基于Solidworks多曲面部件自頂向下設計方法

陳光霞

基于Solidworks多曲面部件自頂向下設計方法

陳光霞

(江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056)

針對采用自下而上設計方法設計多曲面零部件時，存在的設計過程較復雜，修改效率低等問題，以solidworks軟件為平臺，以車鑰匙為例，在零件環境下采用自頂向下的方法進行設計。通過論述設計方法和步驟，詳細比較了三種分離存儲零件實體方法在關聯性方面的優劣，給出了最佳方法。

SolidWorks；自頂向下；多曲面部件；設計

隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平日益提高。目前人們生活中大部分日常用品都是由含多曲面的零部件裝配而成，例如遙控器、手柄、車鑰匙等，如圖1所示。

圖1　車鑰匙

組成這類產品的零部件表面有較多的曲面或者圓弧面，而且零件之間的連接處可能還是弧形，如果要順利完成裝配，必須要保證連接位置的光順。如果在設計時采用自下而上的設計方法，即先設計一個個單獨的零件，然后再進行裝配，不但設計流程繁瑣復雜，而且裝配效果也很難達到光順的要求，后期如果某一個零件的曲面數據需要修改，與之配合的相鄰零件曲面都需要設計師手動修改，效率低而且易錯。針對自下而上設計方法存在的不足，采用自頂向下的設計方法，即把這些曲面作為一個整體進行設計，在整體設計完成后，將其分割成不同的零件，并且對這些零件之間給予一定的關聯，這樣設計出來的零件不僅裝配光順，而且后期進行零件數據修改也更為方便、快捷[1]。

1　主體設計

自頂向下的設計可以在裝配體的環境下完成，也可以在零件環境下完成。以車鑰匙設計為例，在零件環境下進行造型設計更為方便、快捷[2]。

如圖2(a)所示，在零件環境下，先設計一個長方體；然后用圓頂特征命令，在上、下底面上做1.5mm的圓頂，左右面上做0.5mm的圓頂，如圖2(b)所示，以達到曲面的效果；隨后針對四周的四條棱線用圓角命令作圓角R5,上下面圓角R2.5，如圖2(c)所示；由于鑰匙內部結構為中空，壁厚均勻，所以用特征命令中的“抽殼”命令進行抽殼，厚度0.5mm,完成后剖開的效果如圖2(d)所示。

圖2　主體設計過程

2　分離實體方法

如圖3所示，車鑰匙的頂面有一條弧線，為該部件兩個零件的結合處。此處采用無縫連接，不能用拉伸切除命令分離實體，由于曲面沒有厚度，所以采用曲面分離實體，具體方法如下：

圖3　分割命令分割零件

(1)如圖3(a)所示，選擇前視基準面，繪制草圖，畫一條圓弧，圓弧要超出主體長方體的范圍；運行“插入-曲面-拉伸”曲面命令，拉伸一個曲面，曲面要超出主體范圍。

(2)選擇上視基準面，畫一條直線，使用同樣的方法，兩側對稱拉伸一個曲面，該曲面也要超出主體范圍，如圖3(b)所示。

(3)運用特征命令中的分割命令，選擇兩個拉伸曲面作為分割面，可以將整個實體分成兩個部分，也就是兩個實體零件，如圖3(c)所示。

3　三種保存實體的方法比較

3.1　通過分割實體對話框保存

鼠標右鍵點擊設計樹處的“分割”特征，選擇“編輯分割特征”后，如圖4(a)所示，在分割對話框中雙擊下面的被分割實體的序號1右邊的空白處，出現指派文件對話框，然后輸入文件名稱和保存路徑，即可保存一個分離的零件。同理保存另一個零件，也可以選擇分割對話框中的“自動分配名字”選項進行保存，保存后生成如圖4(b)、(c)所示的兩個實體零件。

圖4　分離零件結果

3.2　通過設計樹保存

鼠標右鍵點擊設計樹“實體”，如圖5(a)所示的箭頭所指，在彈出菜單里面選擇“保存實體”，會出現保存實體對話框，此對話框類似于上面分割對話框，保存方法也類似于方法一。

