基于SolidWorks的零件配置和參數(shù)化設計

張盟盟， 龐俊忠， 彭 星， 劉德昌

（1.中北大學機電工程學院，山西 太原 030051；2.中北大學機械與動力工程學院，山西 太原 030051）

引言

目前，市場上有很多三維設計軟件，如Solid－Works、Pro／E、UG等，它們具有強大的實體建模、參數(shù)化特征造型、曲面造型以及處理大型裝配體的功能，被廣泛用于機械、航空等各個領域。

在機械產(chǎn)品的設計開發(fā)的過程中，如果設計人員能從CAD系統(tǒng)的標準件庫中獲得滿足設計要求的標準件，可以大大減少工作量，提高設計效率。由于大部分三維軟件普遍缺少標準零件庫。為此，對標準件的系列化設計或者對三維軟件進行二次開發(fā)以建立標準零件庫非常有必要，這樣可以方便用戶使用。

趙仕元［1］運用SoildWorks，通過基于COM 組件的二次開發(fā)，完成了普通標準件、軸承標準件、導柱類模架的參數(shù)化三維造型。黃迎春［2］利用VC＋＋6.0編程工具結合SolidWorks API接口函數(shù)，基于SolidWorks平臺開發(fā)了一套具有齒廓精確建模功能的齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒內齒圈齒輪、斜齒內齒圈齒輪、直齒齒輪軸、斜齒齒輪軸等六種漸開線齒輪和齒輪軸的精確建模。董西軍［3］介紹了SolidWorks軟件的優(yōu)點；敘述了以Solid－Works為開發(fā)平臺，應用VB進行參數(shù)化設計的兩種方法—尺寸驅動法和程序驅動法。張建德等［4］以SolidWorks二次開發(fā)為基礎，采用參數(shù)化程序設計的方法，詳細介紹了SolidWorks中工業(yè)直齒輪參數(shù)化繪制的設計方法與技巧。

上看，現(xiàn)在關于SolidWorks零件的參數(shù)化設計的研究大部分都是采用SolidWorks的二次開發(fā)功能來實現(xiàn)的，本文完全利用Solid－Works自身強大的參數(shù)化建模功能實現(xiàn)了零件標準庫建立，避免了利用軟件的二次開發(fā)的繁瑣而且便于修改、維護和擴展。

首先介紹了利用方程式驅動尺寸的原理實現(xiàn)了零件的參數(shù)化設計的方法以及編輯零件配置的兩種方法；詳述了在SolidWorks中利用方程式驅動實現(xiàn)齒輪參數(shù)化設計的方法；最后利用配置功能與Excel表格建立數(shù)據(jù)庫相結合的方法以及方程式驅動尺寸與配置功能相結合的方法建立了滾珠絲杠庫。

1 SolidWorks標準件庫建立方法［5］

在SolidWorks中可以通過以下四種方法建立標準零件庫。利用配置功能與Excel表格建立數(shù)據(jù)庫相結合自動生成零件；利用方程式驅動尺寸與配置功能相結合來生成零件；利用宏技術通過內部編程操作SolidWorks對象，實現(xiàn)參數(shù)化設計；利用尺寸驅動原理，采用外部編程實現(xiàn)Solid－Works對象的操作，進行參數(shù)化設計。

在這四種方法中，第一種、第二種方法靈活利用了SolidWorks軟件本身強大的參數(shù)化建模功能。要求設計人員對軟件熟悉程度較高，對零件特征的提取要求高，但是這兩種方法使用方便，不需要利用軟件的二次開發(fā)，而且便于修改、維護和擴展。第三種方法實際上涉及到Solid－Works軟件的二次開發(fā)問題，其基本原理是通過宏錄制零件繪制過程的，自動生成VB程序，通過更改其中的變量，從而完成零件的參數(shù)化設計，這種方法編程比較簡單，通用性好。第四種方法完全用程序實現(xiàn)三維模型的參數(shù)化設計以及模型的編輯，這種方法編程較復雜，需要設計人員有熟練的語言編程能力，但可以實現(xiàn)對具有復雜形體的零件造型。

1.1 零件的方程式驅動參數(shù)化設計

在SolidWorks中可以通過兩種方式將方程式顯示在界面中：

在SolidWorks設計數(shù)的中，右擊零件名稱，隱藏的數(shù)項目，方程式，顯示文件屬性即可將方程式顯示在設計數(shù)欄目中。

在SolidWorks設計數(shù)的空白欄中，右擊鼠標，選擇隱藏／顯示數(shù)項目，在調出界面的方程式后面選擇顯示，也可以將方程式顯示在設計數(shù)欄目中。

調出方程式便于在使用過程中隨時管理方程式，從而避免了從菜單欄，到工具欄中調出方程式的管理界面，有利于提高設計員的工作效率。

圖1 SolidWorks方程式的管理界面

1.2 零件的配置

1）在配置欄中右擊當前零件名，添加配置；

2）在配置欄的空白任意處右擊鼠標，添加配置。

對于零件配置的修改也有兩種方法：

1）從SolidWorks中調出方程式管理界面（從設計數(shù)或菜單工具欄），選擇要編輯的配置名稱，然后再全局變量中修改相應變量的數(shù)值；

2）從SolidWorks菜單欄中插入設計表，從設計表中修改相應配置的相應參數(shù)。

2 參數(shù)化建模

2.1 齒輪的方程式驅動參數(shù)化建模

建立齒輪模型之前，首先在方程式管理界面設置好齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等各項參數(shù)。點擊確定后回到SolidWorks主窗口設計零件。

