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1、基于 Solidworks 参数化的建模思路及方法摘 要随着现代工业的快速发展，使得很多企业选择更加效率、更加简便的研发设计方法。南京东岱软件有限公司正是基于市场需求，为诸多企业开发实施了多产品多结构的参数化设计方案，为客户提供了快速响应的产品设计软件 AutoDriver。参数化设计主要基于三维软件的二次开发利用，本文以 Solidworks 标准件库的开发为技术背景，详尽阐述了基于 Solidworks 参数化的建模思路及方法，并以六角螺栓为例介绍了具体的参数化设计建模过程。关键词 ： 南京东岱软件有限公司；参数化设计；Solidworks；建模1了解客户产品六角螺栓是指由头部和螺杆（带有
2、外螺纹的圆柱体）两部分组成的一 类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接 形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，有可以使这两个零件分开，故 螺栓连接是属于可拆卸连接。1.1 了解客户需求主要完成六角螺栓设计结构与特征的参数化设计，使其能够实现交互 式设计。1.2 了解产品组成结构主要由螺栓头部和螺杆组成，如下图：其中：d1 为螺栓直径，L 为公称长度，b 为螺纹长度1.3 了解产品功能主要是用于紧固连接两个带有通孔的零件。1.4 确定主动参数实际由用户控制的，即能够独立变化的参数，一般只有几个，称之为 主参数或主约束；其他的约束是由图形结构特征确定或与主约束有确定关 系
3、，称它们为次约束。六角螺栓的主参数选取螺栓直径 d1 和公称长度 L， 其他尺寸参数关系（即次约束）为：b=2d1，k=0.7d1，e=2d1。1.5 确定操作界面主要是由螺栓直径 d1（型号）和公称长度 L 组成的交互式设计界面。2确立建模思路主要从产品的功能及主动参数去确立建模思路。 首先，观察六角螺栓结构，选取合适的基准；其次，理清楚各尺寸间的关系； 最后，建立螺栓螺母模型。3选取建模方法Solidworks 建模的步骤有一定程序，其顺序分别为：选择绘图平面、进 入草图绘制、绘制草图、标注尺寸和添加几何关系、特征制作等。 在创建模型时，遵循的原则是： 基准的重要性,即模型基准与设计基准统
4、一； 主要特征在前，次要特征在后； 先做外形，再做内部结构； 先做整体，后做细节； 建模步骤要精简,可以一步完成的就不用两个特征； 尽量避免使用高级建模特征,如:放样,扫描,抽壳,复杂圆角等等。3.1 基准的选取基准是指用于设计时参考的一个标准。基准选取的不同会直接影响模 型的建立与后期的修改。Solidworks 中基准又分为四种：基准面、基准轴、 坐标系和参考点。 3.1.1基准面 在选择绘图平面时就有下列几个平面可选取： 默认的三个基准面； 利用基准面命令所建立的基准面； 直接由绘出零件的特征平面选取，进行绘制。 3.1.2基准轴 基准轴常用于创建特征的基准，在创建基准面、圆周阵列或 同
5、轴装配中会经常使用到基准轴。SolidWorks 提供的五种基准轴 创建命令。 3.1.3坐标系 坐标系主要与测量和质量属性工具一同使用，或者用作生成 阵列的基准，也可用于将 SolidWorks 文件输出至其他格式文件。3.1.4参考点 参考点主要被用来进行空间定位，可以用于创建一个曲面造 型，辅助创建基准面或基准轴。六角螺栓建模时选取如图所示的基准面 A 和基准面 B，其中基准面 A 是用来确立螺杆和螺栓头部特征的，而基准面 B 是用来确立螺栓 螺纹特征的。尺寸基准如图所示进行标注和创建特征尺寸。 选取不同基准的建模方式，举例如下： 3.1.4.1选取基准面 C 和基准面 A 基准面 C
6、用来创建螺栓头部特征，基准面 A 用来创建螺杆和 螺纹特征，结果如下图：3.1.4.2选取基准面 C 和基准面 B 基准面 C 用来创建螺栓头部特征和螺杆特征，基准面 B 用来 创建螺纹特征，结果如下图：比较这 3 种选取不同基准时，所产生的不同建模方式， 不难看出以下两种建模方式不符合我们主动参数的选取，公 称长度 L 是指螺杆长度，b 是指螺纹长度，因此选取基准面 A 和基准面 B 更符合参数化设计时主动参数的要求。3.2 草图的绘制3.3 约束的应用约束是对几何元素大小、位置和方向的限制，分为尺寸约束和几 何约束两类。尺寸约束限制元素的大小，并对长度、半径和相交角度 的限制；几何约束限制
