基于SolidWorks的聯合參數化設計方法研究

盧 杰 ， 米彩盈

（西南交通大學機械工程學院，四川 成都 610031）

隨著科學技術的發展和日益增長的社會需求，機械產品的類型、規格及性能迅速地發生變化，市場要求產品的設計周期越來越短。傳統機械產品設計的效率、可靠性、準確性較低，而且對于系列化產品設計需要進行反復的計算、查詢和繪圖，造成大量重復勞動。因此，為了快速地設計產品模型，符合和貼近現代CAD 中概念設計以及并行設計思想，出現了參數化設計的方法。參數化設計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調整的參數。對于變量化參數賦予不同的數值，即可得到不同大小和形狀的零件模型。參數化設計大大減少了重復設計量、縮短了設計周期和提高了設計效率[1]。對零件的參數化設計，常規的方法都是單一的尺寸驅動或是程序驅動；然后在裝配體設計時將尺寸驅動法參數化的零件與程序驅動法參數化的零件裝配在一起；而對單個零件實現聯合參數化設計還未能實現，本文在此基礎上結合兩者優點提出對零件的聯合法參數化設計，并按聯合的形式分類為串聯式聯合參數法與并聯式聯合參數法。

1 兩種參數化方法分析

1.1 尺寸驅動法

尺寸驅動法也被稱作參數驅動法。采用尺寸驅動法建模必須有模型庫的支持，模型庫通常是由用戶事先用手工方式建立，保存在程序指定的目錄下的模型文件。當需要使用時，運行程序將自動從模型庫中打開模型文件，對指定的尺寸參數進行修改，重建，就可以獲得滿足需要的模型，其實現形式可以是：使用系列零件設計表建立新的配置，通過SolidWorks讀取Excel表格里的數劇，利用編程工具[2]。

尺寸驅動法完全依賴于模型庫，手工建模時注意要綜合考慮尺寸標注方式，需要修改的尺寸參數必須是獨立的驅動尺寸，可以利用方程式來關聯尺寸。可變參數的輸入可以通過對話框、數據庫等多種方式實現，也可以從程序的設計計算結果中直接獲得。因為有模型庫，尺寸參數驅動法省去了執行零件繪制的過程，生成圖形時間短、效率高，程序執行時間相當于打開一個零件的時間。

尺寸驅動法的程序編寫工作量小，不需要程序員掌握大量的API建模函數，程序的復雜程度與模型的復雜程度無關。但由于這種方法必須對應指定的標注對象和零件對象，所以這種參數化方法對模型庫的依賴性很強，模型庫一旦確定就不能隨意修改；適用于模型標準化程度高的情況或造型過程復雜、可變參量少的情況。對有些含復雜曲線的模型無法用尺寸驅動法實現參數化設計。

1.2 程序驅動法

程序驅動法參數化，建模的過程完全由程序進行控制，相當于將手動建模的過程由計算機完成。理論上講，凡是手工建模能夠完成的復雜模型都可以用程序方法生成，程序驅動法特別適合生成具有多個變參數的模型，建模的靈活性強，不需要模型庫的支持；程序驅動法參數化可移植性強，移植時無須帶模型庫文件，文件小。

程序驅動法參數化可實現的功能強大，能完成非常復雜零件的實體造型，參數的輸入也可以采用數據庫等多元化的方法。這種方法的程序設計工作量大，要求程序員對SolidWorks API函數具有較高的理解和運用能力；實質是調用SolidWorks內部提供的API函數，完全通過編程實現建模過程，既需要對 Solidworks API函數比較了解,又需要對開發語言有較好的掌握，對開發人員要求起點比較高。適合于含復雜曲線的模型、參數變量多或參數間有關聯的情況。有些含復雜曲線的模型參數化只能用該方法，最典型的就是漸開線參數化的設計。

由于SolidWorks API的函數較多，全部熟悉比較困難，一個簡單的了解函數應用的辦法是使用SolidWorks宏錄制來記錄用戶在造型過程中的操作，所有的操作會以VBA的形式保存下來，而幾乎所有的VC++函數名與VBA的函數名相同或類似，然后通過使用幫助系統可得到相應函數的用法。

2 聯合參數法原理

上述介紹的兩種參數化方法，各有優點，而能不能將上述兩種參數化方法的優點在一個零件的參數化過程表現出來，從而簡化復雜零件的參數化設計，這就是本文要介紹的聯合參數法，按形式的不同又可分為串聯式聯合參數法與并聯式聯合參數法。

2.1 串聯式聯合參數化設計

串聯式是指按照一定的順序前后相連的形式，其原理如圖1所示。先在SolidWorks軟件中以交互形式創建基體模型，基體模型可以是能用尺寸驅動法實現更新的任意模型，將其保存在模型庫中，作為尺寸驅動法的模型庫；尺寸驅動法打開模型庫中的模型，將界面中的尺寸參數傳遞給SolidWorks中模型的實體尺寸實現模型的重建；最后利用SolidWorks API函數，選擇基體模型的參考面創建新的特征，完成模型的參數化設計。

