盧 杰 ， 米彩盈

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求，機(jī)械產(chǎn)品的類型、規(guī)格及性能迅速地發(fā)生變化，市場(chǎng)要求產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短。傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率、可靠性、準(zhǔn)確性較低，而且對(duì)于系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算、查詢和繪圖，造成大量重復(fù)勞動(dòng)。因此，為了快速地設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型，符合和貼近現(xiàn)代CAD 中概念設(shè)計(jì)以及并行設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對(duì)于變量化參數(shù)賦予不同的數(shù)值，即可得到不同大小和形狀的零件模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)大大減少了重復(fù)設(shè)計(jì)量、縮短了設(shè)計(jì)周期和提高了設(shè)計(jì)效率[1]。對(duì)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，常規(guī)的方法都是單一的尺寸驅(qū)動(dòng)或是程序驅(qū)動(dòng)；然后在裝配體設(shè)計(jì)時(shí)將尺寸驅(qū)動(dòng)法參數(shù)化的零件與程序驅(qū)動(dòng)法參數(shù)化的零件裝配在一起；而對(duì)單個(gè)零件實(shí)現(xiàn)聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)還未能實(shí)現(xiàn)，本文在此基礎(chǔ)上結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)提出對(duì)零件的聯(lián)合法參數(shù)化設(shè)計(jì)，并按聯(lián)合的形式分類為串聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)法與并聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)法。

1 兩種參數(shù)化方法分析

1.1 尺寸驅(qū)動(dòng)法

尺寸驅(qū)動(dòng)法也被稱作參數(shù)驅(qū)動(dòng)法。采用尺寸驅(qū)動(dòng)法建模必須有模型庫(kù)的支持，模型庫(kù)通常是由用戶事先用手工方式建立，保存在程序指定的目錄下的模型文件。當(dāng)需要使用時(shí)，運(yùn)行程序?qū)⒆詣?dòng)從模型庫(kù)中打開模型文件，對(duì)指定的尺寸參數(shù)進(jìn)行修改，重建，就可以獲得滿足需要的模型，其實(shí)現(xiàn)形式可以是：使用系列零件設(shè)計(jì)表建立新的配置，通過(guò)SolidWorks讀取Excel表格里的數(shù)劇，利用編程工具[2]。

尺寸驅(qū)動(dòng)法完全依賴于模型庫(kù)，手工建模時(shí)注意要綜合考慮尺寸標(biāo)注方式，需要修改的尺寸參數(shù)必須是獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)尺寸，可以利用方程式來(lái)關(guān)聯(lián)尺寸?？勺儏?shù)的輸入可以通過(guò)對(duì)話框、數(shù)據(jù)庫(kù)等多種方式實(shí)現(xiàn)，也可以從程序的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果中直接獲得。因?yàn)橛心Ｐ蛶?kù)，尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)法省去了執(zhí)行零件繪制的過(guò)程，生成圖形時(shí)間短、效率高，程序執(zhí)行時(shí)間相當(dāng)于打開一個(gè)零件的時(shí)間。

尺寸驅(qū)動(dòng)法的程序編寫工作量小，不需要程序員掌握大量的API建模函數(shù)，程序的復(fù)雜程度與模型的復(fù)雜程度無(wú)關(guān)。但由于這種方法必須對(duì)應(yīng)指定的標(biāo)注對(duì)象和零件對(duì)象，所以這種參數(shù)化方法對(duì)模型庫(kù)的依賴性很強(qiáng)，模型庫(kù)一旦確定就不能隨意修改；適用于模型標(biāo)準(zhǔn)化程度高的情況或造型過(guò)程復(fù)雜、可變參量少的情況。對(duì)有些含復(fù)雜曲線的模型無(wú)法用尺寸驅(qū)動(dòng)法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1.2 程序驅(qū)動(dòng)法

程序驅(qū)動(dòng)法參數(shù)化，建模的過(guò)程完全由程序進(jìn)行控制，相當(dāng)于將手動(dòng)建模的過(guò)程由計(jì)算機(jī)完成。理論上講，凡是手工建模能夠完成的復(fù)雜模型都可以用程序方法生成，程序驅(qū)動(dòng)法特別適合生成具有多個(gè)變參數(shù)的模型，建模的靈活性強(qiáng)，不需要模型庫(kù)的支持；程序驅(qū)動(dòng)法參數(shù)化可移植性強(qiáng)，移植時(shí)無(wú)須帶模型庫(kù)文件，文件小。