7、元素的方位或相对位置关系。 设计过程可视为约束满足的过程,设计活动本质上是通过提取产 品有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。设计活动中的约束 主要来自三个方面:功能、结构和制造。功能约束是对产品所能完成 的功能的描述;结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示;制造约束 是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中必将这些限 制综合成设计目标,并将它们映射成为特定的几何/ 拓扑结构,从而转 化为几何约束。 3.3.1尺寸约束所谓尺寸约束，就是用计算的方法自动将尺寸的变化转换成 几何形体的相应变化，并且保证变化前后的结构约束保持不变。 对于绘制草图，通过尺寸标注可以建立几何数据与其参数的
8、对应 关系。 尺寸约束与设计意图密切相关,是特征功能的具体体现。通常 Solidworks 都提供多种尺寸标注形式，一般有线性尺寸、直径尺 寸、半径尺寸、角度尺寸等，另外注意尺寸链的应用。针对尺寸约束这部分，还需了解“约束联动”的相关知识。 约束联动分为：（1）图形特征联动（2）相关参数联动 所谓图形特征联动就是保证在图形拓扑关系（连续、相切、 垂直、平行等）不变的情况下，对次约束的驱动。 所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻 辑上的关系。 3.3.2几何约束 所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足的某种特定的 关系。将几何约束作为构成几何/ 拓扑结构的几何基准要素和表 面轮廓
9、要素,可以导出各形状结构的位置和形状参数,从而形成参 数化的产品几何模型。 对产品的几何约束主要包括两个方面:拓扑约束和尺寸约束。 拓扑约束指对产品结构的定性描述,它表示几何元素之间的固定联 系,如对称、平等、垂直、相切等,进而可表征特征形素(构成特征 的几何元素)之间的相对位置关系。这些关系拟抽象为点、边、面 间九类有向关系,每一类关系有其相应的谓词,包括“相同” 、 “平 行” 、 “垂直” 、 “相交” 、 “偏移”等等。通常,在特征形状确定之后 这种联系不允许发生变化或修改或由用户交互指定(装配关系) , 也就是说,特征定义本身就是对图形特征联动的隐含表达,因此,在 其参数化中无需再考
10、虑图形特征联动,这是基于特征参数化区别于 传统参数化的特征之一。但在某些特殊场合,必须能处理其变异。 通常 Solidworks 中的几何约束主要包括水平、竖直、平行、垂直、相切、等长度、等半径、重合、同心、对称等等。3.4 对称的应用对称是自然界中广泛存在着的一种的形态。因此我们的产品中往 往设计成对称的，这样除了产品看起来美观以外，也可以节省不少的 设计时间。 在 SolidWorks 中，设计师可以很好地利用产品对称的特性来快 速地建模。同时，为了方便地利用这一对称的特性，我们在建模时往 往需要注意以下几点： 1、在创建草图时，将草图的对称中心（圆心、矩形的形心、椭 圆的中心等等）与坐标
11、原点重合； 2、在零件中创建合适的对称参考面； 3、在装配体中，将对称的基体零件的三个基准面与装配体的三 个基准面分别重合。 在 SolidWorks 中，对应于对称的特征操作是“镜像”功能，它 包括三个层面的镜像操作：草图、零件以及装配体。 在草图绘制中，主要通过镜像生成新的草图； 在零件层次中，镜像又可分为特征镜像、实体镜像和曲面 镜像； 在装配体中，主要通过镜像来生成新的零件。4结束语以上的例子只是采用了很简单的六角螺栓模型，也许简单的模型并不能充 分体现出建模思路和方法的实用性，但针对参数化模型的建模过程及相关建模 方法，已然将其与大家分享，具体的建模思路与方法要结合模型特征结构而定。 值得强调的是，建模思路来源于设计者的工程背景和良好的设计习惯，而建模 方法的使用也是因人而异。
