李靜松

摘要：為了加快打捆裝置研發(fā)效率，基于SolidWorks軟件平臺(tái)，選取打捆機(jī)作為建模對(duì)象，對(duì)打捆機(jī)各零部件進(jìn)行詳細(xì)的建模過(guò)程分析與裝配。該模型較為直觀地表達(dá)了打捆機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)原理及裝配方法，可為縮短研發(fā)周期及后續(xù)研究提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：打捆；SolidWorks；建模；裝配

中圖分類號(hào)：S225.92? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2023）06-0053-04

目前，打捆機(jī)在農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的研究需求和研究意義日益凸顯。在農(nóng)業(yè)方面，打捆機(jī)的研究可提高農(nóng)產(chǎn)品的包裝效率、改善包裝質(zhì)量和增強(qiáng)安全性[1]，從而進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；在工業(yè)方面，打捆機(jī)的研究可提高工業(yè)產(chǎn)品的運(yùn)輸效率、優(yōu)化物品保護(hù)和防護(hù)[2]，以此來(lái)促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)對(duì)打捆機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的不斷攻關(guān)，可以推動(dòng)農(nóng)業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和資源利用效率。

SolidWorks是法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)子公司推出的一款強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與工程分析軟件，具有先進(jìn)的建模和仿真功能，可為工程師和設(shè)計(jì)師提供一個(gè)高效、精確的設(shè)計(jì)平臺(tái)[3]。該軟件自1995年問(wèn)世以來(lái)，以其優(yōu)異的性能、易用性和創(chuàng)新性[4]，極大地提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。在打捆機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用SolidWorks進(jìn)行建模能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化為可視化的三維模型，這樣的建模過(guò)程可以更好地了解打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸和功能，并且可以進(jìn)行多方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化[5]。研究使用的SolidWorks軟件對(duì)打捆機(jī)的夾持機(jī)構(gòu)、纏繞機(jī)構(gòu)、擺桿滑塊機(jī)構(gòu)、送帶切割裝置、物料承載運(yùn)輸裝置和收集箱6個(gè)部分進(jìn)行建模和虛擬裝配。下面將詳細(xì)介紹打捆機(jī)各部件的三維建模及裝配過(guò)程。

1 夾持機(jī)構(gòu)三維建模

夾持機(jī)構(gòu)由夾持爪、兩段連接桿、兩個(gè)連接桿座構(gòu)成。夾持爪具體建模過(guò)程如下：夾持爪按照兩部分組合的方式分別創(chuàng)建實(shí)體。先繪制弧形夾持爪草圖，再繪制夾持爪長(zhǎng)桿的草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令生成實(shí)體，并在長(zhǎng)桿側(cè)面上繪制孔；通過(guò)拉伸切除形成圓形孔，最后將兩部分合成夾持爪，完成建模。連接桿具體建模過(guò)程如下：分別繪制兩段連接桿草圖。短連接桿先通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體，再通過(guò)拉伸切除生成空心短桿；長(zhǎng)連接桿通過(guò)兩段凸臺(tái)拉伸直接生成，最后分別在兩連接桿一段側(cè)邊繪制一個(gè)圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔，完成連接桿建模。連接桿座具體建模過(guò)程如下：繪制連接桿底座矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在矩形底座側(cè)邊繪制草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成連接架；選中鏡像實(shí)體，以矩形底座為鏡像軸、連接架為實(shí)體，實(shí)現(xiàn)鏡像，完成連接桿座的建模。夾持機(jī)構(gòu)實(shí)體如圖1所示。

2 纏繞機(jī)構(gòu)三維建模

纏繞機(jī)構(gòu)由固定塊、移動(dòng)塊組成。移動(dòng)塊具體建模過(guò)程如下：繪制移動(dòng)塊輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令生成實(shí)體；在實(shí)體一側(cè)繪制圓形槽草圖，通過(guò)拉伸切除命令生成圓形槽，完成移動(dòng)塊的建模。固定塊的三維建模過(guò)程如下：繪制固定塊輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令生成實(shí)體；分別在固定塊3個(gè)連接處繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除命令生成圓形孔；選擇倒角指令，選中3個(gè)連接處一側(cè)的邊線，添加倒角，完成固定塊的建模。移動(dòng)塊實(shí)體如圖2所示，固定塊實(shí)體如圖3所示。

3 擺桿滑塊機(jī)構(gòu)三維建模

擺桿滑塊機(jī)構(gòu)由凹槽底座、兩段曲柄、滑塊、小輪組成。兩段曲柄的具體建模過(guò)程如下：分別繪制兩輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在兩實(shí)體表面繪制兩個(gè)圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔，完成建模。小輪具體建模過(guò)程如下：繪制圓環(huán)草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成小輪實(shí)體，完成建模?；瑝K具體建模過(guò)程如下：繪制矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在實(shí)體短邊側(cè)表面繪制圓形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成圓柱體；在實(shí)體長(zhǎng)邊側(cè)面繪制輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在實(shí)體表面繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓孔，完成建模。凹槽底座的建模過(guò)程如下：繪制矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在上表面繼續(xù)繪制矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在實(shí)體側(cè)面繪制輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在側(cè)面繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔；選擇鏡像命令，以矩形實(shí)體上表面中線為鏡像面、上一步生成的實(shí)體為鏡像特征，生成鏡像，完成建模。滑塊建模如4所示，擺桿滑塊機(jī)構(gòu)建模如圖5所示。

