基于Solidworks的新型显示屏支架三维建模设计工艺分析

刘伟，张江华

（常州机电职业技术学院，江苏常州213064）

基于Solidworks的新型显示屏支架三维建模设计工艺分析

刘伟，张江华

（常州机电职业技术学院，江苏常州213064）

利用Solidworks软件来完成新型军用工程机械显示屏支架的三维建模设计与工艺分析。通过使用Solidworks软件进行支架三维建模设计、讨论了支架轻量化技术的选取和工艺分析，以达到提高设计效率、优化新型显示屏支架及简化其生产工艺过程的目的。

显示屏支架；Solidworks；三维建模设计；自冲铆接；轻量化技术

军用工程机械的发展一直受到各军事强国的高度重视。尤其是随着高技术武器装备的大量应用和新的作战理论的形成，各种武器装备机动性能和作战效能的快速提高，对军用工程机械提出了更高的要求。为满足新的作战需求，各国军队在发展各种武器装备的同时，也在不断发展新型军用工程机械，并对己有装备不断进行改进和完善，特别是军工专用工程机械的发展更适应末来作战的需要［1］。现代化的军用工程机械装备为优化人机交互界面会用到显示设备及与其配套的交互设备。显示设备的安装是对军用工程机械设备提出的新要求。现有的军用工程机械设备上使用的显示屏支架大多为铝合金铸造结构。为了提高整个军用工程机械设备的性能，军用工程机械设备整机设计对其上应用的显示屏支架提出新要求：在不改变原有的安装接口及显示设备总体安装空间及尺寸的前提下减重。

本文利用Solidworks软件对这种军用工程机械设备上的新型显示屏支架进行了三维建模设计，同时通过讨论支架轻量化技术的选取及其建模的过程结合现有的生产条件，对其生产加工工艺过程进行了分析。

1　显示屏支架的三维建模设计

1.1支架轻量化方案确定

通过已有产品的再设计，企业能够提高产品族中的平台通用性，实现规模经济效益［2］。所以新型的显示屏支架设计是采用在原有产品基础上的改进设计。其整体的设计需求是：安装接口与原型一致并满足对显示设备的减震隔震作用，同时新的产品重量控制在原产品重量的2/3以内。基于以上设计需求正确的选择轻量化技术是新型显示屏支架设计的关键。原支架为铸铝结构，借鉴相关行业轻量化技术可以使用焊接结构或铆接结构进行新产品的整体轻量化。

在本项目需求中支架是应用在军用工程机械装备内部，显示屏支架主要完成显示设备的安装及支撑作用，同时在军用工程机械装备高速移动时减缓对显示设备的振动和冲击。新型的显示屏支架方便到军用工程设备应用现场替换老型号产品。针对上述需求对焊接结构和铆接结构进行对比：

首先，在军用工程机械装备内部使用的显示屏支架，静态受力载荷简单但动态受力载荷比较复杂。研究显示，在静态测试中点焊连接的强度要比自冲铆接连接大，然而在疲劳测试中自冲铆接连接性能要好得多。在106次的循环里，自冲铆接连接疲劳强度是点焊连接强度的两倍［3］。可见，在动态载荷条件下自冲铆接的性能比焊接要好。

其次，铝合金焊接有以下难点：铝合金焊接容易产生气孔、铝合金焊接易产生热裂纹还有由于其线膨胀系数大，易产生焊接变形。而自冲铆接工艺过程的普遍特征工序周期短是所有，通常一个铆接工序周期仅为几秒。此外，自冲铆接工艺作为新型板件连接工艺相对于其它连接工艺（如电阻点焊工艺）仍有如下突出优点：可以铆接多层板材组；无热效应一一可以用于涂层或镀层板材的连接而不会破坏其涂镀层，也无其它任何损害。

最后，到现场对既有产品上应用的老型产品改造，铆接过程简单，无需在板材上预先开孔；铆接质量持续稳定，铆接点质量可以通过视觉观察；铆接时无热量、烟、汽、火花、粉尘或碎屑等产生。而焊接结构现场操作不如铆接结构简便。

基于以上三点考虑，新型显示屏支架采用自冲铆接轻量化技术进行整体组装设计。

1.2 Solidwork软件介绍

Solidworks是一套基于Windows操作系统开发的机械设计自动化软件，其是采用用户熟悉的Windows图形界面，操作简便，易学易用，被广泛的应用于机械、汽车和航空等领域。SolidWorks三维设计直接从三维模型入手，省去了三维与二维之间的转化。设计者可以方便地通过拉伸、旋转、钣金特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计。同时，SolidWorks软件采用参数驱动的设计模式，可以通过修改相关的参数来完善设计方案，支持设计方案的动态修改。这使得该软件成为了机械设计领域的主流三维设计软件。基于以上因素，新型显示屏支架采用Solidworks软件进行三维建模设计。

1.3新型显示屏支架部件三维建模

结合原有铸铝结构的显示屏支架设计方案，确定新型的铆接结构的显示屏支架主要由两侧的左、右侧主立板、底座安装板、前安装板、后安装板五个主要部件和各个转角处加强筋板等组成。显示屏支架的三维建模设计包括其所有零件三维建模和整个支架的装配。

