SolidWorks的机械产品参数化设计

详细内容

　所谓机械产品的参数化设计，概括起来讲就是利用自己已有的模型，通过修改模型参数的方法得到需要的模型。事实上，SolidWorks本身已经应用了参数化的设计技术，可以通过修改零件的某些尺寸而获得结构类似的新零件。但是，它的参数化是面向通用设计对象的， 其尺寸修改是手工的、随机的，操作对象是单一的目标零件，设计效率不高。而本文所讲述的机械产品的参数化设计：从设计人员的角度来讲，它只需要输入几个简单的数据，就可以得到符合设计要求的新产品零部件三维图以及指导加工的工程图;从系统本身来讲，它主要包括原产品的零件库，工程图库和模型驱动等几部分，首先通过分析建立产品各个模块的参数化模型， 然后建立模型驱动参数，当接受到用户输入的新的参数后， 就可以自动驱动生成符合设计要求的零部件模型和工程图，加快新产品的设计效率。

　　1.SolidWorks 软件的特点

　　SolidWorks是美国SolidWorks公司开发的三维CAD软件，是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，它集零件造型、装配造型和自动生成二维工程图等功能于一体，不仅具有强大的建模能力，而且有高效的零件建模效率。SolidWorks软件具有很强的智能装配功能 不用单击任何命令，仅用鼠标模拟人手操作就能完成装配工作，SolidWorks模型与它的工程图及参考它的装配体是全相关的，对模型的修改会自动反映到与之相关的工程图和装配体中，设计人员也可以在工程图和装配体中进行修改，这些修改也会自动反映到模型中[3][4][5]。SolidWorks软件利用特征管理器来显示模型。基于特征的结构，设计树不仅可以显示特征创建的顺序，而且可以使用户很容易得到所有特征的相关信息。

　　SolidWorks 的特点和主要功能：

　　(1)可编辑性。产品的设计过程是一个反复循环过程。使用SolidWorks可以方便地进行反复设计修改。在零件设计、装配设计或工程制图的任何一种情况下，均可进行编辑草图、修改尺寸、改变原来的特征定义等。

　　(2)集成下的全参数化装配体和零件建模。SolidWorks提供了两种装配模型：一种是完全的自由设计模式，同时对装配进行布局设计和零件设计，修改布局参数，则零件的相对位置关系即改变;另一种是自底向上的装配设计，先完成零件设计，再进行装配，并可预演机构的动态运动。在装配环境下还提供了部件阵列、相似件替换、干涉检查和组件功能SolidWorks全参数化的装配设计意味着在装配环境里对零件设计的修改，将会引起装配体的自动改变。

　　(3)特征管理器。SolidWorks的特征管理器类似于Microsoft的文件管理器，它是产品模型结构的图形表示，它同具体的实体模型是实时的动态联接，可在特征管理器的设计历史树上选取特征，也可直接在模型上选取特征来进行各种操作，非常方便。

　　(4)工程制图。完成三维模型的零件和装配设计后，设计工作并未完成。以前需要手工绘制的二维工程图，利用SolidWorks可自动生成。

　　2 机械零件参数化设计的方法

　　2.1 系列零件设计表生成配置实现机械零部件的参数化设计

　　要在SolidWorks 环境中通过Excel变量表实现机械零件的参数化设计功能，必须首先建立模板模型，通过对系列零件设计表中各个参数的修改来生成模板零部件的不同配置，每个配置就是一个不同的零件。即在Excel 变量表中指定参数，设计者可以创建多个不同配置的零件或装配体。系列零件设计表保存在模型文件中，所以SolidWorks对模型的更改不会影响原来建立的Excel 配置文件。系列零件设计表可以控制零件或装配体的许多项目，其中主要包括：特征尺寸和压缩状态;配置属性(包括材料明细表中的零件编号、备注、自定义属性) ;零部件的压缩状态、显示状态、参考配置、颜色等;装配体特征的尺寸、压缩状态;配合中的距离和角度配合的尺寸、压缩状态等。

　　模板模型建好以后，在SolidWorks 的菜单栏中选择【插入】-【系列零件设计表】，再在属性管理器中选择"空白( K)"，系统将自动在SolidWorks 环境中插入一个空白的Excel 电子表格，设计者即可以在SolidWorks 设计环境中直接在线编辑零件设计表。系列零件设计表有规定的格式，每一单元格的参数和数据都有一定的语法要求和含义。在SolidWorks 中，系统以尺寸或特征的名称作为不同配置的变量名参与计算，驱动模型几何形状的改变。系列零件设计表中使用的尺寸、特征、零部件和配置的名称必须与模板模型中的名称相匹配。

　　3.2　SolidWorks 二次开发的机械零件参数化设计

　　3.2.1 参数化实体模型的建立

　　利用SolidWorks 进行机械产品的参数化设计的首要问题就是建立该零件的参数化实体模型，也就是根据图纸分析的结果，建立拉伸、旋转等基本特征，然后在此基础上建立新的特征。

　　模型建立的是否合理将直接影响后续特征的建立，会影响到整个零件的参数化驱动方案。一般来说， 零件的参数化驱动方案所确定的主要零件驱动参数都和基体特征的尺寸有关， 如果基体特征建立的过于复杂， 将不利于整个零件的参数化驱动， 同时可能增加新的驱动参数，所以建立模型时，应尽量利用对称、阵列等基本特征[7]。

　　3.2.2 参数化设计技术的实现

　　产品的参数化实体模型建立后， 需要编制相应的程序来达到变化参数的目的。根据特定的设计要求，用编程软件对SolidWorks 进行二次开发，创建SolidWorks 插件的一般方法是：在编程软件 中创建ActiveX DLL 工程，根据开发的具体功能要求编制相应的程序代码和设计用户界面，并在工程中添加对SolidWorks类库的引用，将应用程序编译连接为DLL 文件。该文件在注册过以后，就可以作为SolidWorks 的插件使用了。用户可以根据具体的设计要求开发出若干插件，每一个插件的功能又由至少一个菜单条嵌入到SolidWorks 系统中，每一个菜单条包括若干菜单项，每个菜单项对应一个功能模块。这样的层次体系反映了二次开发程序编制的过程，也是一个自顶向下和自底而上结合的过程，先根据功能要求分析确定总体结构，再从底层各功能模块的程序编制开始实施。参数化程序的编制，就是要实现特定零部件的参数化设计，并在SolidWorks 中建立专用设计环境。编程实现零部件参数化的方式有尺寸驱动法和程序驱动法两种，在基于SolidWorks的二次开发中其程序编制方法是不同的。