4 送帶切割裝置三維建模

送帶切割裝置由帶輪、小輪、棘輪、割刀、彈簧，安裝板6部分組成。帶輪、小輪具體三維建模過(guò)程如下：分別繪制兩輪結(jié)構(gòu)草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成帶輪和小輪，完成建模。棘輪具體三維建模過(guò)程如下：繪制棘輪草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在圓形弧面上新建一個(gè)與之相切的基準(zhǔn)面，在該基準(zhǔn)面上繪制棘爪草圖，選擇凸臺(tái)拉伸命令；選擇兩個(gè)方向，靠近弧面的一側(cè)選擇成型到下一面，另一側(cè)設(shè)定拉伸長(zhǎng)度，完成一個(gè)棘爪的建模；選擇圓周陣列，以棘輪邊線為方向、棘爪為特征對(duì)象，實(shí)現(xiàn)陣列，完成棘輪建模。割刀具體三維建模過(guò)程如下：繪制割刀輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在實(shí)體表面繪制圓形孔草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔；以割刀表面為基準(zhǔn)面，繪制用于連接彈簧的三角形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在實(shí)體表面繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔，完成建模。應(yīng)在割刀前段繪制刀刃草圖，并通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令生成實(shí)體，完成刀刃繪制。彈簧選用E0094-016-0750-M型號(hào)。安裝板的具體三維建模過(guò)程如下：繪制安裝板輪廓草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令生成安裝板；在板面上需要開孔的位置繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓形孔，完成建模。送帶切割裝置如圖6所示。

5 物料承載運(yùn)輸裝置三維建模

物料承載運(yùn)輸裝置的具體建模過(guò)程如下：先繪制圓形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；在圓柱上底面繪制圓形草圖，通過(guò)拉伸切除生成圓孔；在圓形弧面上新建一個(gè)與之相切的基準(zhǔn)面，在該基準(zhǔn)面上繪制草圖，選擇凸臺(tái)拉伸命令；選擇兩個(gè)方向，靠近弧面的一側(cè)選擇成型到下一面，另一側(cè)設(shè)定拉伸長(zhǎng)度，完成一個(gè)擋板的建模；選擇圓周陣列，以圓柱滾筒邊線為方向、擋板為特征對(duì)象，實(shí)現(xiàn)陣列；在圓柱滾筒前段繪制倒角，后端繪制圓形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成圓形擋板，完成建模。物料承載運(yùn)輸裝置如圖7所示。

6 收集箱三維建模

收集箱的具體建模過(guò)程如下：繪制矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸生成實(shí)體；選擇抽殼命令，添加參數(shù)和厚度，完成抽殼；選擇側(cè)邊擋板為基準(zhǔn)面，繪制圓弧草圖；選擇拉伸切除指令，勾選完全貫穿，切除兩側(cè)板多余部分；以收集箱前擋板外側(cè)面為基準(zhǔn)面，繪制矩形草圖，通過(guò)拉伸切除多余部分；以前擋板內(nèi)側(cè)面為基準(zhǔn)面，繪制矩形草圖，通過(guò)凸臺(tái)拉伸命令，在收集箱內(nèi)部生成一個(gè)矩形臺(tái)；在矩形臺(tái)側(cè)邊，繪制一個(gè)三角形草圖，通過(guò)拉伸切除命令，切掉矩形臺(tái)多余部分，得到一個(gè)梯形臺(tái)，完成建模。收集箱建模如圖8所示。

7 打捆機(jī)的虛擬裝配

虛擬裝配是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的重要步驟[6]。采用虛擬裝配技術(shù)，可在設(shè)計(jì)階段檢驗(yàn)產(chǎn)品各零件之間的配合關(guān)系與可裝配性，從而保證裝配設(shè)計(jì)的正確性[7]。在SolidWorks的裝配體設(shè)計(jì)中，提供了自下而上、自上而下或兩種方法結(jié)合的裝配方法[8]。研究采用自下而上的方法來(lái)進(jìn)行虛擬裝配和干涉檢查。由于打捆機(jī)零部件較多，且裝配關(guān)系復(fù)雜，在一個(gè)裝配圖內(nèi)完成裝配較為困難，所以采用組合裝配的方法。先將各裝置分別完成裝配，再按順序?qū)氲娇傃b配圖中，這樣的方法既方便裝配，還便于檢查和修改零件尺寸[9]。打捆機(jī)具體裝配流程如下。

