覃 群

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056）

引言

在三維軟件平臺(tái)上設(shè)計(jì)產(chǎn)品的方法一般分為：自頂向下和自下而上兩種設(shè)計(jì)方法。

自下而上的設(shè)計(jì)方法是首先設(shè)計(jì)各個(gè)零件造型，然后按照各個(gè)零件的相對(duì)位置進(jìn)行裝配的一種方法。用這種方法設(shè)計(jì)的各個(gè)零件是相互獨(dú)立的。一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)零件的尺寸需要修改，則相應(yīng)零件的尺寸都需要設(shè)計(jì)師手動(dòng)完成修改，工作量大且較繁瑣。

自頂向下的設(shè)計(jì)方法是一種先整體后局部的設(shè)計(jì)方法，即先有總體方案，再細(xì)化零件設(shè)計(jì)，在裝配體中先設(shè)計(jì)一個(gè)零件，然后再設(shè)計(jì)相關(guān)的零件，零件之間的結(jié)構(gòu)尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，這種方法設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，一旦其中某個(gè)零件尺寸需要修改，其它相關(guān)零件的尺寸可以自動(dòng)作相應(yīng)的更改。此方法比較高效、快捷。

本文以扣件為例，論述了在Solidworks 環(huán)境下產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)的思路、方法步驟及技巧。

1 自頂向下設(shè)計(jì)產(chǎn)品思路

此產(chǎn)品由上卡扣如圖1-2、下卡扣如圖1-3 兩個(gè)零件通過螺栓連接在一起，如圖1-1 所示。這兩個(gè)零件使用時(shí)都是成對(duì)出現(xiàn)的，它們中間的中心孔、上下的四個(gè)耳板及左右兩邊的連接板槽口半徑都要相等。設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足：當(dāng)其中一個(gè)尺寸發(fā)生改變后，另一個(gè)零件的相應(yīng)尺寸也要自動(dòng)的發(fā)生相應(yīng)的改變。

自頂向下的設(shè)計(jì)思路是開始只是想象出零件大概的形狀和尺寸，它們的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和尺寸需要在設(shè)計(jì)過程中不斷的修改，從而最后得到我們需要的產(chǎn)品。

尺寸的聯(lián)動(dòng)改變需要將兩個(gè)零件有關(guān)的尺寸參數(shù)化，需要引進(jìn)參數(shù)方程。

2 自頂向下設(shè)計(jì)產(chǎn)品步驟

卡扣自頂向下設(shè)計(jì)步驟為：建立整體模型、重要尺寸參數(shù)化、實(shí)體分離、裝配。

2.1 整體三維建模，初步構(gòu)型

在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)師頭腦里雖然已經(jīng)有圖1 所示的零件形狀，但是如果一開始就要求確定所有的尺寸，并且寫進(jìn)方程式，要求設(shè)計(jì)師具有很強(qiáng)的空間想象能力和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們一般是一邊造型畫圖，一邊設(shè)計(jì)零件的尺寸形狀大小，這樣比較直觀，也比較方便。

通過卡扣的功用分析可知，它中間是同一個(gè)圓，用來裝配固定圓形零件的。本文先將此卡扣想象成一個(gè)整體來做。

自頂向下的設(shè)計(jì)可以在裝配體的環(huán)境下完成，也可以在零件環(huán)境下完成，本文卡扣是在零件環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)造型的。

造型連接板：如下頁圖2-1 所示，選擇草圖繪制“槽口”命令；

造型圓柱凸臺(tái)：如下頁圖2-2 所示，選擇特征命令拉伸時(shí)，不是直接給出拉伸的厚度，而是選擇“成形到一面”，然后選擇連接板的前后面，做樣選擇的目的是可以保證后期連接板和圓柱凸臺(tái)前后面平齊。

造型上下耳板：如下頁圖2-3 所示，通過鏡像命令完成。

造型螺栓孔：如下頁圖2-4 所示，選擇特征“異形孔向?qū)А泵畹玫健?/p>

造型中間的圓孔。遵循先實(shí)體后切割的造型原則，最后通過“拉伸切除”命令，造型中間的圓孔，如下頁圖2-5 所示。

整體零件結(jié)構(gòu)形狀初步完成后，可以根據(jù)功能和設(shè)計(jì)意圖，對(duì)尺寸形狀進(jìn)行一些修改，例如中間孔的大小等，使之更加符合實(shí)用要求，由于已經(jīng)有了模型，修改起來就比較直觀。

2.2 分離成兩個(gè)實(shí)體

如圖3-1 所示，選擇“中心矩形”命令，運(yùn)行拉伸切除命令，將圖2-5 所示的模型分成兩個(gè)實(shí)體。在運(yùn)行“拉伸切除”命令之后，需要選擇圖3-2 所示對(duì)話框中“所有實(shí)體”，保留兩個(gè)實(shí)體。確定之后，設(shè)計(jì)樹就會(huì)顯示兩個(gè)實(shí)體的名字，如圖3-3 所示。

