1、三維設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)的主流方法，通過三維設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)者可直接將腦海中的零/部件模型，形象逼真地反映在計(jì)算機(jī)顯示屏上。我國(guó)的大中型企業(yè)已開始嘗試從三維開始設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，三維能真正體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，以三維模型作為產(chǎn)品最重要的信息載體，可以將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理等各個(gè)信息孤島聯(lián)系到一起，并將設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)融入到建模過程中。在整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程中，如果在建模階段不預(yù)先考慮模型可能發(fā)生的設(shè)計(jì)變動(dòng)，將使前期建模工作無法有效向后傳遞，導(dǎo)致時(shí)間和精力的更多消耗。因此，在設(shè)計(jì)開始階段就對(duì)產(chǎn)品特征進(jìn)行規(guī)劃，將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想意圖融人設(shè)計(jì)過程中，全面綜合考慮問題，對(duì)于縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間、提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量是

2、非常有意義的。對(duì)于如何將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件中，本文將結(jié)合Solidworks闡述這一技術(shù)的應(yīng)用過程。SolidWorks是一套基于Windows平臺(tái)的優(yōu)秀三維設(shè)計(jì)軟件，具有用戶界面友好、易學(xué)易用的優(yōu)點(diǎn)，其特征建模、變量化驅(qū)動(dòng)等功能，可方便地實(shí)現(xiàn)三維建模、裝配和生成工程圖。零件建模與加工工藝分析在三維軟件中對(duì)零件進(jìn)行三維建模，實(shí)質(zhì)是對(duì)零件加工過程進(jìn)行模擬和對(duì)零件加工工藝過程進(jìn)行描述，是在三維軟件的環(huán)境下進(jìn)行的虛擬加工。1.1零件的常用建模方法實(shí)例分析對(duì)零件建模的常用方法有：層疊法、旋轉(zhuǎn)法和加工法。下面以減速器高速軸外形特征為例，分別用這三種方法進(jìn)行建模，分析它們的優(yōu)劣，圖例如

3、表1所示。表1減速器高速軸三種建模方法的圖例1）旋轉(zhuǎn)法：在一幅草圖上畫出零件的多個(gè)復(fù)雜外形特征，通過旋轉(zhuǎn)命令“一步到位”生成零件。優(yōu)點(diǎn)：能夠快速創(chuàng)建零件外形輪廓特征，效率高。缺點(diǎn)：不便于零件的編輯、修改，如果要對(duì)零件進(jìn)行編輯修改，就會(huì)出現(xiàn)許多關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤。此方法僅僅適合回轉(zhuǎn)零件，而且僅適用于回轉(zhuǎn)零件外形輪廓特征建模。2）層疊法：?jiǎn)为?dú)建立零件各段的每個(gè)特征，用堆積的方式，將各段堆疊起來。通過上述實(shí)例不難發(fā)現(xiàn)，該方法局部性強(qiáng)，缺乏總體布局，沒有毛坯選擇，沒有總體的特征規(guī)劃。但此方法適用于大型焊接件，其建模思想與焊接方法正好吻合。3）加工法：是模擬零件實(shí)際加工過程，首先生成零件基本特征，也即是實(shí)際加工的

4、毛坯，然后一道道工序逐漸加工，生成成品。例如軸的工藝分析在實(shí)際加工過程中，首先，生成毛坯（通常采用車削、鑄造或者其他方法生成棒料毛坯）；然后，將工件的一端夾持在車床的三爪卡盤上，加工其另一端，完成圓柱面、砂輪越程槽、端面倒角車削；第三，工件掉頭，夾持已加工的圓柱面，對(duì)工件的另一端完成圓柱面、砂輪越程槽、端面倒角車削。在該加工過程中，裝夾一次盡可能完成多道工序，從而節(jié)省裝夾時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通過上述零件建模方法對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，加工法最符合實(shí)際生產(chǎn)過程，它的建模順序符合實(shí)際加工步驟，也符合專業(yè)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)過程。因此，在建模之前，有必要對(duì)產(chǎn)品零件進(jìn)行特征規(guī)劃，這樣不僅使設(shè)計(jì)者對(duì)后續(xù)建模有總體把握，而

5、且對(duì)于最后編輯修改也很方便。特征規(guī)劃的過程中，應(yīng)該考慮以下問題：（1）基本特征反映零件的整體面貌（例如，選擇圓柱棒料作為毛坯，表明該零件的整體外形為圓柱形）。（2）每個(gè)特征應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，這便于特征的修改和管理。（3）應(yīng)明確特征之間關(guān)系和特征實(shí)現(xiàn)方法。1.2零件加工與SolidWorks建模命令的關(guān)系大多數(shù)機(jī)械加工是對(duì)毛坯進(jìn)行去除材料的過程，在實(shí)際加工過程中，對(duì)零件常用的加工方法有車、銑、刨、磨、鉆、鏜、攻絲和拉削等。在SolidWorks建模中最常用的特征類型有拉伸、掃描、旋轉(zhuǎn)和放樣。建模命令實(shí)際上是在模擬它所對(duì)應(yīng)的加工方法。表2所示為零件加工方法與建模命令的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由表2可見，實(shí)際加工過程和

