精讲solidworks系列化零件设计

第8章 系列化零件设计【教学提示】 SolidWorks不仅提供了强大的造型功能，而且提供了实用性很好的产品设计系列化功能，包括方程式和数值连接、配置、系列零件设计表、库特征等。通过方程式和数组连接的方式可以控制特征间的数据关系。通过配置可以在同一个文件中同时反映产品零件的多种特征构成和尺寸规格。采用Excel表格建立系列零件设计表方式反映零件的尺寸规格和特征构成，表中的实例将成为零件中的配置。将建立的特征按照文件库的方式存储，即生成库特征，可以在零件造型中调用。【教学要求】 能够利用方程式和数值关联体现设计意图 熟练掌握手工生成一个零件配置的方法 掌握建立系列化零件设计表的方法及其高级应用技巧 理解Solidworks库特征，能够建立、修改和使用库特征8.1 方程式和数值连接绘制草图时，可以利用“中点”、“相等”等几何关系添加相应的尺寸约束，但有时为了更明确设计意图，在草图中利用这些简单的几何关系往往无法实现。这种情况下，应该使用方程式明确设计意图。8.1.1 尺寸名称SolidWorks是一个全相关的设计软件，对任何一个尺寸的修改都会影响到如装配、工程图等方面。因此，在SolidWorks中每个尺寸都有一个特定的名称。1. 显示尺寸名称选择【工具】【选项】命令，出现【系统选项】对话框，单击【常规】选项，选中【显示尺寸名称】复选框，单击【确定】按钮，如图8-1所示。图8-1 尺寸名称2. 更改尺寸名称(1) 右击“D1”尺寸，在快捷菜单中选择【属性】命令，出现【尺寸属性】对话框，将名称改为“outD”，单击按钮，如图8-2所示。图8-2 更改尺寸名称8.1.2 方程式使用方程式可以对任何特征的草图尺寸或参数进行控制。新建“法兰”零件，如图8-3所示。法兰包括3个特征：基体拉伸、孔、阵列(圆周)。图8-3 “法兰”零件图示零件中的孔是采用阵列形式建立。对于这些孔可能存在下列两种设计意图。(1) 孔的中心线直径与法兰的外径和套筒的内径有如下数学关系：阵列位于法兰的外径和套筒的内径的中间，即65（10030）/2(2) 孔的数量与法兰的外径有如下数学关系：孔阵列的实例数为圆环外径除以16，然后取整，即4int(100/16)【例9-1】添加方程式(1) 打开文件打开“法兰.SLDPRT”(2) 修改尺寸名称 选择【工具】【选项】命令，出现“系统选项”对话框，单击【常规】选项，选中【显示尺寸名称】复选框，单击【确定】按钮。 在 FeatureManager 设计树中右击【注解】，在快捷菜单中选中【显示注解】命令，如图8-4所示。图8-4 显示尺寸 右击“D1”尺寸，在快捷菜单中选择【属性】命令，出现【尺寸属性】对话框，将名称改为“outD”，单击按钮，如图8-5所示。图8-5 更改“D1”尺寸名称 右击“D5”尺寸，在快捷菜单中选择【属性】命令，出现【尺寸属性】对话框，将名称改为“inD”，单击按钮，如图8-6所示。图8-6 更改“D5”尺寸名称 右击“D2”尺寸，在快捷菜单中选择【属性】命令，出现【尺寸属性】对话框，将名称改为“midD”，单击按钮，如图8-7所示。图8-7 更改“D2”尺寸名称(3) 建立方程式 选择下拉菜单【工具】【方程式】命令，出现【方程式】对话框，单击【添加】按钮，出现【添加方程式】对话框，在图形区域单击“midD”尺寸，“D1草图2”被添加“添加方程式”对话框中，单击、按钮，单击“outD”尺寸、单击按钮、单击“inD”尺寸、单击、按钮，如图8-8所示。 图8-8 【添加方程式】对话框 单击【确定】按钮返回【方程式】对话框，方程已经被添加，如图8-10所示，单击【确定】按钮，完成方程式添加。图8-10 【方程式】对话框 按上述方法添加“孔阵列的实例数”方程式，如图8-11所示。图8-11 【编辑方程式】对话框(4) 存盘。8.1.3 连结数值方程式为特征间的数值关系提供了计算方法，如果两个数值间存在“相等”关系，可以使用连结数值方法实现。如图8-4所示的法兰，如果存在这样的设计意图：套筒的内径(inD草图1)套筒高度(D4草图1)存在相等关系。