基于SolidWorks 自頂向下設計方法研究

覃 群

（江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056）

引言

在三維軟件平臺上設計產品的方法一般分為：自頂向下和自下而上兩種設計方法。

自下而上的設計方法是首先設計各個零件造型，然后按照各個零件的相對位置進行裝配的一種方法。用這種方法設計的各個零件是相互獨立的。一旦發現某個零件的尺寸需要修改，則相應零件的尺寸都需要設計師手動完成修改，工作量大且較繁瑣。

自頂向下的設計方法是一種先整體后局部的設計方法，即先有總體方案，再細化零件設計，在裝配體中先設計一個零件，然后再設計相關的零件，零件之間的結構尺寸是相互關聯的，這種方法設計的產品，一旦其中某個零件尺寸需要修改，其它相關零件的尺寸可以自動作相應的更改。此方法比較高效、快捷。

本文以扣件為例，論述了在Solidworks 環境下產品自頂向下設計的思路、方法步驟及技巧。

1 自頂向下設計產品思路

此產品由上卡扣如圖1-2、下卡扣如圖1-3 兩個零件通過螺栓連接在一起，如圖1-1 所示。這兩個零件使用時都是成對出現的，它們中間的中心孔、上下的四個耳板及左右兩邊的連接板槽口半徑都要相等。設計時需要滿足：當其中一個尺寸發生改變后，另一個零件的相應尺寸也要自動的發生相應的改變。

自頂向下的設計思路是開始只是想象出零件大概的形狀和尺寸，它們的細節結構和尺寸需要在設計過程中不斷的修改，從而最后得到我們需要的產品。

尺寸的聯動改變需要將兩個零件有關的尺寸參數化，需要引進參數方程。

2 自頂向下設計產品步驟

卡扣自頂向下設計步驟為：建立整體模型、重要尺寸參數化、實體分離、裝配。

2.1 整體三維建模，初步構型

在設計之初，設計師頭腦里雖然已經有圖1 所示的零件形狀，但是如果一開始就要求確定所有的尺寸，并且寫進方程式，要求設計師具有很強的空間想象能力和豐富的實踐經驗。我們一般是一邊造型畫圖，一邊設計零件的尺寸形狀大小，這樣比較直觀，也比較方便。

通過卡扣的功用分析可知，它中間是同一個圓，用來裝配固定圓形零件的。本文先將此卡扣想象成一個整體來做。

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，本文卡扣是在零件環境下進行設計造型的。

造型連接板：如下頁圖2-1 所示，選擇草圖繪制“槽口”命令；

造型圓柱凸臺：如下頁圖2-2 所示，選擇特征命令拉伸時，不是直接給出拉伸的厚度，而是選擇“成形到一面”，然后選擇連接板的前后面，做樣選擇的目的是可以保證后期連接板和圓柱凸臺前后面平齊。

造型上下耳板：如下頁圖2-3 所示，通過鏡像命令完成。

造型螺栓孔：如下頁圖2-4 所示，選擇特征“異形孔向導”命令得到。

造型中間的圓孔。遵循先實體后切割的造型原則，最后通過“拉伸切除”命令，造型中間的圓孔，如下頁圖2-5 所示。

整體零件結構形狀初步完成后，可以根據功能和設計意圖，對尺寸形狀進行一些修改，例如中間孔的大小等，使之更加符合實用要求，由于已經有了模型，修改起來就比較直觀。

2.2 分離成兩個實體

如圖3-1 所示，選擇“中心矩形”命令，運行拉伸切除命令，將圖2-5 所示的模型分成兩個實體。在運行“拉伸切除”命令之后，需要選擇圖3-2 所示對話框中“所有實體”，保留兩個實體。確定之后，設計樹就會顯示兩個實體的名字，如圖3-3 所示。

