计了六个项目和多个教学任务。本书综合了SolidWorks 2016软件与工业机器人机械部件设计的相关知识，采用图解的写作风格，主要介绍SolidWorks 2016软件的常用功能，包括草图绘制、零件建模、装配体设计、工程图、结构分析及运动分析、零部件仿真等。在安排上，强调SolidWorks 2016软件知识与工业机器人零部件实例相结合，由浅入深、循序渐进地讲解了从基础零件建模到复杂部件装配、零件与装配体生成工程图、零部件的仿真等，实例紧密联系机电工程实践，具有较强的专业性和实用性。本书将使读者对机械基础、工业机器人专业知识和SolidWorks 2016软件操作技能有一个全新的认识与提高。

本书由南京机电职业技术学院自动化工程系教师吴芬任主编，由南京东锐羽软件科技有限公司技术部经理张一心、安徽机电职业技术学院王爱国、安徽国防科技职业学院朱修传、江苏食品药品职业技术学院谢亚青任副主编，由吴芬负责全书统稿。其中，吴芬编写项目1中任务2，项目2中任务3，项目4中任务2、任务3，张一心编写项目1中任务1、任务3，项目3中任务1、任务2，王爱国编写项目4中任务1及项目5，王晓峰编写项目2中任务2，朱修传编写项目3中任务3、任务4、任务5，徐念玲编写项目2中任务4、任务5，朱红娟编写项目2中任务1，谢亚青编写项目6。

本书适合入门级读者学习使用，也适合有一定基础的读者参考使用，还可用作职业培训、职业教育的教材。

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由于时间仓促，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请读者和专家批评指正。

编者

2016年11月