基于solidworks參數(shù)化的建模思路及方法

1、基于Solidworks參數(shù)化的建模思路及方法摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使得很多企業(yè)選擇更加效率、更加簡(jiǎn)便的研發(fā)設(shè)計(jì)方法。南京東岱軟件有限公司正是基于市場(chǎng)需求，為諸多企業(yè)開(kāi)發(fā)實(shí)施了多產(chǎn)品多結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方案，為客戶提供了快速響應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件AutoDriver。參數(shù)化設(shè)計(jì)主要基于三維軟件的二次開(kāi)發(fā)利用，本文以Solidworks標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的開(kāi)發(fā)為技術(shù)背景，詳盡闡述了基于Solidworks參數(shù)化的建模思路及方法，并以六角螺栓為例介紹了具體的參數(shù)化設(shè)計(jì)建模過(guò)程。關(guān)鍵詞 ： 南京東岱軟件有限公司；參數(shù)化設(shè)計(jì)；Solidworks；建模1 了解客戶產(chǎn)品六角螺栓是指由頭部和螺桿（帶有外螺紋的圓柱

2、體）兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個(gè)帶有通孔的零件。這種連接形式稱螺栓連接。如把螺母從螺栓上旋下，有可以使這兩個(gè)零件分開(kāi)，故螺栓連接是屬于可拆卸連接。1.1 了解客戶需求主要完成六角螺栓設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)交互式設(shè)計(jì)。1.2 了解產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)主要由螺栓頭部和螺桿組成，如下圖：其中：d1為螺栓直徑，L為公稱長(zhǎng)度，b為螺紋長(zhǎng)度1.3 了解產(chǎn)品功能主要是用于緊固連接兩個(gè)帶有通孔的零件。1.4 確定主動(dòng)參數(shù)實(shí)際由用戶控制的，即能夠獨(dú)立變化的參數(shù)，一般只有幾個(gè)，稱之為主參數(shù)或主約束；其他的約束是由圖形結(jié)構(gòu)特征確定或與主約束有確定關(guān)系，稱它們?yōu)榇渭s束。六角螺栓的主

3、參數(shù)選取螺栓直徑d1和公稱長(zhǎng)度L，其他尺寸參數(shù)關(guān)系（即次約束）為：b=2d1，k=0.7d1，e=2d1。1.5 確定操作界面主要是由螺栓直徑d1（型號(hào)）和公稱長(zhǎng)度L組成的交互式設(shè)計(jì)界面。2 確立建模思路主要從產(chǎn)品的功能及主動(dòng)參數(shù)去確立建模思路。首先，觀察六角螺栓結(jié)構(gòu)，選取合適的基準(zhǔn)；其次，理清楚各尺寸間的關(guān)系；最后，建立螺栓螺母模型。3 選取建模方法Solidworks建模的步驟有一定程序，其順序分別為：選擇繪圖平面、進(jìn)入草圖繪制、繪制草圖、標(biāo)注尺寸和添加幾何關(guān)系、特征制作等。在創(chuàng)建模型時(shí)，遵循的原則是： 基準(zhǔn)的重要性,即模型基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一； 主要特征在前，次要特征在后； 先做外形，再做

4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 先做整體，后做細(xì)節(jié)； 建模步驟要精簡(jiǎn),可以一步完成的就不用兩個(gè)特征； 盡量避免使用高級(jí)建模特征,如:放樣,掃描,抽殼,復(fù)雜圓角等等。3.1 基準(zhǔn)的選取基準(zhǔn)是指用于設(shè)計(jì)時(shí)參考的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)選取的不同會(huì)直接影響模型的建立與后期的修改。Solidworks中基準(zhǔn)又分為四種：基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、坐標(biāo)系和參考點(diǎn)。3.1.1 基準(zhǔn)面在選擇繪圖平面時(shí)就有下列幾個(gè)平面可選取：Ø 默認(rèn)的三個(gè)基準(zhǔn)面；Ø 利用基準(zhǔn)面命令所建立的基準(zhǔn)面；Ø 直接由繪出零件的特征平面選取，進(jìn)行繪制。3.1.2 基準(zhǔn)軸基準(zhǔn)軸常用于創(chuàng)建特征的基準(zhǔn)，在創(chuàng)建基準(zhǔn)面、圓周陣列或同軸裝配中會(huì)經(jīng)常使用到基準(zhǔn)軸

