張盟盟， 龐俊忠， 彭 星， 劉德昌

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

引言

目前，市場上有很多三維設(shè)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(lǐng)域。

在機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)的過程中，如果設(shè)計人員能從CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)件庫中獲得滿足設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)件，可以大大減少工作量，提高設(shè)計效率。由于大部分三維軟件普遍缺少標(biāo)準(zhǔn)零件庫。為此，對標(biāo)準(zhǔn)件的系列化設(shè)計或者對三維軟件進行二次開發(fā)以建立標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件、軸承標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)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(jié)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(shè)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(nèi)齒圈齒輪、斜齒內(nèi)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(yīng)用VB進行參數(shù)化設(shè)計的兩種方法—尺寸驅(qū)動法和程序驅(qū)動法。張建德等［4］以SolidWorks二次開發(fā)為基礎(chǔ)，采用參數(shù)化程序設(shè)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(shè)計方法與技巧。

上看，現(xiàn)在關(guān)于SolidWorks零件的參數(shù)化設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(qū)動尺寸的原理實現(xiàn)了零件的參數(shù)化設(shè)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(qū)動實現(xiàn)齒輪參數(shù)化設(shè)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(jié)合的方法以及方程式驅(qū)動尺寸與配置功能相結(jié)合的方法建立了滾珠絲杠庫。

1 SolidWorks標(biāo)準(zhǔn)件庫建立方法［5］

在SolidWorks中可以通過以下四種方法建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫。利用配置功能與Excel表格建立數(shù)據(jù)庫相結(jié)合自動生成零件；利用方程式驅(qū)動尺寸與配置功能相結(jié)合來生成零件；利用宏技術(shù)通過內(nèi)部編程操作SolidWorks對象，實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計；利用尺寸驅(qū)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(shè)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(shè)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(shè)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?qū)崿F(xiàn)三維模型的參數(shù)化設(shè)計以及模型的編輯，這種方法編程較復(fù)雜，需要設(shè)計人員有熟練的語言編程能力，但可以實現(xiàn)對具有復(fù)雜形體的零件造型。

1.1 零件的方程式驅(qū)動參數(shù)化設(shè)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(shè)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(shè)計數(shù)欄目中。

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

調(diào)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(diào)出方程式的管理界面，有利于提高設(shè)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(dāng)前零件名，添加配置；

2）在配置欄的空白任意處右擊鼠標(biāo)，添加配置。

對于零件配置的修改也有兩種方法：

1）從SolidWorks中調(diào)出方程式管理界面（從設(shè)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(yīng)變量的數(shù)值；

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

2 參數(shù)化建模

2.1 齒輪的方程式驅(qū)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(shè)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(shè)計零件。

選擇前視基準(zhǔn)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(yīng)的全局變量值或方程。

選擇方程驅(qū)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(diào)出方程式管理界面設(shè)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(dǎo)程）幾個型號的絲杠庫。

2.2.1 利用設(shè)計表生成絲杠庫

首先，以1605絲杠為例在SolidWorks中設(shè)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(shè)計的零件另外添加4個配置，最后在SolidWorks中插入設(shè)計表。從表1所示的絲桿設(shè)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(shè)計表（系列零件設(shè)計表是為：紅杠）

2.2.2 利用方程式驅(qū)動生成絲杠庫

首先打開SolidWorks新建零件文件，從SolidWorks中調(diào)出方程式管理界面，然后在界面中設(shè)置絲杠的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)并以1605絲杠的參數(shù)賦予相應(yīng)的數(shù)值和方程，設(shè)計好的方程式管理界面如圖6所示。

圖6 絲杠的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)變量

點擊確定，然后在SolidWorks中建立相應(yīng)的絲杠模型，在繪制草圖的時候用智能尺寸為絲桿的相應(yīng)結(jié)構(gòu)草圖賦予相應(yīng)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(shè)計樹中，重新調(diào)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(yīng)全局變量中修改數(shù)值并選擇應(yīng)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(yīng)模型如圖7所示。

圖7 絲杠庫中對應(yīng)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(dǎo)入到SolidWorks自身的標(biāo)準(zhǔn)庫中去，在以后要使用的時候直接從庫中調(diào)出從configuration manager中選中相應(yīng)的型號即可。

3 結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(qū)動尺寸的原理實現(xiàn)了零件的參數(shù)化設(shè)計的方法，并利用方程式驅(qū)動實現(xiàn)齒輪參數(shù)化設(shè)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(jié)合和方程式驅(qū)動尺寸與配置功能相結(jié)合兩種方法建立了絲杠庫。

參考文獻

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

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

［3］ 董西軍.基于SolidWorks的參數(shù)化設(shè)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(shè)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(shè)計方法［J］.甘肅科技，2009，25（3）：20－21；17.