圖5　通過設計樹保存零件

3.3　通過插入新零件保存零件

鼠標右鍵點擊設計樹“實體”下面的“分割(1)”，如圖5(b)所示。在彈出的快捷菜單里選擇“插入到新零件”，然后輸入文件名稱“上鑰匙蓋”和保存路徑。同樣的方法保存分割(2)，取文件名為“下鑰匙體”。

3.4　三種方法的比較

以上三種方法都可以將總設計圖分離成兩個零件，以下比較三種方法生成的零件和總設計圖之間關聯性的優劣。

例如在鑰匙總設計圖中，選擇前視基準面畫圓，然后拉伸切除一個小孔，如圖4(d)所示，觀察用方法一和方法二生成的零件，下鑰匙體是沒有變化的，也就是沒有這個后來添加的小孔，如圖4(c)所示。

用方法三生成的下鑰匙體，即用“插入到新零件”方法生成的零件，當需要編輯修改時，需要在下鑰匙體上添加小孔，如圖6(a)所示。在設計樹上鼠標右鍵單擊“鑰匙總設計圖”，然后在彈出的快捷菜單里面選擇“關聯中編輯”，界面會自動跳到鑰匙總設計圖界面中，然后可對鑰匙總設計圖進行編輯、修改，拉伸切除如前面一樣的小孔。修改完后回到下鑰匙體零件界面，該零件會自動更新，然后呈現的就是修改后已添加小孔的下鑰匙體，如圖6(b)所示。

圖6　通過設計樹保存零件關聯性測試

通過比較可知，當需要修改零件特征時，使用前兩種方法保存的分離零件和總設計圖之間的關聯性沒有第三種方法得到的零件的關聯性好。但如果修改總設計圖草圖尺寸，如長方體草圖中的長尺寸等，則分離零件的尺寸可以自動做相應的變化，只是特征修改的關聯性要稍微遜色于第三種方法。如果希望在進行后期編輯時，只需要編輯修改總設計圖，兩個零件實體圖隨之自動更改，推薦用第三種方法保存實體零件為最佳。

4　其它部分設計

其它部分的設計方法，例如LOGO部分設計方法如下：選擇在前視基準面上用畫圓命令和直線命令畫出LOGO形狀，然后畫一條圓弧作為文本的引導線；輸入草圖文字，完成草圖后，利用“分割線”命令，將該草圖投影到零件上表面，可在草圖上實現零件的分區，為后續添加不同的區域顏色做準備；編輯外觀命令，選取面的方式著色，在不同的區域選擇合適的顏色即可，成品如圖7所示。

圖7　車鑰匙最后設計效果

5　小結

以車鑰匙設計為例，應用solidworks軟件平臺中基于零件環境下，采用自頂向下的設計方法對含多曲面部件進行設計：先整體造型，保證零件結合處弧形的順滑；利用分割命令用曲面分割零件，保證零件間的無縫連接，用插入新零件法保存零件，保證分離后的零件和總體設計圖之間的聯動關系。試驗結果證明：應用該方法設計、造型多曲面部件，裝配效果較好，后期進行編輯和修改較方便、快捷。

[1] 李章國.基于UG手機面蓋工業造型設計[J].時代農機,2019,46(2):121-123.

[2] 張會強.利用SolidWorks對新產品的自頂向下設計[J].機械工程師,2020(9):117-119.

Top-down design method of multi-surface parts based on SolidWorks

CHEN Guangxia

(College of Intelligent Manufacturing, Jianghan University, Wuhan, Hubei 430056, China)

There are problems such as complicated design processes and low modification efficiency when using the bottom-up design method to design multi-surface components. This paper takes Solidworks software as the platform, takes the car key as an example, and adopts the top-down method to design in the part environment. By discussing the design methods and steps, the advantages and disadvantages of the three methods of separating and storing part entities in relation are compared in detail, and the best method is given.

SolidWorks; top-down design; multi-surface part; design.

TH134

A

2096–8736(2022)02–0016–03

陳光霞(1968—)，男，湖北武漢人，博士，教授，主要研究方向為先進制造技術。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