基于SolidWorks配置功能的管接頭標準件庫參數化的設計

張學民，宋述穩，董秋陽

（空軍第一航空學院，河南 信陽 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、擴口式、焊接式和其他式等四類，常用的不同型式管接頭基本已經標準化，制訂為國家或行業標準，成為標準零件。

SolidWorks 作為我國機械行業中應用比較廣泛的三維CAD 軟件，其插件Toolbox 提供了多種標準的標準件庫，但缺乏管接頭標準件庫，致使在管路設計過程中還存著諸多不便。本文以擴口式直通管接頭體（A 型）為例，探討利用SolidWorks 軟件本身的配置功能進行參數化設計并建立管接頭標準件庫，從而避免設計人員的重復性勞動，簡化設計過程，提高產品設計的效率，實現SolidWorks 的高效應用。

1 SolidWorks 的參數化設計與配置

SolidWorks 軟件以其基于特征、造型、參數化驅動、二維和三維全動態關聯等技術聞名，參數化設計是其區別于其他三維CAD 軟件的顯著特征。參數化設計是指通過關系表達式將模型中的尺寸聯系在一起。一個參數值變化時，與它相關的其他尺寸將會自動改變。通過調整參數可以修改和控制其設計對象的幾何形狀和大小，設計出一組在幾何形狀和性能上均具有相似性的產品模型。

配置是SolidWorks 軟件的內置功能，能夠提供簡便的方法對一組具有不同尺寸、特征和屬性的零件模型進行開發和管理。設計者通過Excel 文件指定參數并保存配置，從模型中的系列零件設計表中選擇不同配置的零件，就可以從單一的零件模型中創建多個變化的系列零件，對于標準零件而言，這一系列零件實際上就構成了標準件庫。因此，設計人員使用配置功能可以使參數化設計的操作更加簡潔，進而加快標準件庫的開發。

2 設計過程

擴口式直通管接頭體（A 型）的結構尺寸由GB/T 5628-2008 和GB/T 5652-2008 規定，零件簡圖如圖1 所示。

圖1 擴口式直通管接頭體（A 型）簡圖Fig.1 Diagram of flared couplings body（style A）

從圖1 可知，擴口式直通管接頭體（A 型）的形狀結構主要由九個尺寸參數控制：總體長度L、聯接長度l2、結合長度h、內孔直徑d0、錐面小端直徑d3、錐面大端直徑d2、螺紋標記d1（注：包括螺紋大徑和螺紋小徑兩個尺寸參數，因為它們都是三維造型時必需的）和六方內切圓直徑S。通過預先設置這些尺寸參數的數值，利用SolidWorks 軟件的配置功能來調用，就可以得到擴口式直通管接頭體（A 型）的系列零件，具體設計流程如圖2所示。

圖2 基于配置的零件參數化設計流程Fig.2 Parametric Design flow of part based on configuration function

2.1 實體建模

在國家標準中，同一種標準件的規格較多，其尺寸參數值是以表格的形式、按從小到大的順序排列起來的。為了下一步在建立第一個配置輸入尺寸數值時，能夠方便地將尺寸名稱與尺寸值對應起來，可按最小規格進行實體建模，同時考慮用何種方法建模能更好地體現出設計的意圖及更好地表現可以變化的參數。

擴口式直通管接頭體（A 型）為圓柱狀零件，在建模時首先使用“旋轉”命令生成初始模型（注：草圖依靠原點建立，利用垂直、平行、相等、對稱等幾何關系實現完全定義，標注方式與圖1 中的尺寸標注方式一致，以便在后面進行參數化控制），然后使用“拉伸”、“倒角”、“旋轉切除”、“裝飾螺紋線”（注：采用一段虛擬的螺紋來替代真實狀態的螺紋，既滿足功能要求，又簡化造型過程。零件上添加了裝飾螺紋線后，在輸出的工程圖中會自動以3/4 圓的形式表示出螺紋的小徑。）等命令完成整個零件的建模，如圖3 所示。

圖3 擴口式直通管接頭體（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

在SolidWorks 中，系統以尺寸或特征的名稱作為不同配置的變量名參與計算、驅動模型形狀的改變。在建立擴口式直通管接頭體（A 型）的零件模型時，系統會為每一個特征、每一個標注的尺寸自動賦予一個名稱。為了更清楚地表達零件特征、識別零件中各個不同的實體部分和更方便地建立系列零件設計表，需要對它們重新命名。

修改特征名稱的方法是：右鍵單擊FeatureManager設計樹中的某一特征，單擊快捷菜單中的“特征屬性”選項，在對話框的“名稱”框中輸入新的名稱，單擊“確定”按鈕。