圖1 串聯式參數化設計原理

2.2 并聯式聯合參數化設計

并聯式是指尺寸驅動與程序驅動之間是獨立的，平行的形式，最后再結合在一起，其原理如圖2所示。并聯式聯合參數化設計，是指尺寸驅動法與程序驅動法在創建基體模型時是互不相關，并無嚴格先后順序；并聯式聯合參數化是借助SolidWorks的庫特征來實現的。

圖 2 并聯式參數化設計原理

庫特征是指平時經常使用的單個特征或多個特征組合，可以由一個或多個特征組成，設計庫是任務窗格中放置可重用元素的庫，具體包括可重用的零件、裝配體、塊、庫特征和其它常用的類型等，庫特征往往都放在設計庫中[3]。

在SolidWorks軟件中以交互形式創建庫特征，存入設計庫中。利用尺寸驅動法，將界面中的尺寸參數傳遞給SolidWorks中庫特征實體尺寸實現模型的重建；利用SolidWorksAPI函數創建主模型，并將庫特征添加到主模型中實現聯合參數化設計。

3 聯合參數法實例

3.1 串聯式實例

本文以抗側滾扭桿系統的花鍵式抗側滾扭桿扭臂為例進行實例說明：

1） 在SolidWorks軟件中以交互方式創建模型，如圖3所示，對零件草圖標注驅動尺寸，其中可利用方程式關聯部分驅動尺寸，以減少參數，入模型庫。

圖 3 基體模型

2） 建立不同規格的尺寸數據庫。利用數據庫實現零件尺寸的讀取、存儲和修改，創建用戶界面，如圖4所示。花鍵尺寸采用的是國家標準GB/T 3478.1-2008[4-5]。

圖 4 扭臂參數化設計界面

3） 編寫代碼，尺寸驅動法將界面的尺寸參數傳遞給實體模型尺寸，自動更改驅動尺寸，重建模型；并添加對花鍵承載能力的強度校核模塊。部分代碼如下：

4） 編寫代碼，程序驅動法在打開的模型中利用SolidWorks API函數選擇參考面創建內花鍵；最后生成的模型如圖5所示；下面給出在打開模型中選擇參考面創建漸開線的代碼：

圖 5 串聯式最終模型

3.2 并聯式實例

本文以抗側滾扭桿系統的花鍵式抗側滾扭桿軸為例進行實例說明：

1） 在SolidWorks軟件中以交互方式創建庫特征，如圖6所示，中孔.sddfp；對庫特征草圖標注驅動尺寸，如果需要可利用方程式關聯部分驅動尺寸，以減少參數；保存到設計庫。

2） 建立不同規格的尺寸數據庫。利用數據庫實現零件尺寸的讀取、存儲和修改，創建尺寸驅動法用戶界面，如圖7所示。

圖 6 庫特征及基本模型

圖 7 庫特征界面

3） 編寫代碼，尺寸驅動法將界面的尺寸參數傳遞給實體模型尺寸，自動更改驅動尺寸，重建模型；部分關鍵代碼如下：

4） 建立不同規格的尺寸數據庫。利用數據庫實現零件尺寸的讀取、存儲和修改，創建程序法用戶界面，如圖8所示。花鍵尺寸采用的是國家標準GB/T 3478.1-2008[4-5]。

圖 8 扭桿軸參數化設計界面

5） 編寫代碼， 利用SolidWorks API函數創建花鍵軸模型，創建好模型之后再利用SolidWorks API函數將第3步中更新的庫征加入到花鍵軸模型中，完成零件的參數化設計，添加變截面軸的剛度強度較核程序與花鍵承載能力較核程序。最終的模型如圖6的花鍵軸。將庫特征加入到模型中的代碼如下：

4 結 論

在分析比較參數化設計中使用的尺寸驅動法與程序驅動法特點的基礎上，提出聯合參數化設計，詳細介紹了該方法的原理和具體實現形式，即串聯式和并聯式。

以鐵道車輛抗側滾扭桿為例，編制了聯合參數化方法的實現程序，驗證了在復雜零件參數化設計中的優越性。

[1]胡乙欽. 變結構體參數設計的一種新方法[J]. 機械設計與制造, 2011, 2(5): 41-42.

[2]王文波, 涂海寧. SolidWorks2008二次開發與實例(VC++)[M]. 北京: 清華大學出版社, 2009: 231-256.

[3]葉煒威, 余才佳. SolidWorks2006實體建模與二次開發教程[M]. 北京: 國防工業出版社, 2006: 176-179.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB/T3478.1-2008. 圓柱直齒漸開線花鍵(米制模數、齒側配合)[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008.

[5]沈守范. 反漸開線函數的綜合解算法[J]. 機械制造與研究, 2002, 3(2): 20-22.