5、。SolidWorks提供的五種基準(zhǔn)軸創(chuàng)建命令。3.1.3 坐標(biāo)系坐標(biāo)系主要與測(cè)量和質(zhì)量屬性工具一同使用，或者用作生成陣列的基準(zhǔn)，也可用于將 SolidWorks 文件輸出至其他格式文件。3.1.4 參考點(diǎn)參考點(diǎn)主要被用來(lái)進(jìn)行空間定位，可以用于創(chuàng)建一個(gè)曲面造型，輔助創(chuàng)建基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)軸。六角螺栓建模時(shí)選取如圖所示的基準(zhǔn)面A和基準(zhǔn)面B，其中基準(zhǔn)面A是用來(lái)確立螺桿和螺栓頭部特征的，而基準(zhǔn)面B是用來(lái)確立螺栓螺紋特征的。尺寸基準(zhǔn)如圖所示進(jìn)行標(biāo)注和創(chuàng)建特征尺寸。選取不同基準(zhǔn)的建模方式，舉例如下：3.1.4.1 選取基準(zhǔn)面C和基準(zhǔn)面A基準(zhǔn)面C用來(lái)創(chuàng)建螺栓頭部特征，基準(zhǔn)面A用來(lái)創(chuàng)建螺桿和螺紋特征，結(jié)果如下圖：

6、3.1.4.2 選取基準(zhǔn)面C和基準(zhǔn)面B基準(zhǔn)面C用來(lái)創(chuàng)建螺栓頭部特征和螺桿特征，基準(zhǔn)面B用來(lái)創(chuàng)建螺紋特征，結(jié)果如下圖：比較這3種選取不同基準(zhǔn)時(shí)，所產(chǎn)生的不同建模方式，不難看出以下兩種建模方式不符合我們主動(dòng)參數(shù)的選取，公稱長(zhǎng)度L是指螺桿長(zhǎng)度，b是指螺紋長(zhǎng)度，因此選取基準(zhǔn)面A和基準(zhǔn)面B更符合參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)主動(dòng)參數(shù)的要求。3.2 草圖的繪制3.3 約束的應(yīng)用約束是對(duì)幾何元素大小、位置和方向的限制，分為尺寸約束和幾何約束兩類。尺寸約束限制元素的大小，并對(duì)長(zhǎng)度、半徑和相交角度的限制；幾何約束限制元素的方位或相對(duì)位置關(guān)系。設(shè)計(jì)過(guò)程可視為約束滿足的過(guò)程,設(shè)計(jì)活動(dòng)本質(zhì)上是通過(guò)提取產(chǎn)品有效的約束來(lái)建立其約束模型并進(jìn)

7、行約束求解。設(shè)計(jì)活動(dòng)中的約束主要來(lái)自三個(gè)方面:功能、結(jié)構(gòu)和制造。功能約束是對(duì)產(chǎn)品所能完成的功能的描述;結(jié)構(gòu)約束是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等的表示;制造約束是對(duì)制造資源環(huán)境和加工方法的表達(dá)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中必將這些限制綜合成設(shè)計(jì)目標(biāo),并將它們映射成為特定的幾何/ 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而轉(zhuǎn)化為幾何約束。3.3.1 尺寸約束所謂尺寸約束，就是用計(jì)算的方法自動(dòng)將尺寸的變化轉(zhuǎn)換成幾何形體的相應(yīng)變化，并且保證變化前后的結(jié)構(gòu)約束保持不變。對(duì)于繪制草圖，通過(guò)尺寸標(biāo)注可以建立幾何數(shù)據(jù)與其參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。尺寸約束與設(shè)計(jì)意圖密切相關(guān),是特征功能的具體體現(xiàn)。通常Solidworks都提供多種尺寸標(biāo)注形式，一般有線性尺寸、直徑尺寸