【例9-2】连结数值(1) 打开文件打开“法兰.SLDPRT”。(2) 连结数值 在图形区右击“inD”尺寸，在快捷菜单中选择【连结数值】命令，出现【共享数值】对话框，在【名称】文本框中输入“inD”，如图8-12所示。图8-12 【共享数值】对话框 用同样方法将套筒高度(D4草图1)，也共享成“width”。 数据共享后，两个尺寸具有相同的尺寸名称，因此尺寸值是相同的。修改其中一个值，另一个也同样发生变化。(3) 取消连结右击相应的尺寸，在快捷菜单中选择【解除连结数值】8.2 配置配置可以在单一的文件中对零件或装配体生成多个设计变化。配置提供了简便的方法来开发与管理一组有着不同尺寸、零部件、或其他参数的模型。 要生成一个配置，先指定名称与属性，然后再根据需要来修改模型以生成不同的设计变化。配置的应用：在零件文件中，配置可以生成具有不同尺寸、特征和属性（包括自定义属性）的零件系列。在装配体文件中，配置可以通过压缩零部件来生成简化的设计。使用不同的零部件配置、不同的装配体特征参数、不同的尺寸或配置特定的自定义属性来生成装配体系列。在工程图文档中，可显示在零件和装配体文档中所生成的配置的视图。可以手动建立配置，或者使用系列零件设计表同时建立多个配置。 系列零件设计表提供了一种简便的方法，可在简单易用的工作表中建立和管理配置。可以在零件和装配体文件中使用系列零件设计表，而且可以在工程图中显示系列零件设计表。8.2.1 手动建立配置打开“凸缘模柄.SLDPRG”文件，如图8-13所示。该零件包含三个特征：旋转基体特征、孔和M6 六角凹头螺钉的柱形沉头孔特征。图8-13 “凸缘模柄.SLDPRG”【例9-3】修改尺寸的配置(1) 指定名称与属性 单击窗口顶部的【configurationManager】标签，激活零件的配置管理。 右击“凸缘模柄配置”，在快捷菜单中选择【添加配置】命令，出现添加配置属性管理器，在【配置名称】文本框内输入“A40X85”，在【备注】文本框内输入“模柄d=40mm、H=85mm”，单击【确定】按钮，如图8-14所示。 图8-14指定名称与属性(2) 修改尺寸 在图形区域双击旋转基体特征，并双击显示的尺寸“30mm”，在【修改】对话框中将尺寸改为40mm，选择【此配置】，只对该配置修改尺寸，单击【重新建模】按钮，单击按钮，如图8-15所示。图8-15 修改尺寸 按同样的方法修改高度尺寸64mm为80mm，75mm为85mm。(3) 显示配置单击【configurationManager】按钮，进入配置管理状态，分别双击各配置，观察模型变化，如图8-16所示。 a) 默认配置 b) “A40X85”图8-16 模型变化情况 【例9-4】压缩特征的配置(1) 指定名称与属性 单击窗口顶部的【configurationManage】标签，激活零件的配置管理。 右击“凸缘模柄配置”，在快捷菜单中选择【添加配置】命令，出现添加配置属性管理器，在【配置名称】文本框内输入“A型凸缘模柄”，在【备注】文本框内输入“无通孔”，单击【确定】按钮，如图8-17所示。 图8-17 指定名称与属性(2) 压缩特征 单击窗口顶部的【configurationManage】标签，在FeatureManager 设计树中右击“孔1”，从快捷菜单中选择【压缩】命令，压缩特征“孔1”，如图8-18所示。图8-18 压缩孔特征 按同样方法压缩“M6 六角头螺栓的柱形沉头孔”，如图8-19所示。图8-19 压缩M6 六角头螺栓的柱形沉头孔特征(3) 显示配置单击【configurationManage】按钮，进入配置管理状态，分别双击各配置，观察模型变化，如图8-20所示。 a) 默认配置 b) “A型凸缘模柄”图8-20 模型变化情况 8.2.2 管理配置对零件配置的管理包括定义配置的高级属性、显示配置和删除配置。【例9-5】管理配置实例。(1) 指定材料明细表中使用零件文件的名称在【配置管理】中，右击“A40X85”，从快捷菜单中选择【属性】命令，出现【配置属性】属性管理器，在“材料明细表选项”中，可选择使用零件文件的名称，也可指定其它名称，如图8-21所示。