王 蔚，陳明銳

(1.海南職業(yè)技術學院交通與信息學院，海南 海口570216;2.海南大學信息科學技術學院，海南?？?70228)

目前，國內(nèi)外較為流行的 CAD/CAM 軟件［1］有 UG，Pro/Engineer，I-dea、AutoCAD，SolidWorks，CAXA，CATIA等.基于微軟Windows平臺開發(fā)的三維機械計算機輔助設計軟件SolidWorks，由于其建模能力強、使用操作簡單，深得廣大用戶的喜愛.SolidWorks自1993年發(fā)布以來，作為一種世界性的標準化三位實體模型設計系統(tǒng)，已成為3D CAD市場的主流.SolidWorks是典型基于特征的三維機械零部件設計軟件，可以通過形狀特征定義和組合來實現(xiàn)零部件的三維實體設計［2］，借助放樣、掃描和拉伸等操作，以實現(xiàn)不同零部件的實體造型.在使用SolidWorks構(gòu)建模型的過程中包含以下5個方面［3］:1)分析零部件的形體結(jié)構(gòu);2)構(gòu)建零部件基體的特征;3)生成孔的特征;4)陣列特征;5)生成過渡倒角及圓角特征等.

Auto Computer Aided Design(計算機輔助設計)，由美國Autodesk公司開發(fā)，是目前國內(nèi)外最受歡迎的CAD軟件包之一，是目前應用是當今機械設計與制造領域最流行的二維工程繪圖軟件之一，其快捷的圖形繪制功能和強大的圖形編輯功能一直備受工程設計與技術人員的青睞，使其在二維繪圖設計領域里占據(jù)著主導地位［4－5］.

渦輪蝸桿減速機是一種重要的動力傳動裝置，在機械化生產(chǎn)中起著不可替代的作用，借助齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，把電機的原本回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，而且得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu).在當前用于傳動動力和運動的機械中，減速機的應用領域非常地廣泛.筆者以SolidWorks 2008為平臺的減速機三維實體造型設計，充分利用了SolidWorks的三維參數(shù)化設計和AutoCAD的二維繪圖的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，對實現(xiàn)整個產(chǎn)品以及別的類似箱體類的零部件的計算機輔助設計有著很重要的意義.

1 基于SolidWorks的減速機參數(shù)化實體設計

對零部件進行設計時，引入?yún)?shù)化其實就是引入了各種約束形式［6］，用變量的方式表示零部件上各種特征的幾何尺寸形狀和尺寸大小.這樣定義的優(yōu)點是，如果零部件的某個特征變量進行了修改，則零部件其特征的幾何形狀及尺寸，都相應地隨著參數(shù)的改變而變化.在渦輪蝸桿減速機的特征設計中，將特征形態(tài)用參數(shù)化的基本要素來定義，用特征通過體素拼合的方法，構(gòu)造零部件的幾何形狀和幾何大小，使得特征具有可調(diào)整性［7－8］.

在減速機設計時，利用SolidWorks軟件包含的命令，可用于創(chuàng)建零部件的特征和基準特征.減速器零部件除減速器箱體部件和箱蓋部件外，還有如蝸輪、蝸桿軸等的輸入輸出軸系部件，并利用這些零部件的實體模型可以實現(xiàn)動態(tài)仿真.考慮實體造型的完整性，基礎實體特征主要有拉伸凸臺/基體、旋轉(zhuǎn)凸臺/基體等，在基礎實體特征上可添加圓角、倒角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓角陣列、鏡像等放置特征.軟件還包含了很多高級特征選項，主要包括掃描、放樣凸臺/基體及參考幾何體中基準軸、基準面等定位特征，主要是為了處理復雜的幾何形狀.

本文的減速器中零件實體模型主要包括箱體、箱蓋、蝸輪、蝸桿軸、軸承等，利用SolidWorks生成的主要零件實體如圖1所示，分別為上箱體、下箱體、蝸輪和蝸桿.

圖1 減速器主要零件實體模型

為了利用設置的參數(shù)以及繪制出來的渦輪和蝸桿來參數(shù)化生成其他尺寸的渦輪和蝸桿，筆者利用VB對Solidworks進行參數(shù)化設計的二次開發(fā)，設計過程如圖2所示.

圖2 利用VB對Solidworks進行二次開發(fā)的參數(shù)化設計流程

利用程序?qū)崿F(xiàn)零部件參數(shù)化的方法有尺寸驅(qū)動法和程序驅(qū)動法，在實際應用中2種方法的實現(xiàn)的作用是不同的.當處理外形結(jié)構(gòu)相同但尺寸不同的零件時，一般使用尺寸驅(qū)動參數(shù)化方法，其優(yōu)點是運行速度快，效率高.但此方法的缺點是缺乏變型的設計能力，不同的零部件有可能會存在局部結(jié)構(gòu)的差異，這時就需重新建立模型進行其驅(qū)動.對于一些參數(shù)通過尺寸驅(qū)動參數(shù)方法系統(tǒng)也無法處理原本設計變量，且對建模過程有著非常嚴格的要求，必須與零部件的實際參數(shù)相對應的設計變量，而且建模方法須與零部件的設計要求互相吻合.其程序驅(qū)動法參數(shù)化的途徑要根據(jù)指定的值和程序計算出的值作為API對象的函數(shù)變量的值，再按照值繪制出圖形，這就是一個繪圖程序.相對于尺寸驅(qū)動的參數(shù)法，程序驅(qū)動法在理論上可以對所有零部件的參數(shù)化驅(qū)動，對于尺寸驅(qū)動法也無法處理的題目可選擇此方法來解決.由于本文中的蝸輪和蝸桿減速機沒有用到程序驅(qū)動法，不做詳細的介紹，具體可參閱文獻［9］.