程序驅(qū)動(dòng)法參數(shù)化可實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)大，能完成非常復(fù)雜零件的實(shí)體造型，參數(shù)的輸入也可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)等多元化的方法。這種方法的程序設(shè)計(jì)工作量大，要求程序員對(duì)SolidWorks API函數(shù)具有較高的理解和運(yùn)用能力；實(shí)質(zhì)是調(diào)用SolidWorks內(nèi)部提供的API函數(shù)，完全通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)建模過(guò)程，既需要對(duì) Solidworks API函數(shù)比較了解,又需要對(duì)開發(fā)語(yǔ)言有較好的掌握，對(duì)開發(fā)人員要求起點(diǎn)比較高。適合于含復(fù)雜曲線的模型、參數(shù)變量多或參數(shù)間有關(guān)聯(lián)的情況。有些含復(fù)雜曲線的模型參數(shù)化只能用該方法，最典型的就是漸開線參數(shù)化的設(shè)計(jì)。

由于SolidWorks API的函數(shù)較多，全部熟悉比較困難，一個(gè)簡(jiǎn)單的了解函數(shù)應(yīng)用的辦法是使用SolidWorks宏錄制來(lái)記錄用戶在造型過(guò)程中的操作，所有的操作會(huì)以VBA的形式保存下來(lái)，而幾乎所有的VC++函數(shù)名與VBA的函數(shù)名相同或類似，然后通過(guò)使用幫助系統(tǒng)可得到相應(yīng)函數(shù)的用法。

2 聯(lián)合參數(shù)法原理

上述介紹的兩種參數(shù)化方法，各有優(yōu)點(diǎn)，而能不能將上述兩種參數(shù)化方法的優(yōu)點(diǎn)在一個(gè)零件的參數(shù)化過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，從而簡(jiǎn)化復(fù)雜零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這就是本文要介紹的聯(lián)合參數(shù)法，按形式的不同又可分為串聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)法與并聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)法。

2.1 串聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)

串聯(lián)式是指按照一定的順序前后相連的形式，其原理如圖1所示。先在SolidWorks軟件中以交互形式創(chuàng)建基體模型，基體模型可以是能用尺寸驅(qū)動(dòng)法實(shí)現(xiàn)更新的任意模型，將其保存在模型庫(kù)中，作為尺寸驅(qū)動(dòng)法的模型庫(kù)；尺寸驅(qū)動(dòng)法打開模型庫(kù)中的模型，將界面中的尺寸參數(shù)傳遞給SolidWorks中模型的實(shí)體尺寸實(shí)現(xiàn)模型的重建；最后利用SolidWorks API函數(shù)，選擇基體模型的參考面創(chuàng)建新的特征，完成模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

圖1 串聯(lián)式參數(shù)化設(shè)計(jì)原理

2.2 并聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)

并聯(lián)式是指尺寸驅(qū)動(dòng)與程序驅(qū)動(dòng)之間是獨(dú)立的，平行的形式，最后再結(jié)合在一起，其原理如圖2所示。并聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)，是指尺寸驅(qū)動(dòng)法與程序驅(qū)動(dòng)法在創(chuàng)建基體模型時(shí)是互不相關(guān)，并無(wú)嚴(yán)格先后順序；并聯(lián)式聯(lián)合參數(shù)化是借助SolidWorks的庫(kù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖 2 并聯(lián)式參數(shù)化設(shè)計(jì)原理

庫(kù)特征是指平時(shí)經(jīng)常使用的單個(gè)特征或多個(gè)特征組合，可以由一個(gè)或多個(gè)特征組成，設(shè)計(jì)庫(kù)是任務(wù)窗格中放置可重用元素的庫(kù)，具體包括可重用的零件、裝配體、塊、庫(kù)特征和其它常用的類型等，庫(kù)特征往往都放在設(shè)計(jì)庫(kù)中[3]。