將此零件另存為“卡扣整體”。然后在圖3-3 中的上卡扣名字上單擊鼠標右鍵，選擇“插入新零件”，將上卡扣保存成了一個單獨的零件文件。

同樣的方法，保存下卡扣零件。

這樣就將一個卡扣整體分成了兩個實體零件文件，并且這兩個實體零件跟原來的“卡扣整體”零件有關聯關系。

2.3 重要尺寸參數化

零件的結構尺寸初步確定后，就可以對重要尺寸參數化。通過對卡扣產品的功能分析，確定需要參數化的數據如下：

根據被夾持零件的大小不同，中心孔的大小也會變化。所以中心孔的直徑需要參數化；外圓柱凸臺的直徑應該隨著中心孔直徑的變化而變化，從而才能保證中間的壁厚不變，所以外圓柱直徑應該和中心孔直徑關聯；外圓柱直徑變化后，四個耳板的大小也應該隨之變化，所以，耳板的小孔的中心線圓直徑和外圓柱直徑應該有關聯。中間部分的尺寸不同，導致選擇的螺栓大小也會不同，螺栓孔也應該參數化。

一般添加參數方程式變量的方法有以下三種：

1）在方程式管理對話框中直接添加全局變量。如圖4-1 所示，在管理方程式對話框中輸入全局變量名稱如“中心孔”，然后在用鼠標雙擊中心孔直徑尺寸，在尺寸修改編輯框中輸入“=”，然后選擇全局變量“中心孔”即完成了全局變量的關聯，如圖4-2 所示。

2）在尺寸修改框中直接定義全局變量。鼠標雙擊螺栓孔直徑尺寸，如圖5 所示，在修改編輯框中輸入“=”后，輸入全局變量名如“螺栓孔”。

3）在尺寸視圖中添加變量。如圖6 所示，在方程式管理對話框中點擊“尺寸視圖”圖標（如圖6 箭頭所指），顯示所有的尺寸，找到外圓柱凸臺的直徑尺寸后，輸入“=”，選擇中心孔尺寸名稱“中心孔”后輸入“+20”，這樣，不管中心孔尺寸怎么變化，外圓柱凸臺的直徑尺寸始終是在中心孔的直徑尺寸基礎上再加上20 mm，這樣就可以保證壁厚20 mm 不變。耳板上小孔的位置尺寸，連接板槽口半徑尺寸等都可以用這樣的方法加入變量，產生關聯。

以上三種方法可以根據尺寸的功能來進行選擇，如果該尺寸不和其它尺寸產生關聯，例如中心孔直徑尺寸，可以用方法一或者方法二添加，如果該尺寸要和其它尺寸產生關聯，例如外圓柱凸臺尺寸，和中心孔產生關聯，則選擇方法三，在尺寸視圖中添加。

2.4 裝配體

打開零件上卡扣、下卡扣，裝配體環境中，運行“插入新零件”命令，插入上、下卡扣后，添加同心等配合關系，插入標準件，完成產品的裝配，如上頁圖1-1 所示。

2.5 編輯修改

如果后期需要對零件尺寸結構進行修改，要在整體圖即上頁圖3-1 中進行修改，例如將圓柱與連接板之間改成圓角，修改后如圖7-1 所示，則上下卡扣的零件造型和裝配體造型隨之自動改變，如圖7-2 所示。非常方便快捷。

整體零件和兩實體零件各有作用，當需要修改零件結構尺寸的時候，通過卡扣整體零件如圖3-1 修改，而零件工程圖由上、下卡扣的分離的零件實體三維如上頁圖1-2、1-3 導出，裝配體工程圖由裝配體如圖1-1 直接導出。

3 結語

自頂向下的設計方法，其核心是先整體后局部，意味著零件的某些關系和尺寸是和同一個裝配體中的其他零件實體相關聯的，換言之，一個零件的修改可以同時自動的更新多個零件的尺寸和特征。本文在零件環境中自頂向下設計卡扣的方法簡單快捷。具有一定的借鑒性。