Inventor软件在机械设计教学中的应用浅尝.docx

0引言随着制造业企业中三维软件应用的越来越广泛，“数字样机”的概念已经为大多数的制造业企业所接受。而随着“数字化”技术的发展，目前已经将三维模型的概念从三维设计逐步扩展到采购、生产制造、、售后服务等多个企业的重要环节中。尤其是“智造2025”规划的提出，更为中国制造业企业在制造自动化方面指明了方向，这就要求未来的技工、技师们不仅能够读懂图纸，依照二维图提供的尺寸及公差要求进行生产，更需要能够根据三维模型使用“数字化”的技术进行编程加工、三维扫描测量、增材制造等零件级的自动化加工，以及以三维模型为基础，进行虚拟化装夹、装配等，甚至对整个产品级别的生产工艺、加工过程、装配过程进行模拟，以求在投产前就能够在制造部门进行虚拟化验证。正是在这样的时代背景下，笔者认为技校的技工、技师教学应该尝试引入三维软件，并使之逐步融入各门专业课程的教学中，而本文仅是笔者个人在机械设计基础课程设计中的一个简单实践，希望能够为本课程的课程改革提供一点实际教学经验。由于本文讨论的仅是一次机械设计基础的课程设计，因此涉及的主要是三维软件的初级应用，主要包含机械的结构设计、运动模拟、应力分析、工程图纸等设计环节，当然这也是企业的三维数据源头，后续的所有“数字样机”的应用均以此为基础，因此也应是教学任务的起点，是学生们从二维过渡到三维的基础应用。其学习难度也较为符合目前技校学生的认知水平，学生们学习及应用起来也会比较得心应手。1项目介绍通过三维软件Inventor进行木瓜剖半机械的设计。本文首先通过分析木瓜的几何形状特征，得出木瓜的三维模型。然后在研究切割原理中，选定了木瓜的切割方式、方向以及刀具。最后以木瓜模型为基础，通过使用三维软件工具设计出新型木瓜剖半机。该设备的整体设计成“L”字型，由定向排序输送机构、物料调配机构、定位装夹机构、切割机构和卸料机构等五大机构组成。定向排序输送机构可以将一堆木瓜实现定向且有序输送；物料分配机构中设计了挡料转盘，可以保证定向排序输送到定位装夹输送之间的秩序；切割机构包括了木瓜的定位装夹、输送带和切割机构。新型木瓜剖半机提高了木瓜剖切加工的成品率、降低了生产成本、简化了机械结构、操作更方便，能够满足目前市场对木瓜剖切加工的要求，有一定的借鉴意义与推广价值。2木瓜的几何形状分析一切的鲜果加工设备都必须从研究鲜果的几何外形开始，特别是像木瓜这类的鲜果，他们的外形差异性要比苹果大很多，尺寸参差不齐。测定木瓜的几何形状特征，对正确制定加工工艺、选择合理的加工方法及确定加工设备的结构参数都有着密切的关系。因此在进行加工设备的设计和试验前，有必要首先测定木瓜的几何形状特征。2.1木瓜的形状特征分析由于木瓜的生长环境不同以及品种的不同，木瓜的形状略有差异。但是，经过大量统计发现，其外观形状大致为两头直径较小，中部直径较大的类椭圆形，如图1所示。2.2木瓜的尺寸分析市场中重量在之间的木瓜占绝大多数，而在此重量范围内木瓜的平均短轴长为，平均长轴长为，长短轴之比约为。同时还发现此重量区间的木瓜形状还比较规则，所以选择这一重量范围的木瓜特性去建立其三维模型比较有代表性。以上述木瓜的平均尺寸为依据，决定本设计采用的木瓜三维模型的参数为：长轴长；短轴长；长短轴之比。木瓜的尺寸及三维模型如下图2所示。3木瓜剖半机的整体方案设计3.1木瓜剖半机总体设计（使用Inventor建模）本设计的木瓜剖半机主要由定向排序输送机构、物料调配机构、定位装夹机构、切割机构和卸料机构等5大机构所组成，如图3所示。三维软件除了可进行机械结构的设计外，在车间布局方面也可辅助设计。木瓜剖半机的主体呈“L”字型，设备高度约，占地面积约。在实际厂房中的摆放效果如图4所示。该机与物料接触的零部件均采用符合食品机械安全卫生要求的不锈钢、铝合金或工程塑料材料制成，保证食品安全卫生。木瓜排序输送速度，定位装夹输送速度及切割刀具线速度可分别通过电机变频进行调节，使机具在达到较高生产率的同时获得最佳作业质量（梁勤安等，2022）。3.2木瓜剖半机的原理设备时，工人们把一定数量的木瓜放进由铝合金板料焊接而成的料斗1中，但一次装入的木瓜不宜过多，避免木瓜大量堆叠而压坏木瓜或者造成木瓜的卡死现象。与料斗的下方紧密连接的是输送通道和滚子链输送装置。木瓜被喂入料斗之后，就会直接地落入到定向排序输送装置中。输送装置由一个个等间距的鞍形轮2组成，木瓜会均匀地落入由相邻鞍形轮形成的窝孔中并随链条带动向前运动。鞍形轮在输送进程中随链条作直线运动的同时，在固定齿条3和鞍形锟小齿轮4的相互强制作用下，鞍形锟也会绕自身轴线旋转，确保每个窝眼中只充填一个木瓜。木瓜通过定向排序输送装置后，会以一定的间距，一个接一个的有序地进入物料调配機构。木瓜会首先通过一个斜滑槽10，斜滑槽的另一端会被一个挡料转盘9阻隔，当定位装夹机构8