基于SolidWorks配置功能的管接头标准件库参数化的设计

2015-01-27张学民宋述稳董秋阳

机电产品开发与创新 2015年6期

张学民，宋述稳，董秋阳

（空军第一航空学院，河南信阳 464000）

0 引言

管接头是液压和气压管路中的常用件，起着连接管子、改变方向等作用。管接头分为卡套式、扩口式、焊接式和其他式等四类，常用的不同型式管接头基本已经标准化，制订为国家或行业标准，成为标准零件。

SolidWorks 作为我国机械行业中应用比较广泛的三维CAD 软件，其插件Toolbox 提供了多种标准的标准件库，但缺乏管接头标准件库，致使在管路设计过程中还存着诸多不便。本文以扩口式直通管接头体（A 型）为例，探讨利用SolidWorks 软件本身的配置功能进行参数化设计并建立管接头标准件库，从而避免设计人员的重复性劳动，简化设计过程，提高产品设计的效率，实现SolidWorks 的高效应用。

1 SolidWorks 的参数化设计与配置

SolidWorks 软件以其基于特征、造型、参数化驱动、二维和三维全动态关联等技术闻名，参数化设计是其区别于其他三维CAD 软件的显著特征。参数化设计是指通过关系表达式将模型中的尺寸联系在一起。一个参数值变化时，与它相关的其他尺寸将会自动改变。通过调整参数可以修改和控制其设计对象的几何形状和大小，设计出一组在几何形状和性能上均具有相似性的产品模型。

配置是SolidWorks 软件的内置功能，能够提供简便的方法对一组具有不同尺寸、特征和属性的零件模型进行开发和管理。设计者通过Excel 文件指定参数并保存配置，从模型中的系列零件设计表中选择不同配置的零件，就可以从单一的零件模型中创建多个变化的系列零件，对于标准零件而言，这一系列零件实际上就构成了标准件库。因此，设计人员使用配置功能可以使参数化设计的操作更加简洁，进而加快标准件库的开发。

2 设计过程

扩口式直通管接头体（A 型）的结构尺寸由GB/T 5628-2008 和GB/T 5652-2008 规定，零件简图如图1 所示。

图1 扩口式直通管接头体（A 型）简图Fig.1 Diagram of flared couplings body（style A）

从图1 可知，扩口式直通管接头体（A 型）的形状结构主要由九个尺寸参数控制：总体长度L、联接长度l2、结合长度h、内孔直径d0、锥面小端直径d3、锥面大端直径d2、螺纹标记d1（注：包括螺纹大径和螺纹小径两个尺寸参数，因为它们都是三维造型时必需的）和六方内切圆直径S。通过预先设置这些尺寸参数的数值，利用SolidWorks 软件的配置功能来调用，就可以得到扩口式直通管接头体（A 型）的系列零件，具体设计流程如图2所示。

图2 基于配置的零件参数化设计流程Fig.2 Parametric Design flow of part based on configuration function

2.1 实体建模

在国家标准中，同一种标准件的规格较多，其尺寸参数值是以表格的形式、按从小到大的顺序排列起来的。为了下一步在建立第一个配置输入尺寸数值时，能够方便地将尺寸名称与尺寸值对应起来，可按最小规格进行实体建模，同时考虑用何种方法建模能更好地体现出设计的意图及更好地表现可以变化的参数。

扩口式直通管接头体（A 型）为圆柱状零件，在建模时首先使用“旋转”命令生成初始模型（注：草图依靠原点建立，利用垂直、平行、相等、对称等几何关系实现完全定义，标注方式与图1 中的尺寸标注方式一致，以便在后面进行参数化控制），然后使用“拉伸”、“倒角”、“旋转切除”、“装饰螺纹线”（注：采用一段虚拟的螺纹来替代真实状态的螺纹，既满足功能要求，又简化造型过程。零件上添加了装饰螺纹线后，在输出的工程图中会自动以3/4 圆的形式表示出螺纹的小径。）等命令完成整个零件的建模，如图3 所示。

图3 扩口式直通管接头体（A 型）模型Fig.3 Three-dimensional model of flared couplings body（style A）

2.2 修改特征和尺寸名称

在SolidWorks 中，系统以尺寸或特征的名称作为不同配置的变量名参与计算、驱动模型形状的改变。在建立扩口式直通管接头体（A 型）的零件模型时，系统会为每一个特征、每一个标注的尺寸自动赋予一个名称。为了更清楚地表达零件特征、识别零件中各个不同的实体部分和更方便地建立系列零件设计表，需要对它们重新命名。