7.1 夾持機(jī)構(gòu)裝配

新建裝配體，選擇導(dǎo)入零部件，依次導(dǎo)入夾持爪、小連接桿座、長(zhǎng)連接桿、短連接桿、大連接桿座；夾持爪與小連接桿座之間添加重合、距離配合關(guān)系；小連接桿座與長(zhǎng)連接桿之間添加同軸、重合配合關(guān)系；長(zhǎng)連接桿和短連接桿之間添加同軸、距離配合關(guān)系；短連接桿和大連接桿座之間添加同軸、重合配合關(guān)系；大連接桿座與夾持爪之間添加平行配合關(guān)系，完成裝配。

7.2 纏繞機(jī)構(gòu)裝配

新建裝配體，選擇導(dǎo)入零部件，依次導(dǎo)入固定塊和移動(dòng)塊，添加同軸、平行配合關(guān)系，完成裝配。

7.3 送帶切割裝置裝配

新建裝配體，選擇導(dǎo)入零部件，依次導(dǎo)入安裝板、帶輪、小輪、棘輪、割刀、彈簧，分別把帶輪、小輪、棘輪、割刀移動(dòng)到安裝板對(duì)應(yīng)的圓形孔附近，添加同軸和距離配合關(guān)系，再將彈簧移動(dòng)到指定位置，最后用銷軸固定各零件，完成裝配。

7.4 擺桿滑塊機(jī)構(gòu)裝配

新建裝配體，選擇導(dǎo)入零部件，依次導(dǎo)入凹槽底座、兩段曲柄、滑塊、小輪；底座與一段曲柄之間添加同軸、重合配合關(guān)系；曲柄與曲柄之間添加同軸、重合配合關(guān)系；第二段曲柄與滑塊之前添加同軸、重合配合關(guān)系；滑塊與底座之間添加平行、重合、限制距離配合關(guān)系；滑塊與小輪之間添加同軸、配合配合關(guān)系；同銷軸固定各零件，完成裝配。

7.5 打捆機(jī)總裝配

新建裝配體，選擇導(dǎo)入零部件，先導(dǎo)入機(jī)架、物料承載運(yùn)輸裝置、主軸，三者之間添加同軸、距離配合關(guān)系；再導(dǎo)入收集箱，與物料承載運(yùn)輸裝置之間添加重合、距離配合關(guān)系；接著導(dǎo)入送帶切割裝置，與機(jī)架對(duì)應(yīng)的圓孔位置添加同軸心、重合配合關(guān)系，并用螺栓固定；再導(dǎo)入擺桿滑塊機(jī)構(gòu)和電機(jī)箱，添加重合配合關(guān)系；接著導(dǎo)入纏繞機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)和擋針，纏繞機(jī)構(gòu)與電極之間添加同軸心、重合配合關(guān)系，與擋針之間添加同軸、重合配合關(guān)系，與夾持機(jī)構(gòu)之間添加同軸心、重合、距離配合關(guān)系；最后導(dǎo)入鏈輪、鏈條、電機(jī)并進(jìn)行相應(yīng)配合。完成裝配后，通過(guò)干涉檢查命令來(lái)對(duì)打捆機(jī)裝配體進(jìn)行干涉檢查，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題并及時(shí)修正，從而確保打捆機(jī)各零部件的安裝位置準(zhǔn)確、無(wú)沖突。打捆機(jī)總裝配圖如圖9所示。

8 結(jié)論

研究中使用SolidWorks 軟件進(jìn)行了打捆機(jī)的三維建模和虛擬裝配。SolidWorks三維建模是一種高效且強(qiáng)大的工具，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為接近實(shí)物的三維模型。通過(guò)SolidWorks的建模功能，可以快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建各種零件和裝配體，并對(duì)其進(jìn)行修改和優(yōu)化。采用三維建模可視化的方式，可以更加直觀地理解機(jī)器的外觀和結(jié)構(gòu)，從而提高設(shè)計(jì)決策的準(zhǔn)確性。SolidWorks的裝配功能使得多個(gè)零部件的裝配工作變得更加高效和準(zhǔn)確。通過(guò)定義零部件之間的關(guān)系和約束，可以實(shí)現(xiàn)零部件的精確組裝，并保證裝配體的正確性和穩(wěn)定性。在裝配的過(guò)程中，通過(guò)干涉檢測(cè)功能來(lái)分析零部件之間的干涉情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并及時(shí)改正，可避免在后續(xù)制造和使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的困擾，從而提高產(chǎn)品可靠性、節(jié)約制造成本。隨著SolidWorks技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，它將繼續(xù)為工程設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域帶來(lái)更多的便利和價(jià)值。

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Modeling and Assembly of Binding Devices Based on SolidWorks

LI Jingsong

（Linfen Vocational Technical College， Linfen Shanxi 041000， China）

Abstract：? ?In order to speed up the efficiency of binding device development， based on SolidWorks software platform， the binding machine is selected as the modeling object. The detailed modeling process analysis and assembly of each part of the binding machine are carried out. The model intuitively expresses the structural principle and assembly method of each component of the binding machine， which can provide reference value for shortening R&D cycle and follow-up research.

Key words：binding; SolidWorks; modeling; assembly