褚連娣，婁勇堅

（浙江嘉興學院南湖學院，浙江 嘉興 313000）

引言

SolidWorks 裝配體設計的方法有兩種，一是掌控整個系統(tǒng)，從整體到局部，自上而下在裝配體環(huán)境中，根據(jù)上層零件進行下層零件的關聯(lián)設計；二是利用已有數(shù)據(jù)，自下而上，先進行底層的零件設計，然后添加零件間的配合關系生成裝配體。前者適用于家用電器、電子玩具和生活用品等的研發(fā)、系列產(chǎn)品設計，后者適用于小數(shù)量修改或者標準件。

自頂向下的設計方法，一方面因為零件與其他的相關零件之間已有位置關系，有效地避免了干涉現(xiàn)象；另一方面在生成零件過程中調(diào)用與其他零部件的幾何關系，減少了輸入量，免去了添加配合關系，減少了出錯。自底向上的設計方法，直觀簡單，但缺乏整體布局，無法兼顧，在零件之間不存在任何參數(shù)關聯(lián)，僅僅存在簡單的裝配關系，在裝配過程中容易出現(xiàn)位置和配合的沖突，由于互相不關聯(lián)，裝配體的修改需要對零件進行一一修改。以下分別介紹兩種方法在不同產(chǎn)品設計中的應用。

1 自頂向下的關聯(lián)設計

1.1 關聯(lián)設計在零件先后設計中的應用

在裝配體環(huán)境下，如圖1 臺虎鉗的裝配體中，利用已有的底座零件來生成和它配合的左側立板、滑塊（圖2）零件，如果最先生成的底座零件尺寸發(fā)生變化，在它基礎上后續(xù)相關的零件，如果是通過轉換實體引用建立草圖或者組成部分草圖的輪廓線，那么對應的這些草圖尺寸也將發(fā)生變化，使得更新保持同步，這種方法稱為關聯(lián)設計。

圖1 臺虎鉗

圖2 利用臺座生成左側立板和滑塊

左側立板的草圖是利用臺座的右端面輪廓轉換實體引用建立的，這個過程中不需要輸入尺寸，草圖會根據(jù)與它配合的臺座面尺寸變化而變化，臺座與側立板貼合的兩個面之間不需添加配合關系，關聯(lián)設計保持了先后建立的兩個零件面的重合。這種關聯(lián)設計節(jié)約了草圖輸入尺寸的時間，并能保證合適的配合。

1.2 關聯(lián)設計在鈑金件設計中的應用

在裝配體環(huán)境中進行關聯(lián)鈑金零件設計，可以充分利用裝配體中其他零件的位置和特征作為參考[1]。如圖3 在裝配體環(huán)境中已有底板鈑金零件，再建立新零件，參考裝配體中的底板，并與之定位，利用鈑金的“基體法蘭”“邊線法蘭”“斜接法蘭”特征建立蓋板（圖4 所示），解除蓋板的壓縮平板型式，可以看到展開的底板鈑金件（圖5 所示）。

圖3 鈑金底板

圖4 生成鈑金蓋板

圖5 鈑金蓋板及展開

1.3 關聯(lián)設計在模具設計中的應用

SolidWorks 裝配體特征中模具型腔的應用，也是一種自上而下由裝配體生成上、下模腔零件的方法，把一個帶拔模角度的楔狀零件和一個長方體配合形成干涉裝配體（下頁圖6 所示），在裝配體環(huán)境下編輯零件，在自動出現(xiàn)的型腔特征時選擇楔狀零件，再退出零件編輯后重新打開零件，選擇分型的切除面，分別保存成中空的上模腔（圖7 所示）和下模腔（圖8 所示）。

圖6 干涉配合的楔狀件

圖7 上模腔

圖8 下模腔

這種利用模具的特征，指定分型面根據(jù)裝配體很快得到了需要設計的零件模腔。

1.4 采用草圖一級控制的關聯(lián)設計

從整體到局部的自頂向下的設計，如果創(chuàng)建一個裝配體的草圖作為一級控件，控制模型的外觀和尺寸，能在設計中承上啟下，根據(jù)一級控件分配各個零件的結構和位置關系。如圖9 所示，作為一級控制的草圖，一部分輪廓生成軸承內(nèi)圈，另一些草圖輪廓分配后分別形成外圈、保持架和滾動體，根據(jù)分配好的零件間的關聯(lián)，可以完成各零件的設計（圖10 所示）。

圖9 草圖分配后生成軸承內(nèi)圈

圖10 另一部分草圖分配生成軸承外圈、保持架、滾動體

當多數(shù)零件外形尺寸未確定的裝配設計，或者零部件配合復雜、相互影響的配合關系較多時，可以采用一級草圖作為控件，它的尺寸變化了，后面建立的零件形狀隨著發(fā)生相應的變化，而裝配關系不變。如圖11 所示，如果軸承安裝時需要預緊，則要磨窄套圈[2]，即改變一級草圖控制外圈寬度的尺寸，軸承外圈就隨之變化，但內(nèi)外圈和滾動體之間配合保持不變。這在裝配要求比較高的機構設計中或者曲面設計也常采用。