將此零件另存為“卡扣整體”。然后在圖3-3 中的上卡扣名字上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“插入新零件”，將上卡扣保存成了一個(gè)單獨(dú)的零件文件。

同樣的方法，保存下卡扣零件。

這樣就將一個(gè)卡扣整體分成了兩個(gè)實(shí)體零件文件，并且這兩個(gè)實(shí)體零件跟原來的“卡扣整體”零件有關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.3 重要尺寸參數(shù)化

零件的結(jié)構(gòu)尺寸初步確定后，就可以對(duì)重要尺寸參數(shù)化。通過對(duì)卡扣產(chǎn)品的功能分析，確定需要參數(shù)化的數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)被夾持零件的大小不同，中心孔的大小也會(huì)變化。所以中心孔的直徑需要參數(shù)化；外圓柱凸臺(tái)的直徑應(yīng)該隨著中心孔直徑的變化而變化，從而才能保證中間的壁厚不變，所以外圓柱直徑應(yīng)該和中心孔直徑關(guān)聯(lián)；外圓柱直徑變化后，四個(gè)耳板的大小也應(yīng)該隨之變化，所以，耳板的小孔的中心線圓直徑和外圓柱直徑應(yīng)該有關(guān)聯(lián)。中間部分的尺寸不同，導(dǎo)致選擇的螺栓大小也會(huì)不同，螺栓孔也應(yīng)該參數(shù)化。

一般添加參數(shù)方程式變量的方法有以下三種：

1）在方程式管理對(duì)話框中直接添加全局變量。如圖4-1 所示，在管理方程式對(duì)話框中輸入全局變量名稱如“中心孔”，然后在用鼠標(biāo)雙擊中心孔直徑尺寸，在尺寸修改編輯框中輸入“=”，然后選擇全局變量“中心孔”即完成了全局變量的關(guān)聯(lián)，如圖4-2 所示。

2）在尺寸修改框中直接定義全局變量。鼠標(biāo)雙擊螺栓孔直徑尺寸，如圖5 所示，在修改編輯框中輸入“=”后，輸入全局變量名如“螺栓孔”。

3）在尺寸視圖中添加變量。如圖6 所示，在方程式管理對(duì)話框中點(diǎn)擊“尺寸視圖”圖標(biāo)（如圖6 箭頭所指），顯示所有的尺寸，找到外圓柱凸臺(tái)的直徑尺寸后，輸入“=”，選擇中心孔尺寸名稱“中心孔”后輸入“+20”，這樣，不管中心孔尺寸怎么變化，外圓柱凸臺(tái)的直徑尺寸始終是在中心孔的直徑尺寸基礎(chǔ)上再加上20 mm，這樣就可以保證壁厚20 mm 不變。耳板上小孔的位置尺寸，連接板槽口半徑尺寸等都可以用這樣的方法加入變量，產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

以上三種方法可以根據(jù)尺寸的功能來進(jìn)行選擇，如果該尺寸不和其它尺寸產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，例如中心孔直徑尺寸，可以用方法一或者方法二添加，如果該尺寸要和其它尺寸產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，例如外圓柱凸臺(tái)尺寸，和中心孔產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，則選擇方法三，在尺寸視圖中添加。

2.4 裝配體

打開零件上卡扣、下卡扣，裝配體環(huán)境中，運(yùn)行“插入新零件”命令，插入上、下卡扣后，添加同心等配合關(guān)系，插入標(biāo)準(zhǔn)件，完成產(chǎn)品的裝配，如上頁圖1-1 所示。

2.5 編輯修改

如果后期需要對(duì)零件尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，要在整體圖即上頁圖3-1 中進(jìn)行修改，例如將圓柱與連接板之間改成圓角，修改后如圖7-1 所示，則上下卡扣的零件造型和裝配體造型隨之自動(dòng)改變，如圖7-2 所示。非常方便快捷。

整體零件和兩實(shí)體零件各有作用，當(dāng)需要修改零件結(jié)構(gòu)尺寸的時(shí)候，通過卡扣整體零件如圖3-1 修改，而零件工程圖由上、下卡扣的分離的零件實(shí)體三維如上頁圖1-2、1-3 導(dǎo)出，裝配體工程圖由裝配體如圖1-1 直接導(dǎo)出。

3 結(jié)語

自頂向下的設(shè)計(jì)方法，其核心是先整體后局部，意味著零件的某些關(guān)系和尺寸是和同一個(gè)裝配體中的其他零件實(shí)體相關(guān)聯(lián)的，換言之，一個(gè)零件的修改可以同時(shí)自動(dòng)的更新多個(gè)零件的尺寸和特征。本文在零件環(huán)境中自頂向下設(shè)計(jì)卡扣的方法簡(jiǎn)單快捷。具有一定的借鑒性。