6、零件建模是相關(guān)聯(lián)的，每一個(gè)建模步驟都對(duì)應(yīng)一種加工方法。表2零件加工方法與建模命令的對(duì)應(yīng)關(guān)系零件的垃槿命令車削蹤轉(zhuǎn)切除1掃描切除和抄帥切除掃描切除，拉伸切除刨削掃描切黠1拉悼切除鉆削打描切除.拉獵切除和握轉(zhuǎn)切除掃描切除.拉神切餘和庭轉(zhuǎn)切除攻堂掃描切險(xiǎn).液樣齒車加匚拉伸切窿.掃描切除和枚岸E毎零件加工過程實(shí)際上就是通過計(jì)算機(jī)建模命令來模擬它的工藝過程。對(duì)于有的工藝過程，甚至還可以用多種不同建模命令來對(duì)其模擬。因此，可以得出加工方法與建模命令的對(duì)應(yīng)關(guān)系（加工方法為“M”建模命令為“m”）如下：1）M：m=1：1表示：一種建模命令對(duì)應(yīng)一種加工方法。2）M：m=1：n表示：n種建模命令對(duì)應(yīng)一種加工方法。

7、零件三維建模過程實(shí)質(zhì)上是對(duì)零件加工過程進(jìn)行模擬。脫離加工的設(shè)計(jì)建模就沒有實(shí)際加工意義，所以建模命令與加工方法的關(guān)聯(lián)、對(duì)應(yīng)，就是建模命令對(duì)加工方法的抽象描述，零件建模是建立在它的加工基礎(chǔ)上的，若建立的模型無法加工，那它也失去實(shí)際的生產(chǎn)意義。零件加工，首先是從選擇毛坯開始的，而在建模過程中，基本特征的生成，即毛坯的生成，往往被忽視。因此，在造型時(shí)根據(jù)零件的主要結(jié)構(gòu)建立特征草圖，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等建立一個(gè)合理的“毛坯”是零件建模的第一步。建模過程中設(shè)計(jì)意圖的體現(xiàn)使用SolidWorks建立模型的方法有多種多樣，關(guān)鍵問題要看是否正確地表達(dá)了零件的加工信息，將設(shè)計(jì)者思想融入設(shè)計(jì)建模中。SolidWorks

8、零件建模主要通過三種方法體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想與意圖：繪圖平面選擇、添加幾何關(guān)系和尺寸標(biāo)注。在建立任何一個(gè)零件模型前，設(shè)計(jì)者通常要對(duì)零件進(jìn)行分析、規(guī)劃特征和擬定建模步驟。2.1繪圖平面選擇選擇不同繪圖平面體現(xiàn)設(shè)計(jì)者不同的設(shè)計(jì)思想與意圖。在建立模型后，常常需要確定一些重要尺寸，這些尺寸對(duì)零件的安裝定位等起決定性作用，而對(duì)其余尺寸的要求不高。選擇繪圖平面不僅有利于將重要尺寸體現(xiàn)出來，而且還能為后續(xù)零件模型的編輯修改提供方便。如圖1所示，軸肩部分為被加工對(duì)象，可通過三個(gè)繪圖參考平面完成軸肩部分的建模，但是不同的參考基準(zhǔn)卻體現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)意圖。1）選擇參考基準(zhǔn)1為繪圖平面時(shí)，是以圖示零件左端面為基準(zhǔn)。當(dāng)被

9、加丁對(duì)象左端尺寸x發(fā)生變化時(shí)，軸肩部分特征相對(duì)于左端面的距離尺寸X保持不變，但是軸肩部分的寬度（x，-x）會(huì)發(fā)生變化，見圖2a。2）選擇參考基準(zhǔn)2為繪圖平面時(shí)，是以圖示（軸肩部分左端特征的右端面）軸肩部分左端為繪圖基準(zhǔn)。當(dāng)被加工對(duì)象左端尺寸或右端尺寸發(fā)生變化時(shí)，軸肩部分特征相對(duì)于軸肩部分左端面的距離尺寸x保持不變，即保證軸肩部分寬度恒定，見圖2b。3）選擇參考基準(zhǔn)3為繪圖平面時(shí)，是以圖示零件右端面為基準(zhǔn)。保證軸肩部分相對(duì)于右端面的距離x恒定。軸肩部分的寬度會(huì)隨著軸肩部分左端特征的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，見圖2c。圖1被加工對(duì)象參考基準(zhǔn)圖2不同參考基準(zhǔn)體現(xiàn)的設(shè)計(jì)意圖通過圖2a、圖2b和圖2c的比較不