在SolidWorks軟件中以交互形式創(chuàng)建庫(kù)特征，存入設(shè)計(jì)庫(kù)中。利用尺寸驅(qū)動(dòng)法，將界面中的尺寸參數(shù)傳遞給SolidWorks中庫(kù)特征實(shí)體尺寸實(shí)現(xiàn)模型的重建；利用SolidWorksAPI函數(shù)創(chuàng)建主模型，并將庫(kù)特征添加到主模型中實(shí)現(xiàn)聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3 聯(lián)合參數(shù)法實(shí)例

3.1 串聯(lián)式實(shí)例

本文以抗側(cè)滾扭桿系統(tǒng)的花鍵式抗側(cè)滾扭桿扭臂為例進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明：

1） 在SolidWorks軟件中以交互方式創(chuàng)建模型，如圖3所示，對(duì)零件草圖標(biāo)注驅(qū)動(dòng)尺寸，其中可利用方程式關(guān)聯(lián)部分驅(qū)動(dòng)尺寸，以減少參數(shù)，入模型庫(kù)。

圖 3 基體模型

2） 建立不同規(guī)格的尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)零件尺寸的讀取、存儲(chǔ)和修改，創(chuàng)建用戶界面，如圖4所示?；ㄦI尺寸采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3478.1-2008[4-5]。

圖 4 扭臂參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

3） 編寫代碼，尺寸驅(qū)動(dòng)法將界面的尺寸參數(shù)傳遞給實(shí)體模型尺寸，自動(dòng)更改驅(qū)動(dòng)尺寸，重建模型；并添加對(duì)花鍵承載能力的強(qiáng)度校核模塊。部分代碼如下：

4） 編寫代碼，程序驅(qū)動(dòng)法在打開的模型中利用SolidWorks API函數(shù)選擇參考面創(chuàng)建內(nèi)花鍵；最后生成的模型如圖5所示；下面給出在打開模型中選擇參考面創(chuàng)建漸開線的代碼：

圖 5 串聯(lián)式最終模型

3.2 并聯(lián)式實(shí)例

本文以抗側(cè)滾扭桿系統(tǒng)的花鍵式抗側(cè)滾扭桿軸為例進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明：

1） 在SolidWorks軟件中以交互方式創(chuàng)建庫(kù)特征，如圖6所示，中孔.sddfp；對(duì)庫(kù)特征草圖標(biāo)注驅(qū)動(dòng)尺寸，如果需要可利用方程式關(guān)聯(lián)部分驅(qū)動(dòng)尺寸，以減少參數(shù)；保存到設(shè)計(jì)庫(kù)。

2） 建立不同規(guī)格的尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)零件尺寸的讀取、存儲(chǔ)和修改，創(chuàng)建尺寸驅(qū)動(dòng)法用戶界面，如圖7所示。

圖 6 庫(kù)特征及基本模型

圖 7 庫(kù)特征界面

3） 編寫代碼，尺寸驅(qū)動(dòng)法將界面的尺寸參數(shù)傳遞給實(shí)體模型尺寸，自動(dòng)更改驅(qū)動(dòng)尺寸，重建模型；部分關(guān)鍵代碼如下：

4） 建立不同規(guī)格的尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)零件尺寸的讀取、存儲(chǔ)和修改，創(chuàng)建程序法用戶界面，如圖8所示?；ㄦI尺寸采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3478.1-2008[4-5]。

圖 8 扭桿軸參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

5） 編寫代碼， 利用SolidWorks API函數(shù)創(chuàng)建花鍵軸模型，創(chuàng)建好模型之后再利用SolidWorks API函數(shù)將第3步中更新的庫(kù)征加入到花鍵軸模型中，完成零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，添加變截面軸的剛度強(qiáng)度較核程序與花鍵承載能力較核程序。最終的模型如圖6的花鍵軸。將庫(kù)特征加入到模型中的代碼如下：

4 結(jié) 論

在分析比較參數(shù)化設(shè)計(jì)中使用的尺寸驅(qū)動(dòng)法與程序驅(qū)動(dòng)法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出聯(lián)合參數(shù)化設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了該方法的原理和具體實(shí)現(xiàn)形式，即串聯(lián)式和并聯(lián)式。

以鐵道車輛抗側(cè)滾扭桿為例，編制了聯(lián)合參數(shù)化方法的實(shí)現(xiàn)程序，驗(yàn)證了在復(fù)雜零件參數(shù)化設(shè)計(jì)中的優(yōu)越性。

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