基于Solidworks的机械零件参数化设计方法

基于Solidworks的机械零件参数化设计方法

【摘要】三维设计软件是机械设计中常用的技术软件，为机械零部件的结构设计提供了十分方便直观的软件开发平台。Solidworks是一款具备强大参数化建模功能的三维设计软件，在Solidworks的软件环境下，对机械零件的参数化设计方法展开讨论，针对性的分析了各种设计方法的技术特点，为机械零件的参数化设计人员提供了有价值的技术参考。

【关键词】Solidworks 机械零件参数化设计设计方法

机械产品因为其几何造型的可视性使得设计软件得以替代人工制图，在产品造型设计和零部件设计阶段起到了巨大的作用。在当前的机械行业，同类型产品往往更新换代的速度相当的快，因此，不同代的产品无论是在造型设计还是零部件的采用上都具有一定的延续性，因此，针对零部件几何形状特征的相似点进行零部件的参数化设计可以大幅度的缩减设计周期，提高设计效率。对于机械产品而言，参数化设计主要是集中在对零部件的图纸设计上，因此零件模版的作用就比较重要，通过建立通用系数高、系列化脉络清晰和标准化程度搞的定型产品的参数化模型，可以基于模型参数的修改，达到对零部件的重新设计。在实际的设计工作中，通过约束机械零部件模型的几何约束、力学性能约束以及运动状态约束，可以得到一个参数化的形状特征，这一系列的参数化模型的构造过程都可以基于Solidworks软件设计开发平台来展开。

在Solidworks三维设计软件中，通过软件内置的非全约束的参数化实体特征建模与曲面建模相结合的技术，可以全方位的实现零件的参数化设计工作。实际设计工作中，主要采用两种方法实现零件的参数化模型的建立：首先，是基于软件内部的参数化表格管理技术，创建零部件的参数化装配体模型；其次是基于计算机编程语言对Solidworks进行二次开发，是的参数化设计得以用程序实现。两种方法在实际的机械零件的参数化设计中都具有广泛的应用，本文将着重阐述基于Solidworks的机械零件的参数化设计方法，为机械零部件的参数化设计提供新的设计思路。

1 基于设计变量的零件参数化设计

三维设计软件是机械设计中最倚重的设计工具，因此，在三维设计软件中都搭载了强大的几何特征造型的功能模块。在Solidworks中，基于零件的二维模型轮廓，再通过旋转、镜像、拉伸、填充和扫掠等的特征建模手段可以较好的构建零件的三维模型，并且通过Solidworks特有的数据配置功能生成零件的参数设计变量文档，通过对设计变量文档进行修正，可以实现参数化设计的人机交互操作，在Solidworks的软件平台上可以进一步开发出纯界面操作的零件参数化设计平台。

对于特征明显的轴类零件，设计变量较小，而且可以通过简单的特征模型操作实现参数化设计，是比较适合进行基于设计变量的零件参数化设计的；对于几

何形状复杂，装配部件繁琐的组合零件，涉及到的设计变量多，而且几何特征种类复杂，很难进行设计变量的归类汇总，从Solidworks中导出的设计变量文档数据量很大，后续的参数修正也需要设计人员耗费较多的时间，参数化设计的优势不明显，因此，这一方法的重点在于选取几何特征清晰，参数设计变量较少，模型约束条件宽松的零件，能够直接生成设计变量修正文件，进行参数设计的文档化操作。

2 基于二次开发技术的零件参数化设计

二次开发是设计软件为用户提供进一步深入设计的技术开发平台，能够为用户基于实际的零件类型进行自主性较强的自我设计。在Solidworks三维软件中，用户通过特制的API二次开发接口，程序设计人员可以基于软件自带的功能函数模块，进行有针对性的程序开发设计，完成零件的二维草图和三维模型的建立工作。零件的参数模型主要分为几何模型和拓扑关系，几何模型包括几何特征点、线、面等，以便于确定模型的几何尺寸空间位置，拓扑关系主要反映了几何元素之间的连接关系，在Solidworks中这两类特征都可以看作是设计参数。二次开发的编程语言较为通用的是基于C语言或者vc语言，基于vc语言的com技术开发出零件参数设计的DLL技术文件，动态加载到Solidworks的二次开发平台之中，就可以实现参数设计的程序化控制，这是一种更加高级、方便，也更为快速的参数控制手段，同时也可以作为同类零件的模版进行再次开发。

以机械零件中常见的柱塞体为例，柱塞体具有几个较为明显的几何特征，轴类以及肋板件，圆弧倒角较多，部分适合技术变量的参数化设计方法，但是不能完全实现，因此，采用二次开发技术针对常规特征操作中难以实现参数化设计的部分，进行功能函数的编程处理，对零件的几何特征进行编辑，对柱塞体的内外径、圆头弧面、肋板件以及草图进行参数化处理，生成三维模型，为日后的柱塞体的设计提供了较好的参数化设计模版。

3 基于尺寸公差技术的零部件参数化设计

机械零件的参数化模型主要是要分析零件的参数类型，模型参数主要可以分为几何参数、不变参数以及可导出参数，不变参数难以进行编辑，导出参数多为查表的标准参数，实际的参数化设计是针对几何参数进行。几何参数的设计包括尺寸设计和公差配合设计。零件的公差配合设计是直接影响零件使用效果和装配效果的主要参数。在Solidworks中建立基于零件几何尺寸的尺寸公差的数据模型，分析参数类型，确定参数修正范围，明确约束关系；通过参数提取功能获取尺寸公差信息，在人机交互界面对尺寸信息和尺寸公差信息进行参数修改，最终实现尺寸公差信息的自动标注，这就是一个完整的尺寸公差参数设计的流程。

以多轴承配合的主轴设计为例，对于一个具有三个轴承配合的主轴来说，公差配合的设计决定了零件安装的顺序和安装方案，将轴承孔径和槽径等技术参数进行参数分类，确定公差配合的设计参数范围，确定参数之间的约束关系，结合公差配合的标准参数数据，在配合精度的许用范围之内，可以自动生成公差配合的实际数值。并且能够作为同类零件公差设计的参数模版。

4 结语

本文介绍三维设计软件Solidworks以及在机械零件参数化设计中的主要应用，更是结合了常见的机械零件的设计特点，阐述了机械零件参数化设计的主要方法以及这些方法在Solidworks中的软件实现方法，为机械零件设计人员提供了有价值的技术参考。

参考文献：

[1]肖礼志.基于Solidworks 的尺寸公差参数化设计方法[J].计算机系统应用，2011（9）.

[2]葛述卿.基于Solidworks的机械零件参数化快速设计[J].设计与研究，2008（3）.