張學(xué)民，宋述穩(wěn)，董秋陽(yáng)

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

0 引言

管接頭是液壓和氣壓管路中的常用件，起著連接管子、改變方向等作用。管接頭分為卡套式、擴(kuò)口式、焊接式和其他式等四類(lèi)，常用的不同型式管接頭基本已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，制訂為國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，成為標(biāo)準(zhǔn)零件。

SolidWorks 作為我國(guó)機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的三維CAD 軟件，其插件Toolbox 提供了多種標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，但缺乏管接頭標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，致使在管路設(shè)計(jì)過(guò)程中還存著諸多不便。本文以擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）為例，探討利用SolidWorks 軟件本身的配置功能進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)并建立管接頭標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，從而避免設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性勞動(dòng)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，實(shí)現(xiàn)SolidWorks 的高效應(yīng)用。

1 SolidWorks 的參數(shù)化設(shè)計(jì)與配置

SolidWorks 軟件以其基于特征、造型、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、二維和三維全動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)等技術(shù)聞名，參數(shù)化設(shè)計(jì)是其區(qū)別于其他三維CAD 軟件的顯著特征。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)關(guān)系表達(dá)式將模型中的尺寸聯(lián)系在一起。一個(gè)參數(shù)值變化時(shí)，與它相關(guān)的其他尺寸將會(huì)自動(dòng)改變。通過(guò)調(diào)整參數(shù)可以修改和控制其設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何形狀和大小，設(shè)計(jì)出一組在幾何形狀和性能上均具有相似性的產(chǎn)品模型。

配置是SolidWorks 軟件的內(nèi)置功能，能夠提供簡(jiǎn)便的方法對(duì)一組具有不同尺寸、特征和屬性的零件模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)和管理。設(shè)計(jì)者通過(guò)Excel 文件指定參數(shù)并保存配置，從模型中的系列零件設(shè)計(jì)表中選擇不同配置的零件，就可以從單一的零件模型中創(chuàng)建多個(gè)變化的系列零件，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)零件而言，這一系列零件實(shí)際上就構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。因此，設(shè)計(jì)人員使用配置功能可以使參數(shù)化設(shè)計(jì)的操作更加簡(jiǎn)潔，進(jìn)而加快標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的開(kāi)發(fā)。

2 設(shè)計(jì)過(guò)程

擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）的結(jié)構(gòu)尺寸由GB/T 5628-2008 和GB/T 5652-2008 規(guī)定，零件簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）簡(jiǎn)圖Fig.1 Diagram of flared couplings body（style A）

從圖1 可知，擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）的形狀結(jié)構(gòu)主要由九個(gè)尺寸參數(shù)控制：總體長(zhǎng)度L、聯(lián)接長(zhǎng)度l2、結(jié)合長(zhǎng)度h、內(nèi)孔直徑d0、錐面小端直徑d3、錐面大端直徑d2、螺紋標(biāo)記d1（注：包括螺紋大徑和螺紋小徑兩個(gè)尺寸參數(shù)，因?yàn)樗鼈兌际侨S造型時(shí)必需的）和六方內(nèi)切圓直徑S。通過(guò)預(yù)先設(shè)置這些尺寸參數(shù)的數(shù)值，利用SolidWorks 軟件的配置功能來(lái)調(diào)用，就可以得到擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）的系列零件，具體設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 基于配置的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)流程Fig.2 Parametric Design flow of part based on configuration function

2.1 實(shí)體建模

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，同一種標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格較多，其尺寸參數(shù)值是以表格的形式、按從小到大的順序排列起來(lái)的。為了下一步在建立第一個(gè)配置輸入尺寸數(shù)值時(shí)，能夠方便地將尺寸名稱(chēng)與尺寸值對(duì)應(yīng)起來(lái)，可按最小規(guī)格進(jìn)行實(shí)體建模，同時(shí)考慮用何種方法建模能更好地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的意圖及更好地表現(xiàn)可以變化的參數(shù)。

擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）為圓柱狀零件，在建模時(shí)首先使用“旋轉(zhuǎn)”命令生成初始模型（注：草圖依靠原點(diǎn)建立，利用垂直、平行、相等、對(duì)稱(chēng)等幾何關(guān)系實(shí)現(xiàn)完全定義，標(biāo)注方式與圖1 中的尺寸標(biāo)注方式一致，以便在后面進(jìn)行參數(shù)化控制），然后使用“拉伸”、“倒角”、“旋轉(zhuǎn)切除”、“裝飾螺紋線”（注：采用一段虛擬的螺紋來(lái)替代真實(shí)狀態(tài)的螺紋，既滿足功能要求，又簡(jiǎn)化造型過(guò)程。零件上添加了裝飾螺紋線后，在輸出的工程圖中會(huì)自動(dòng)以3/4 圓的形式表示出螺紋的小徑。）等命令完成整個(gè)零件的建模，如圖3 所示。

圖3 擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）模型Fig.3 Three-dimensional model of flared couplings body（style A）

2.2 修改特征和尺寸名稱(chēng)

在SolidWorks 中，系統(tǒng)以尺寸或特征的名稱(chēng)作為不同配置的變量名參與計(jì)算、驅(qū)動(dòng)模型形狀的改變。在建立擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）的零件模型時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為每一個(gè)特征、每一個(gè)標(biāo)注的尺寸自動(dòng)賦予一個(gè)名稱(chēng)。為了更清楚地表達(dá)零件特征、識(shí)別零件中各個(gè)不同的實(shí)體部分和更方便地建立系列零件設(shè)計(jì)表，需要對(duì)它們重新命名。

修改特征名稱(chēng)的方法是：右鍵單擊FeatureManager設(shè)計(jì)樹(shù)中的某一特征，單擊快捷菜單中的“特征屬性”選項(xiàng)，在對(duì)話框的“名稱(chēng)”框中輸入新的名稱(chēng)，單擊“確定”按鈕。

修改尺寸名稱(chēng)的方法是：右鍵單擊FeatureManager設(shè)計(jì)樹(shù)中的“注解”項(xiàng)目，打開(kāi)“顯示注解”、“顯示特征尺寸”和“顯示參考尺寸”，這時(shí)模型的各種尺寸都會(huì)顯示出來(lái)，將模型觀察角度放在恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?，同時(shí)拖動(dòng)尺寸使其觀察與選擇方便。右鍵單擊繪圖區(qū)中的某一驅(qū)動(dòng)尺寸，單擊快捷菜單中的“配置尺寸”選項(xiàng)，雙擊其它驅(qū)動(dòng)尺寸，則所選尺寸的系統(tǒng)名稱(chēng)及數(shù)值出現(xiàn)在“修改配置”對(duì)話框中。雙擊對(duì)話框中尺寸的系統(tǒng)名稱(chēng)，按圖1 中的尺寸代號(hào)重新命名，單擊“確定”按鈕。

在修改尺寸名稱(chēng)的過(guò)程中，如果尺寸之間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系（如螺紋小徑=0.85×螺紋大徑），可以利用Solid-Works 的方程式功能將有數(shù)學(xué)關(guān)系的尺寸聯(lián)系在一起。生成方程式的方法是：?jiǎn)螕簟肮ぞ摺毕吕藛?，選擇“方程式”，在出現(xiàn)的“方程式、整體變量及尺寸”對(duì)話框中單擊“添加方程式”灰色字體，然后在繪圖區(qū)單擊對(duì)應(yīng)的尺寸，在對(duì)話框中按照數(shù)學(xué)關(guān)系生成數(shù)學(xué)方程式，單擊“確定”按鈕。由方程式驅(qū)動(dòng)的尺寸前有Σ 標(biāo)志。修改尺寸名稱(chēng)的最終結(jié)果如圖4 所示。

2.3 創(chuàng)建系列零件設(shè)計(jì)表

圖4 在擴(kuò)口式直通管接頭體（A 型）模型中修改尺寸名稱(chēng)Fig.4 Model dimensions’rename of flared couplings body (style A)

通過(guò)創(chuàng)建系列零件設(shè)計(jì)表，利用內(nèi)嵌的Excel文件生成多種配置，實(shí)現(xiàn)系列零件設(shè)計(jì)。

單擊“插入”下拉菜單，選擇“表格”子菜單中的“設(shè)計(jì)表”，在“系列零件設(shè)計(jì)表”的FeatureManager中的“源”欄選擇“空白”，兩次點(diǎn)擊“確認(rèn)”。這時(shí)，在繪圖區(qū)左上角出現(xiàn)一個(gè)Excel 工作表，同時(shí)Excel 工具欄取代SolidWorks 工具欄。