選擇前視基準面繪制草圖，利用圓形工具繪制齒輪的齒根圓、基圓、分度圓以及齒頂圓，利用智能尺寸工具賦予草圖的尺寸約束為齒輪基本參數(shù)對應的全局變量值或方程。

選擇方程驅動曲線工具，方程類型選擇參數(shù)性，在方程式中輸入以下齒輪漸開線方程，來生成齒輪漸開線。

生成的齒根圓、基圓、分度圓、齒頂圓以及漸開線如下頁圖2所示。

圖2 齒輪的漸開線圖

過圓心繪制以中心線：刪掉分度圓上多余的部分：為分度圓上1／2的齒寬添加尺寸約束：pi×m／4；利用鏡像工具，以過圓心的直線為鏡像中心線，鏡像齒輪漸開線，以繪制出完整的齒形線，利用剪切工具，剪切掉齒形線上多余的部分，為基圓和齒根圓之間添加上圓角：剪切掉多余的部分，即可完成齒輪齒形廓線，如圖3所示。

圖3 齒輪齒形廓線

利用拉伸凸臺工具，生成齒輪齒，長度為齒輪的厚度；利用拉伸工具拉伸齒根圓，長度為齒輪的厚度，利用圓周陣列工具陣列齒實體，陣列個數(shù)為齒輪齒數(shù)z，到此就完成了齒輪三維模型。

選擇齒輪端面繪制軸孔，首先調出方程式管理界面設置軸孔參數(shù)以及鍵槽參數(shù)，完成后繪制軸孔以及鍵槽草圖，利用拉伸切除工具切除軸孔和鍵槽，最終齒輪模型以及其各項參數(shù)如圖4所示。

圖4 齒輪模型以及其各項參數(shù)

將齒輪模數(shù)改變，實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化建模，改變參數(shù)后生成的齒輪模型圖如圖5所示。

圖5 修改參數(shù)后的齒輪模型

2.2 絲杠的配置

本文將介紹在SolidWorks中利用兩種方法來生成絲杠的配置。從而得到包含1605、2005、2505、3210、4010（兩位數(shù)指直徑，后兩位指導程）幾個型號的絲杠庫。

2.2.1 利用設計表生成絲杠庫

首先，以1605絲杠為例在SolidWorks中設計一絲杠零件圖，然后再SolidWorks中的configuration manager中利用前文介紹的方法對設計的零件另外添加4個配置，最后在SolidWorks中插入設計表。從表1所示的絲桿設計表中修改絲杠不同配置的各個參數(shù)，保存即可。

表1 絲桿設計表（系列零件設計表是為：紅杠）

2.2.2 利用方程式驅動生成絲杠庫

首先打開SolidWorks新建零件文件，從SolidWorks中調出方程式管理界面，然后在界面中設置絲杠的各個結構參數(shù)并以1605絲杠的參數(shù)賦予相應的數(shù)值和方程，設計好的方程式管理界面如圖6所示。

圖6 絲杠的各項結構參數(shù)變量

點擊確定，然后在SolidWorks中建立相應的絲杠模型，在繪制草圖的時候用智能尺寸為絲桿的相應結構草圖賦予相應的全局變量值。然后在configuration manager中給絲杠新增加4種配置，回到設計樹中，重新調出方程式管理界面，從界面右上角選擇要修改配置，然后在界面相應全局變量中修改數(shù)值并選擇應用于此配置。全部修改完以后點擊確定即可。

通過上述兩種方法最終得到的絲桿相應模型如圖7所示。

圖7 絲杠庫中對應型號的絲杠模型

這樣就單獨利用SolidWorks軟件自身完成了絲杠庫的建立，可以將其導入到SolidWorks自身的標準庫中去，在以后要使用的時候直接從庫中調出從configuration manager中選中相應的型號即可。

3 結論

1）本文介紹了兩種利用SolidWorks自身強大的參數(shù)化建模功能實現(xiàn)零件標準庫建立的方法；這種方法避免了利用軟件的二次開發(fā)的繁瑣，而且便于修改、維護和擴展。

2）闡述了利用方程式驅動尺寸的原理實現(xiàn)了零件的參數(shù)化設計的方法，并利用方程式驅動實現(xiàn)齒輪參數(shù)化設計。

3）闡述了編輯零件配置的兩種方法。

4）利用配置功能與Excel表格建立數(shù)據(jù)庫相結合和方程式驅動尺寸與配置功能相結合兩種方法建立了絲杠庫。

參考文獻

［1］ 趙仕元.基于SolidWorks的標準件參數(shù)化模型庫研究［D］.成都：西南交通大學，2006.

［2］ 黃迎春.基于SolidWorks的齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)研究［D］.大連：大連理工大學，2008.

［3］ 董西軍.基于SolidWorks的參數(shù)化設計［J］.機械制造與自動化，2007，36（2）：26－27；30.

［4］ 張建德，邵定宏，陸金桂，等.基于SolidWorks的齒輪參數(shù)化設計及實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2007，23（13）：250－251；254.

［5］ 丁杰.基于SolidWorks的機械零件參數(shù)化設計方法［J］.甘肅科技，2009，25（3）：20－21；17.