修改特征名称的方法是：右键单击FeatureManager设计树中的某一特征，单击快捷菜单中的“特征属性”选项，在对话框的“名称”框中输入新的名称，单击“确定”按钮。

修改尺寸名称的方法是：右键单击FeatureManager设计树中的“注解”项目，打开“显示注解”、“显示特征尺寸”和“显示参考尺寸”，这时模型的各种尺寸都会显示出来，将模型观察角度放在恰当的位置上，同时拖动尺寸使其观察与选择方便。右键单击绘图区中的某一驱动尺寸，单击快捷菜单中的“配置尺寸”选项，双击其它驱动尺寸，则所选尺寸的系统名称及数值出现在“修改配置”对话框中。双击对话框中尺寸的系统名称，按图1 中的尺寸代号重新命名，单击“确定”按钮。

在修改尺寸名称的过程中，如果尺寸之间存在一定的数学关系（如螺纹小径=0.85×螺纹大径），可以利用Solid-Works 的方程式功能将有数学关系的尺寸联系在一起。生成方程式的方法是：单击“工具”下拉菜单，选择“方程式”，在出现的“方程式、整体变量及尺寸”对话框中单击“添加方程式”灰色字体，然后在绘图区单击对应的尺寸，在对话框中按照数学关系生成数学方程式，单击“确定”按钮。由方程式驱动的尺寸前有Σ 标志。修改尺寸名称的最终结果如图4 所示。

2.3 创建系列零件设计表

图4 在扩口式直通管接头体（A 型）模型中修改尺寸名称Fig.4 Model dimensions’rename of flared couplings body (style A)

通过创建系列零件设计表，利用内嵌的Excel文件生成多种配置，实现系列零件设计。

单击“插入”下拉菜单，选择“表格”子菜单中的“设计表”，在“系列零件设计表”的FeatureManager中的“源”栏选择“空白”，两次点击“确认”。这时，在绘图区左上角出现一个Excel 工作表，同时Excel 工具栏取代SolidWorks 工具栏。

在绘图区按国标中列表的尺寸顺序逐个双击模型中的相应尺寸，每双击一个尺寸，Excel 工作表中就会增加该尺寸的名称及模型的当前尺寸值，图5 是双击需参数化的尺寸后的系列零件设计表。

图5 双击需参数化的尺寸后的系列零件设计表Fig.5 Part series design form after dimensions to be parameterized are double clicked

右键单击尺寸名称行的下一行的行标，单击快捷菜单中的“插入”选项，在新的空行内逐个输入国标中的尺寸名称，注意：该尺寸名称应与实际尺寸相对应。将“第一实例”改为管接头体最小规格的标记名（即“A4”），在第一列按国标中的顺序从小到大依次输入标记名。标记名输入完成后，按照首行尺寸名称提示和国标输入其它规格的各个尺寸值。完成向工作表中添加信息后，在表格外单击可以将其关闭，SolidWorks 的提示信息会列出所生成的配置名称。

配置建立完成后，如果需要对系列零件设计表进行修改，可以在零件模型配置管理器ConfigurationManager中的“系列零件设计表”上单击右键，单击快捷菜单中的“编辑表格”选项，则弹出系列零件设计表，进行编辑修改。

为了在系列零件设计表中显示出螺纹的代号，可以使用“文件属性”来实现。单击“文件”下拉菜单，选择“属性”，出现“摘要信息”对话框，在配置特定中建立一个“螺纹代号”的属性名称，属性类型为“文字”，点击“确定”关闭对话框。对“系列零件设计表”进行编辑，将“$属性@ 螺纹代号”字样填加到系列零件列表中，并按不同的配置赋予不同的字母及数字。图6 是修改完成后的系列零件设计表。

图6 修改完成后的系列零件设计表Fig.6 Part series design form after modification

2.4 显示配置

在零件模型配置管理器ConfigurationManager 中，双击任一配置名称，SolidWorks 会自动调用Excel 系列零件设计表中相应一组参数并更新显示模型，即在原零件基础上生成新的零件。

3 标准件库的使用

将所需规格标准件插入到指定装配模型中有两种方法。方法之一是：单击“插入”下拉菜单，选择“零部件”，插入现有零件后出现“插入零部件”对话框，单击“浏览”按钮，选中所需标准件的实体模型文件，同时在对话框右部的“配置”下拉列表框中选择所需的规格，单击“打开”按钮。方法之二是：在原装配体已有此标准件时，可按住Ctrl 键，拖动复制同一规格后，右键单击该新复制件，在快捷菜单中选择“零部件属性”，出现“零部件属性”对话框，在“所参考的配置”下拉选择框中选所需配置（规格）后，单击“确定”按钮。