10、難發(fā)現(xiàn)，選擇不同繪圖平面作為參考基準(zhǔn)，可體現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)意圖。因此，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際要求選擇合適的平面作為草圖的繪圖平面。2.2添加幾何關(guān)系通常在草圖中確定一些幾何關(guān)系或輔助幾何元素，可以減少尺寸的重復(fù)標(biāo)注，而且還有利于體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想與意圖。圖3所示為減速器箱體連接螺孔建模中的幾何關(guān)系：添加水平中心線與箱體豎直邊框線中點(diǎn)“重合”的關(guān)系；為了便于裝配和零部件的購(gòu)買，通常盡可能選擇相同的零部件。在設(shè)計(jì)此螺栓連接孔時(shí)，采用相同尺寸，對(duì)于中心線一側(cè)的螺孔，選擇“相等”的幾何關(guān)系；草圖繪制中的“鏡像實(shí)體”，勾選“復(fù)制”選框，選擇豎直中心線為“鏡像點(diǎn)”。鏡像后，中心線兩側(cè)實(shí)體就自覺地添加上相

11、等共線的幾何關(guān)系，最后各螺孔之間的幾何關(guān)系圖3添加幾何關(guān)系體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖2.3尺寸標(biāo)注與實(shí)體關(guān)聯(lián)時(shí)，不同尺寸標(biāo)注方法體現(xiàn)不同設(shè)計(jì)意圖。以減速器某軸為例，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)如圖4所示。為提高零件加工質(zhì)量，應(yīng)該盡可能將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)與安裝基準(zhǔn)重合。圖4減速軸設(shè)計(jì)基準(zhǔn)如圖5所示，對(duì)于零件左端軸肩部分在水平方向上的尺寸，不同標(biāo)注方法表達(dá)不同設(shè)計(jì)意圖。水平中心線表明零件為對(duì)稱（回轉(zhuǎn)）零件；圖5a所示為選擇左端面為基準(zhǔn)，軸肩以左端面作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，軸肩的寬度通過尺寸X、X共同決定；圖5b所示為選擇零件左端面為基準(zhǔn)，確定尺寸x,然后軸肩以尺寸x的右端面作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，軸肩寬度為X圖5c所示為選擇左端面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，確定

12、尺寸x,通過右端面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)確定尺寸X最后通過軸的總長(zhǎng)p間接確定軸肩寬度為p-x-x圖5d所示為以右端面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其余與圖5b類似；圖5e所示為以右端面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其余與圖5a類似。圖5不同的尺寸標(biāo)注體現(xiàn)的不同設(shè)計(jì)意圖裝配體約束關(guān)系與裝配要求體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖在SolidWorks下進(jìn)行裝配體設(shè)計(jì)，實(shí)際上是根據(jù)裝配實(shí)體形狀特點(diǎn)創(chuàng)建實(shí)體模型，并把這些模型按照配合關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，得到裝配體三維實(shí)體模型。裝配體設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)模擬實(shí)際的零件與零件、零件與部件裝配的過程。設(shè)計(jì)者通過采用合理的裝配配合關(guān)系，來體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，表達(dá)設(shè)計(jì)目的。將兩個(gè)或多個(gè)零件模型（或部件）按照一定的約束關(guān)系進(jìn)行安裝并形成產(chǎn)品的裝

13、配體時(shí)，采用不同的約束關(guān)系（配合命令）可達(dá)到不同的裝配效果，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者不同的設(shè)計(jì)意圖。在此以兩個(gè)面的接觸為例，說明不同裝配命令體現(xiàn)不同設(shè)計(jì)意圖的情況。三維軟件在進(jìn)行兩個(gè)平面接觸配合設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇“重合”、“距離”（設(shè)置兩配合面之間的距離為零）。但是兩種不同的裝配命令卻體現(xiàn)著不同的設(shè)計(jì)意圖。例如，減速器軸承與端蓋的配合、軸承內(nèi)圈與軸肩的配合，它們的配合結(jié)果都是使兩個(gè)配合平面接觸，但通常對(duì)減速器軸承與端蓋的配合命令選擇“距離”，并設(shè)置兩配合面之間的距離為零；軸承內(nèi)圈與軸肩的配合命令選擇“重合”。理由如下：1）軸承端蓋用于軸承外圈固定、軸承的防塵和密封。在實(shí)際裝配過程中，往往需要對(duì)端蓋進(jìn)行調(diào)整，比如在其與箱體兩配合面之間加墊片、密封環(huán)和墊圈，在兩接觸面間加入潤(rùn)滑油形成一層油膜等，從而調(diào)整軸承端蓋與軸承外圈的距離、軸承端蓋與箱體的距離，達(dá)到裝配要求，可見，軸承端蓋與箱體之間并不是簡(jiǎn)單的重合，故選擇“平行”和“距離”的配合來達(dá)到軸承端蓋與箱體之間裝配要求。2）