圖11 外圈隨草圖尺寸改變而改變

2 自下而上的裝配體設計

2.1 多實體零件建模形成裝配體

SW 自下而上設計裝配體，如果在零件建模時考慮零件的裝配，利用互相建立的裝配關系來分別建立零件。從一個主體的原始實體（如圖12、13 所示）開始，利用分割特征，把它分為兩個實體，一個取名表盤，為一個取名表帶[3]，由于是用同一草圖分割實體，之后形成裝配體兩零件配合時，只需添加表帶凸弧面和表盤凹槽面重合，不會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。表帶和表盤是在源零件“保存實體”特征前的狀態(tài)，對源零件“保存實體”特征以后進行的更改不會傳遞到保存的零件表盤和表帶中。

如果在特征設計樹右擊分割特征，在快捷菜單中選擇“生成裝配體”，設置裝配體文件的保存和文件名稱后，系統(tǒng)建立裝配體文件并打開為當前激活窗口，新建的裝配體文件將使用分割的零件，但裝配體中的零件全部都是固定的，沒有添加配合關系，但后期的添加配合很容易，不會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

圖12 利用分割特征生成兩個實體

圖13 分割形成的零件易于裝配

2.2 自下而上設計中零件建模的多種方法

1）用鏈接數(shù)值使得兩個或者多個同一類型、名稱相同的尺寸保持值相等[4]。如下頁圖14 所示，顯示尺寸名稱后，右單擊尺寸選擇鏈接數(shù)值，得到的數(shù)值前出現(xiàn)符號“∞”，并在名稱文本框中輸入一個名稱“A”，具有相同名稱的尺寸，只要一個變化，重建模型后其他的也跟著變化。鏈接數(shù)值對管理尺寸參數(shù)、更改尺寸更方便。尺寸用這種方式鏈接后，任何成員尺寸都可以作驅(qū)動尺寸，鏈接名稱取代了原有尺寸的名稱，鏈接尺寸名稱和當前數(shù)值出現(xiàn)在特征管理設計樹的“方程式”文件夾中。

2）使用方程式，可以讓兩個尺寸之間通過數(shù)學操作符合函數(shù)建立邏輯關系[4]。又如在圖14 中，用圓柱內(nèi)多邊形的尺寸A 來驅(qū)動圓柱直徑的變化，雙擊圓柱體直徑尺寸（從動），建立方程式，如圖15 所示。一旦驅(qū)動尺寸A 發(fā)生變化，圓柱直徑也隨著變化，但直徑尺寸作為從動尺寸不能直接改變。在方程式對話框里可以查看所有的方程式和鏈接數(shù)值。SW的方程式，還支持判斷語句，用判斷給尺寸賦值，另外還支持語句與運算結合、語句嵌套等功能。

圖14 鏈接數(shù)值使相同名稱A 共享數(shù)值

圖15 數(shù)值A 和圓柱直徑建立方程式

3）在SolidWorks 的零件或者裝配體中插入系列零件設計表，激活設計表便轉到Excel 界面，可以再編輯并雙向修改。如圖16 所示，一個螺栓零件中插入了一個設計表，選擇利用模型現(xiàn)有的配置自動生成表，表中第一行為標題，顯示零件名，第二行是屬性，由于尺寸名稱或者特征比較長，系統(tǒng)自動將其旋轉成了豎式，第三行A 列為配置名稱，接著是單元格的尺寸數(shù)值。也可以輸入一個現(xiàn)有的Excel 表格來建立系列零件設計，或者選擇【鏈接到文件】選項將設計表和Excel 文件建立鏈接，可以進行雙向修改。為了便于識別，由設計表驅(qū)動的尺寸可以使用不同的顏色來表示。

編輯設計表可以建立某個零件的多個配置，如圖17 所示，給螺母M20 添加了兩個不同厚度的配置。切換到ConfigurationManager，顯示了添加的配置，雙擊能激活各個配置。利用現(xiàn)有配置還能生成多個派生的子配置，子配置可以從父配置中提取數(shù)據(jù)。默認情況下，子配置的所有參數(shù)鏈接到父配置上。

圖16 系列零件設計表與零件

圖17 螺母M20 添加了多個配置

系列零件設計表和零件的多種配置，使系列產(chǎn)品設計變得高效。

3 結論

1）利用SolidWorks 的自上而下裝配體建模設計方法，非常有效地在裝配體環(huán)境下進行零件建模的關聯(lián)設計，達到減少尺寸輸入和保留配合的目的，使用由草圖作為一級控制形成裝配體則可以在尺寸未完全確定下進行產(chǎn)品設計。

2）自下而上的建模方法雖然效率相對低，但利用鏈接數(shù)值、方程式、系列零件設計表及多個配置等多種方法，可以提高設計效率。

3）三維軟件的廣泛使用，改變了傳統(tǒng)的設計過程，在實際工作中取得了非常明顯的效果，并將長期地為人類發(fā)展提供幫助，熟練靈活地掌握軟件提供的裝配體及零件建模方法，將更進一步發(fā)揮其設計優(yōu)點。