在繪圖區(qū)按國(guó)標(biāo)中列表的尺寸順序逐個(gè)雙擊模型中的相應(yīng)尺寸，每雙擊一個(gè)尺寸，Excel 工作表中就會(huì)增加該尺寸的名稱(chēng)及模型的當(dāng)前尺寸值，圖5 是雙擊需參數(shù)化的尺寸后的系列零件設(shè)計(jì)表。

圖5 雙擊需參數(shù)化的尺寸后的系列零件設(shè)計(jì)表Fig.5 Part series design form after dimensions to be parameterized are double clicked

右鍵單擊尺寸名稱(chēng)行的下一行的行標(biāo)，單擊快捷菜單中的“插入”選項(xiàng)，在新的空行內(nèi)逐個(gè)輸入國(guó)標(biāo)中的尺寸名稱(chēng)，注意：該尺寸名稱(chēng)應(yīng)與實(shí)際尺寸相對(duì)應(yīng)。將“第一實(shí)例”改為管接頭體最小規(guī)格的標(biāo)記名（即“A4”），在第一列按國(guó)標(biāo)中的順序從小到大依次輸入標(biāo)記名。標(biāo)記名輸入完成后，按照首行尺寸名稱(chēng)提示和國(guó)標(biāo)輸入其它規(guī)格的各個(gè)尺寸值。完成向工作表中添加信息后，在表格外單擊可以將其關(guān)閉，SolidWorks 的提示信息會(huì)列出所生成的配置名稱(chēng)。

配置建立完成后，如果需要對(duì)系列零件設(shè)計(jì)表進(jìn)行修改，可以在零件模型配置管理器ConfigurationManager中的“系列零件設(shè)計(jì)表”上單擊右鍵，單擊快捷菜單中的“編輯表格”選項(xiàng)，則彈出系列零件設(shè)計(jì)表，進(jìn)行編輯修改。

為了在系列零件設(shè)計(jì)表中顯示出螺紋的代號(hào)，可以使用“文件屬性”來(lái)實(shí)現(xiàn)。單擊“文件”下拉菜單，選擇“屬性”，出現(xiàn)“摘要信息”對(duì)話框，在配置特定中建立一個(gè)“螺紋代號(hào)”的屬性名稱(chēng)，屬性類(lèi)型為“文字”，點(diǎn)擊“確定”關(guān)閉對(duì)話框。對(duì)“系列零件設(shè)計(jì)表”進(jìn)行編輯，將“$屬性@ 螺紋代號(hào)”字樣填加到系列零件列表中，并按不同的配置賦予不同的字母及數(shù)字。圖6 是修改完成后的系列零件設(shè)計(jì)表。

圖6 修改完成后的系列零件設(shè)計(jì)表Fig.6 Part series design form after modification

2.4 顯示配置

在零件模型配置管理器ConfigurationManager 中，雙擊任一配置名稱(chēng)，SolidWorks 會(huì)自動(dòng)調(diào)用Excel 系列零件設(shè)計(jì)表中相應(yīng)一組參數(shù)并更新顯示模型，即在原零件基礎(chǔ)上生成新的零件。

3 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的使用

將所需規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件插入到指定裝配模型中有兩種方法。方法之一是：?jiǎn)螕簟安迦搿毕吕藛?，選擇“零部件”，插入現(xiàn)有零件后出現(xiàn)“插入零部件”對(duì)話框，單擊“瀏覽”按鈕，選中所需標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)體模型文件，同時(shí)在對(duì)話框右部的“配置”下拉列表框中選擇所需的規(guī)格，單擊“打開(kāi)”按鈕。方法之二是：在原裝配體已有此標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可按住Ctrl 鍵，拖動(dòng)復(fù)制同一規(guī)格后，右鍵單擊該新復(fù)制件，在快捷菜單中選擇“零部件屬性”，出現(xiàn)“零部件屬性”對(duì)話框，在“所參考的配置”下拉選擇框中選所需配置（規(guī)格）后，單擊“確定”按鈕。

4 結(jié)論

在SolidWorks 平臺(tái)下建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)的方法有多種，其中基于配置功能的方法具有操作簡(jiǎn)單、文件單一便于管理、更新方便、使用快捷等特點(diǎn)，降低了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的門(mén)檻，同時(shí)為類(lèi)似零件設(shè)計(jì)提供了共享資源，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平，易于一般的設(shè)計(jì)人員使用。

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