SolidWorks 在工业机器人工装设计课程中的应用分析

邱传琦，谢易成，李小龙

张家界航空工业职业技术学院，湖南 张家界 427000

随着“中国制造2025”的提出，我国将着力发展包括工业机器人、高精密数控机床在内的一批先进制造业企业，这对相关产业升级和技术人员提出了更高的要求。工业机器人工装设计作为工业机器人专业的重要课程，对于国家培养制造类高技能技术人才起到良好的促进作用。传统的机械设计加工课程中以二维图纸设计为主，根据图纸直接进行产品生产，导致生产的实际产品无法达到预期，造成时间和资源浪费的情况，而采用三维机械设计软件Solid-Works 进行工业机器人工装设计，通过零件图的绘制和装配体的模拟装配，可以很好地展现产品的成品效果，便于及时发现设计缺陷，避免了传统机械设计环节中的弊端，成为当下机械工程领域的发展趋势。因此，文章围绕Solid-Works 在工业机器人工装设计课程中的应用展开研究，具有重要的现实意义。

1 SolidWorks 在课程教学中的应用

1.1 基于SolidWorks 的课程教学设计

在工业机器人工装设计课程教学中，结合各个阶段的课程内容特点和教学手段，引入SolidWorks 作为教学工具，按照工业机器人工装设计的教学目标要求，设计相应教学环节。一方面，能够将较为抽象生涩的知识形象化，深化学生的理解，提升教学效率；另一方面，可以引导学生利用辅助工具实现理论知识和实际应用的相互联系。在工业机器人工装设计课程中，涉及工业机器人工作现场所需完成动作的方式选择和自身结构设计，与实际生产联系紧密[1]，故采用任务驱动、项目导向的教学方法。本课程某一教学项目的教学流程图如图1 所示。

图1 教学流程图

在任务驱动、项目导向的教学过程中，首先由指导教师提出工业机器人实际生产线上的设计任务，引导学生思考如何设计方案，然后确定方案后使用SolidWorks 软件进行线上设计，完成三维建模。这一步是教学环节中的重难点，即通过SolidWorks 软件的融入不仅使学生对工业机器人工装设计的知识进行实践应用，且促进学生全面地学习掌握SolidWorks 软件的零部件、装配体、工程图等功能，为工业机器人专业后续的创新设计和毕业设计打下扎实基础。完成三维建模设计后，最后进行功能实现的检验和验证。

1.2 基于SolidWorks 的课程任务分配

融入SolidWorks 的工业机器人工装设计课程的教学项目和任务选取对教学效果的影响很大，应当尽可能地涵盖课程所需掌握的知识点和能力点，由简入繁，紧密联系实践。基于SolidWorks 的课程项目分配表如表1 所示。通过项目1到项目3 的学习，建立起学生的课程知识体系架构，最后通过项目4 的自主设计，进一步强化学生的课程综合应用能力，为课程成绩的评估提供评判依据。

表1 项目分配

2 SolidWorks 在课程设计中的应用

2.1 SolidWorks 在零部件设计中的应用

工业机器人上下料工作站由多个零部件组成，如何根据不同的工作环境和技术要求设计出符合使用标准的相关零部件是工业机器人工装设计课程所需掌握的核心技能。以工业机器人上下料工作站工装夹具设计为例，其主要组成包括手指、汽缸、连接杆和安装座等。在使用项目式教学过程中，围绕一个实物，要求设计其工装夹具。利用SolidWorks 软件中的零件图功能模块，就可以轻松实现工业机器人上下料工作站工装夹具的三维设计。采用Solid-Works 软件零件图模块设计的工装夹具的末端执行器手指零件图如图2 所示。该零部件的主体部分由基体、台阶孔和卡座组成，通过直线、矩形、圆等草图绘制命令和拉伸、拉伸切除等建模命令完成二维草图到三维模型的建模。对于学生而言，只需实际测量项目式教学中夹持实物的尺寸，构思夹持具的外观，通过SolidWorks 软件中的零件图不断修改设计参数，最终生成零件图文件保存即可。这种零部件三维图的设计，不仅可以直观地将零件的参数可视化，也为工业机器人上下料工作站工装夹具的整体设计和快速、准确的评估设计合理性提供了极大便利。

图2 手指零件图

2.2 SolidWorks 在装配体及运动仿真中的应用

SolidWorks 软件的零件图模块可以实现工业机器人上下料工作站工装夹具各个零部件的设计，同时SolidWorks还具备更为强大的模拟装配功能，通过SolidWorks 软件的装配体模块可以实现各零部件的虚拟装配。本课程中按照教学环节的设定顺序采用自下而上的装配体设计方法，即学生先完成各个零部件的设计，然后根据设计要求配合零部件进行装配。使用装配体完成的工业机器人上下料工作站工装夹具的装配图如图3 所示[2]。

图3 工业机器人工装夹具装配图

在装配体装配完成后，可以生成爆炸视图。通过设置工装夹具零部件的爆炸先后顺序和路径，即可得到拆装的动画，动态展示整个拆装过程和各个零部件的运动轨迹。

2.3 SolidWorks 在支架工程图中的应用

SolidWorks 软件还具备一个较为重要的功能就是能够实时生成工程图。零部件、装配体和工程图是相互关联的文件，对零部件和装配体所作的任何改变都将导致工程图文件的对应更新，从而实现三维图形到二维图形之间的转换[3]。在制作工程图过程中，学生可以根据零部件的特征选择包括标准视图和各种派生视图在内的不同视图组合，简洁地将所需各项设计参数和产品生产要求表达清楚。同时，可加注工程图尺寸、表面粗糙度、公差及注释文本的标注，如形状、位置尺寸、形位、位置公差及基准符号等。

3 结束语

综上所述，融入SolidWorks 的工业机器人工装设计课程极大地提高了课堂教学效率，降低了学生学习的难度，丰富了教学内容。在课程设计应用环节，采用SolidWorks软件避免了传统设计带来的不便，可以更直观、清晰地展现学生的设计成果。因此，应根据三维建模效果不断改进设计细节，从而提升学生的创新能力和精益求精的职业素养。