修改尺寸名稱的方法是：右鍵單擊FeatureManager設計樹中的“注解”項目，打開“顯示注解”、“顯示特征尺寸”和“顯示參考尺寸”，這時模型的各種尺寸都會顯示出來，將模型觀察角度放在恰當的位置上，同時拖動尺寸使其觀察與選擇方便。右鍵單擊繪圖區中的某一驅動尺寸，單擊快捷菜單中的“配置尺寸”選項，雙擊其它驅動尺寸，則所選尺寸的系統名稱及數值出現在“修改配置”對話框中。雙擊對話框中尺寸的系統名稱，按圖1 中的尺寸代號重新命名，單擊“確定”按鈕。

在修改尺寸名稱的過程中，如果尺寸之間存在一定的數學關系（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學關系的尺寸聯系在一起。生成方程式的方法是：單擊“工具”下拉菜單，選擇“方程式”，在出現的“方程式、整體變量及尺寸”對話框中單擊“添加方程式”灰色字體，然后在繪圖區單擊對應的尺寸，在對話框中按照數學關系生成數學方程式，單擊“確定”按鈕。由方程式驅動的尺寸前有Σ 標志。修改尺寸名稱的最終結果如圖4 所示。

2.3 創建系列零件設計表

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

通過創建系列零件設計表，利用內嵌的Excel文件生成多種配置，實現系列零件設計。

單擊“插入”下拉菜單，選擇“表格”子菜單中的“設計表”，在“系列零件設計表”的FeatureManager中的“源”欄選擇“空白”，兩次點擊“確認”。這時，在繪圖區左上角出現一個Excel 工作表，同時Excel 工具欄取代SolidWorks 工具欄。

在繪圖區按國標中列表的尺寸順序逐個雙擊模型中的相應尺寸，每雙擊一個尺寸，Excel 工作表中就會增加該尺寸的名稱及模型的當前尺寸值，圖5 是雙擊需參數化的尺寸后的系列零件設計表。

圖5 雙擊需參數化的尺寸后的系列零件設計表Fig.5 Part series design form after dimensions to be parameterized are double clicked

右鍵單擊尺寸名稱行的下一行的行標，單擊快捷菜單中的“插入”選項，在新的空行內逐個輸入國標中的尺寸名稱，注意：該尺寸名稱應與實際尺寸相對應。將“第一實例”改為管接頭體最小規格的標記名（即“A4”），在第一列按國標中的順序從小到大依次輸入標記名。標記名輸入完成后，按照首行尺寸名稱提示和國標輸入其它規格的各個尺寸值。完成向工作表中添加信息后，在表格外單擊可以將其關閉，SolidWorks 的提示信息會列出所生成的配置名稱。

配置建立完成后，如果需要對系列零件設計表進行修改，可以在零件模型配置管理器ConfigurationManager中的“系列零件設計表”上單擊右鍵，單擊快捷菜單中的“編輯表格”選項，則彈出系列零件設計表，進行編輯修改。

為了在系列零件設計表中顯示出螺紋的代號，可以使用“文件屬性”來實現。單擊“文件”下拉菜單，選擇“屬性”，出現“摘要信息”對話框，在配置特定中建立一個“螺紋代號”的屬性名稱，屬性類型為“文字”，點擊“確定”關閉對話框。對“系列零件設計表”進行編輯，將“$屬性@ 螺紋代號”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字。圖6 是修改完成后的系列零件設計表。

圖6 修改完成后的系列零件設計表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，SolidWorks 會自動調用Excel 系列零件設計表中相應一組參數并更新顯示模型，即在原零件基礎上生成新的零件。

3 標準件庫的使用

將所需規格標準件插入到指定裝配模型中有兩種方法。方法之一是：單擊“插入”下拉菜單，選擇“零部件”，插入現有零件后出現“插入零部件”對話框，單擊“瀏覽”按鈕，選中所需標準件的實體模型文件，同時在對話框右部的“配置”下拉列表框中選擇所需的規格，單擊“打開”按鈕。方法之二是：在原裝配體已有此標準件時，可按住Ctrl 鍵，拖動復制同一規格后，右鍵單擊該新復制件，在快捷菜單中選擇“零部件屬性”，出現“零部件屬性”對話框，在“所參考的配置”下拉選擇框中選所需配置（規格）后，單擊“確定”按鈕。

4 結論

在SolidWorks 平臺下建立標準零件庫的方法有多種，其中基于配置功能的方法具有操作簡單、文件單一便于管理、更新方便、使用快捷等特點，降低了設計開發的門檻，同時為類似零件設計提供了共享資源，提高了設計效率和設計水平，易于一般的設計人員使用。

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