由于是参考原有铸造支架基础上的改进设计，所以对整个铆接的支架的三维建模采用自底向上的装配设计方法，即先依据各零部的结构形状和尺寸建立其三维模型，然后再按照它们彼此之间的装配和约束关系逐个进行组装，最后完成整机的虚拟装配。

Solidworks零部件造型的一般过程：首先、选择适当的基准面，绘制生成零件模型特征草图；然后、使用拉伸、旋转和扫描等基本特征命令创建反映零件主要形状的基础特征；最后、使用倒角、圆角等修饰特征命令在基础特征上添加其它特征完成整个零件对象的造型。针对Solidworks三维建模的实践，提出以下三个零件建模技巧：首先、分析零件对象的基础特征，绘制的草图应能生成零件的基础特征；其次、绘制截面草图时，尽量采用实体转换命令使用已生成的实体特征中的图线，这样既准确又快捷、同时减少了编辑修改时的参数；最后、零件的命名要简单直观合理（建议使用图号来命名零件的模型文件），建好的零部件最好保存在一个目录便于修改查找。

新型军用工程机械设备显示屏支架的各个组成部件的精确建模和正确定义各部件之间的装配关系，是完成显示屏支架整体建模的关键。装配好各主要部件后，再按照上述的方法完成整机的装配。图1-图5分别是左、右侧主立板、底座安装板、前安装板和后安装板子装配三维模型。图6为整个新型显示屏支架的三维模型。

图2　右侧主立板子装配三维模型

图3　底座安装板子装配三维模型

图4　前安装板子装配三维模型

图5　后安装板子装配三维模型

图6　新型显示屏支架三维模型

2　新型显示屏支架虚拟装配及工艺分析

虚拟装配是虚拟制造的一个重要而关键的环节，是虚拟现实技术与装配技术相结合的产物。它是将虚拟现实技术作为辅助工具应用于装配技术研究，利用虚拟现实系统提供的交互性、沉浸性和想象性，为产品装配工艺的研究提供一个理想的环境，以解决产品在装配过程中可能出现的问题，并将装配信息反馈给设计人员，修改、优化设计，提高设计质量与水平［4］。在产品试制生产前可以使用虚拟装配技术对产品进行静态干涉检查来确定静止零件间是否满足设计要求的最小距离，确定零件的可装配性。利用动态干涉检查来检查三维零部件实体在相互运动过程中或是安装过程中是否产生干涉现象。对于产品的装配过程，这一操作步骤具有重要的现实意义，是对整个产品装配过程的一个初步的装配工艺分析过程。它将直接关系到产品实际组装的成败。

对于新型显示屏支架供给新的军用工程机械产品使用时，可以在出厂前完整组装。对于现有在现场使用的工程设备进行老显示屏支架的改造工作，应先以五个主要子装配的形式运送到改造场地。按照如下的安装工艺过程进行安装：首先在工程设备内部对应的支架安装接口上安装底座安装板子装配，完成后安装前、后安装板子装配，接下来安装左、右侧主立板子装配，完成主体安装后在安装相关配件。这样的工艺流程有利于在工程设备内部完成整个显示屏支架的安装，同时能使其安装的工艺质量得到保障。

3　结束语

本文充分发挥SolidWorks软件的三维建模设计优势，讨论了新型显示屏支架轻量化方案并进行三维建模设计和虚拟装配。通过虚拟装配对新型显示屏支架整个模型进行干涉检查，以及工艺分析，优化新型显示屏支架的设计工程及工艺工程。缩短了设计周期，为新产品的开发创造有利条件。同时为其后续进行振动冲击仿真做了相应的准备。

［1］张欲保.军用工程机械的发展、分析与未来［J］交通世界（建养.机械）2009，（19）：41.

［2］Nanda J，Thevenot H J，Simpson T W.Product family repre sentation and redesign:increasing commonality using formal concept analysis［C］Proceedings of ASME DesignEngineer ing Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference，Long Beach，2005：969-978.

［3］A.R.Krause，R.A.Chernenkoff.A comparative study of the fatigue behavior of spot-welded and mechanically fastened aluminuet joints［J］.Society of Automotive Engineers，1995，45（3）：85-88.

［4］张林鍹，童秉枢.并行工程中的装配仿真系统及其关键技术研究［J］计算机辅助设计与图形学学报1999，（3）：163-167.

3D Modeling Design and Process Analysis of a New type Display Screen Bracket based on Solidworks

LIU Wei，ZHANG Jiang-hua
（Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou Jiangsu 213164，China）

Three dimensional modeling and process analysis of the new military engineering machinery display screen support using Solidworks software.Through the use of SolidWorks software for three-dimensional modeling design，discussed support lightweight technology selection and process analysis，in order to improve the design efficiency and optimization model display screen bracket and the production process is simplified.

display screen bracket；solidworks；3D modeling design；self-piercing riveting；lightweight technology

TP31

A

1672-545X（2016）08-0249-03

2016-05-18

常州机电职业技术学院院级课题（2014/YJKT/09）

刘伟（1977-），男，黑龙江富裕人，硕士，高级工程师，教师，研究方向：计算机辅助设计与制造；张江华（1973-），男，浙江东阳人，硕士，副教授，主任，研究方向：机械制造及自动化。