利用尺寸驅(qū)動法進行零部件建模時，可以根據(jù)建模的過程而自動創(chuàng)建設計變量，也可給每個變量賦以相對應的名稱，只需要修改其變量的值即可.此過程會被SolidWorks在后臺用VB語言記錄，也就是所謂的錄制宏.在錄制好的宏中，按照具體要求對其VB代碼進行編輯調(diào)試，添加窗體，對窗體進行必要的程序控制，即可形成完整的人機操作界面.最后利用編輯好的宏，制作插件，生成.dll或.exe的文件，通過加載插件即可實現(xiàn)蝸輪和蝸桿的參數(shù)化設計.圖3為生成的制作不同參數(shù)的蝸輪和蝸桿的界面圖.

圖3 制作不同參數(shù)的蝸輪和蝸桿的界面圖

2 基于SolidWorks的減速器的裝配

依據(jù)設計思路對減速器所有的零部件創(chuàng)建完成后，需要將其裝配成一個組合體.在Solidworks裝配文件中，將所有零部件實體一一添加.在添加的過程中，需要注意添加各個2件之間的位置約束(配合)關系，只有正確的關系，才能確保動態(tài)仿真的正確性.在裝配中，還需注意的一個問題就是如何選擇第1個零部件，第1行零部件選定后就可以作為整個裝配體的基礎.在Solidworks軟件中，一般是默認第1個插入的零件為非運動體，在本文減速機中，選擇箱體作為第1個裝配的零部件作為裝配參照體的.在后續(xù)的裝配中，為了制作工作原理仿真的需要，需要給齒輪副添加高級配合—齒輪配合(如圖4所示)，減速器所有零件裝配后結(jié)果如圖5.

圖4 蝸輪蝸桿配合

圖5 減速機裝配模型

裝配過程中，爆炸視圖的產(chǎn)生可以更加直觀和形象地了解配件之間的裝配關系.依據(jù)爆破視圖，可以迅速快捷地完成裝配任務，從而減少設計中的失誤和裝配中的失誤.同時，在實際操作中，也便于工程人員進行組裝制造和后期的維修.Solidworks在裝配環(huán)境中選擇爆炸視圖命令，在彈出的對話框中就可以設置創(chuàng)建裝配體的爆炸視圖，本文生成的減速機的爆炸視圖如圖6所示.

3 基于AutoCAD的工程圖設計

利用Solidworks軟件對減速機的零件進行了實體的參數(shù)化設計和裝配，這一系列設計都是三維模型.但由于傳統(tǒng)技術人員形成的職業(yè)習慣，二維的工程圖紙依然是零部件設計、加工和驗證的重要參考依據(jù)和技術文件.在完成了減速機的三維設計及組裝后，還需要輸出二維的工程圖樣，便以提供后續(xù)的生產(chǎn)、維修等實用.

在Solidworks軟件的圖紙輸出功能中，也具備了二維工程圖紙的輸出能力，其一般是直接將Solid-Works創(chuàng)建的實體零部件按照ANSI/ISO/DIN的標準進行輸出二維工程的圖樣，也可按照依據(jù)個人需要設置輸出圖樣的格式，以完成其尺寸、公差和文本等各項標注.Solidworks軟件的缺點是輸出的圖樣，一旦需要修改，并不容易完成，但可以利用AutoCAD來彌補.AutoCAD是建筑工程設計、機械加工、測繪制圖等方面常用的二維/三維工具，具有的強大的二維制圖和編輯加工功能，可以對工程圖紙進行修改和完善.

圖6 減速機的爆炸視圖

圖7 基于AutoCAD的工程圖輸出流程

在SolidWorks軟件中設置好減速機的視圖表達、標注之后，就可導出DWG與SLDDRW 2種格式的文件［10］.SLDDRW為備用文件，如在后續(xù)的工作中發(fā)現(xiàn)錯誤，將其在SolidWorks中進行調(diào)整，避免再次生成工程圖的重復工作.將SolidWorks轉(zhuǎn)化為AutoCAD需要一個共同格式的轉(zhuǎn)化文件，DWG格式文件即為SolidWorks和AutoCAD的銜接文件，可以在AutoCAD軟件中打開，對二維工程圖就可進行二次加工了.例如，一般相切連接的2個曲面的相切處在制圖表達方案中是絕對沒有線段的，但SolidWorks導出的工程圖中存在線段，這是屬于多余線段.在AutoCAD中可以刪除表達上的多余線段，調(diào)整不同線型、線寬和標注，并且按照國家標注要求對各種線段(如粗實線、點劃線、細實線和波浪線等)來進行相應調(diào)整［11］，其具體流程如圖7所示.

4 結(jié)束語

SolidWorks軟件給減速機設計提供了便捷的參數(shù)化設計平臺，只需對舊模型中的參數(shù)將進行調(diào)整即可得到所要求的新模型，很大程度上提高了設計的效率;AutoCAD提供了完善的圖形繪制和強大的圖形編輯功能，兩者的有效結(jié)合，充分利用了2種設計軟件的特長，兼顧了效率和質(zhì)量的統(tǒng)一，縮短了設計思想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的開發(fā)周期.

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