8、、半徑尺寸、角度尺寸等，另外注意尺寸鏈的應(yīng)用。針對(duì)尺寸約束這部分，還需了解“約束聯(lián)動(dòng)”的相關(guān)知識(shí)。約束聯(lián)動(dòng)分為：（1）圖形特征聯(lián)動(dòng)（2）相關(guān)參數(shù)聯(lián)動(dòng)Ø 所謂圖形特征聯(lián)動(dòng)就是保證在圖形拓?fù)潢P(guān)系（連續(xù)、相切、垂直、平行等）不變的情況下，對(duì)次約束的驅(qū)動(dòng)。 Ø 所謂相關(guān)參數(shù)聯(lián)動(dòng)就是建立次約束與主約束在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系。 3.3.2 幾何約束所謂幾何約束就是要求幾何元素之間必須滿足的某種特定的關(guān)系。將幾何約束作為構(gòu)成幾何/ 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的幾何基準(zhǔn)要素和表面輪廓要素,可以導(dǎo)出各形狀結(jié)構(gòu)的位置和形狀參數(shù),從而形成參數(shù)化的產(chǎn)品幾何模型。對(duì)產(chǎn)品的幾何約束主要包括兩個(gè)方面:拓?fù)浼s束和尺寸約束。

9、拓?fù)浼s束指對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定性描述,它表示幾何元素之間的固定聯(lián)系,如對(duì)稱、平等、垂直、相切等,進(jìn)而可表征特征形素(構(gòu)成特征的幾何元素)之間的相對(duì)位置關(guān)系。這些關(guān)系擬抽象為點(diǎn)、邊、面間九類有向關(guān)系,每一類關(guān)系有其相應(yīng)的謂詞,包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等等。通常,在特征形狀確定之后這種聯(lián)系不允許發(fā)生變化或修改或由用戶交互指定(裝配關(guān)系) ,也就是說(shuō),特征定義本身就是對(duì)圖形特征聯(lián)動(dòng)的隱含表達(dá),因此,在其參數(shù)化中無(wú)需再考慮圖形特征聯(lián)動(dòng),這是基于特征參數(shù)化區(qū)別于傳統(tǒng)參數(shù)化的特征之一。但在某些特殊場(chǎng)合,必須能處理其變異。通常Solidworks中的幾何約束主要包括水平、豎直、平行、垂

10、直、相切、等長(zhǎng)度、等半徑、重合、同心、對(duì)稱等等。3.4 對(duì)稱的應(yīng)用對(duì)稱是自然界中廣泛存在著的一種的形態(tài)。因此我們的產(chǎn)品中往往設(shè)計(jì)成對(duì)稱的，這樣除了產(chǎn)品看起來(lái)美觀以外，也可以節(jié)省不少的設(shè)計(jì)時(shí)間。在SolidWorks中，設(shè)計(jì)師可以很好地利用產(chǎn)品對(duì)稱的特性來(lái)快速地建模。同時(shí)，為了方便地利用這一對(duì)稱的特性，我們?cè)诮r(shí)往往需要注意以下幾點(diǎn)：1、在創(chuàng)建草圖時(shí)，將草圖的對(duì)稱中心（圓心、矩形的形心、橢圓的中心等等）與坐標(biāo)原點(diǎn)重合；2、在零件中創(chuàng)建合適的對(duì)稱參考面；3、在裝配體中，將對(duì)稱的基體零件的三個(gè)基準(zhǔn)面與裝配體的三個(gè)基準(zhǔn)面分別重合。在SolidWorks中，對(duì)應(yīng)于對(duì)稱的特征操作是“鏡像”功能，它包括三個(gè)層面的鏡像操作：草圖、零件以及裝配體。Ø 在草圖繪制中，主要通過(guò)鏡像生成新的草圖；Ø 在零件層次中，鏡像又可分為特征鏡像、實(shí)體鏡像和曲面鏡像；Ø 在裝配體中，主要通