图8-21指定材料明细表中使用零件文件的名称(2) 定义配置的自定义属性单击【自定义属性】按钮，可以定义配置的自定义属性，如图8-22所示。 图8-22 自定义属性(3) 删除配置在【配置管理】中，右击“A40X85”，从快捷菜单中选择【删除】命令，即可以删除该配置。8.3 系列零件设计表当系列零件很多的时候（如标准件库），可以利用Microsoft Excel软件定义Excel表对配置进行驱动，自动生成配置。【例9-6】建立“压入式模柄”标准件库，如图8-23所示。a) A型 b) B型 图8-23 压入式模柄8.3.1 默认零件设计利用国家标准GB2862.1-90的“压入式模柄”系列为例说明建立标准件库的过程。(1) 新建文件单击【新建】按钮，新建一个零件文件。(2) 建立默认配置 在 FeatureManager 设计树中选择“前视基准面”，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，并按国标改变尺寸名称，如图8-24所示。图8-24 草图 单击【特征】工具栏上的【旋转凸台/基体】按钮，出现【旋转】属性管理器，在【旋转类型】下拉列表框内选择【单向】选项，在【角度】文本框内输入“360”，单击【确定】按钮，如图8-25所示。 图8-25 【旋转凸台/基体】 选择模柄上端面圆点为插入点，选择【插入】【特征】【孔】【简单直孔】命令，出现【孔】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【完全贯穿】选项，在【孔直径】文本框内输入“11mm”，如图8-26所示，单击【确定】按钮。 图8-26 “简单直孔”特征(3) 存盘8.3.2 新建系列零件设计表(1) 新建Excel文件 打开Microsoft Excel系统，新建一个Excel文件，存盘为“压入式模柄.xls”。在A列中输入“规格”，“A20X68”，“B20X68”，“A20X73”，等规格。在单元格B1输入“$属性零件代号”，单元格C1输入“$属性材料”，单元格D1输入“$属性备注”, 单元格E1输入“$状态孔1”。 切换到Solidworks环境中，双击特征管理器中的【旋转1】，使旋转特征的草图尺寸和特征尺寸显示在视图中，右击“d”尺寸，从快捷菜单中选择【属性】命令，出现【属性】对话框，如图8-27所示。 图8-27 “属性”对话框 选取全名“d草图1”，按，切换到Excel文件，选择“F1”单元格，按，将全名复制到“F1”单元格中。按同样办法，将各特征参数输入“压入式模柄.xls”，按国标输入相应参数值，如图8-28所示，存盘。图8-27 Excel文件(2) 插入系列零件设计表选择【插入】【系列零件设计表】命令，出现【系列零件设计表】属性管理器。选择【来自文件】按钮，单击【浏览】按钮，出现【打开】对话框。选择“凸缘模柄.xls”，单击【打开】按钮，单击【确定】按钮。在绘图区出现Excel工作表。在Excel表以外的区域，单击鼠标，退出Excel编辑，系统提示生成的系列零件的数量和名称，单击【确定】按钮，如图8-28所示。图8-28“系列零件设计表”属性管理器(3) 显示配置单击【configurationManage】按钮，进入配置管理状态，分别双击各配置，观察模型变化，如图8-29所示。 a) A型 b) B型图8-29 模型变化情况 8.4库特征设计库中的“Features”文件包含了添加到设计库中库特征文件，在零件中插入库特征时，可直接将特征复制到零件上，可以选择是否将库特征与文件保持链接。8.4.1 建立库特征建立库特征时，要有一个包含库特征的基础特征。在基础特征之上建立切除和凸台，并将切除和凸台作为库特征的一部分。【例9-7】建立轴孔库特征(1) 新建文件夹右击“features”文件夹，在快捷菜单选择【新文件夹】命名，建立新文件夹，命名为“myFeatures”，如图8-30所示。图8-30 新建文件夹(2) 新建零件单击【新建】按钮，新建一个零件文件。(3) 新建基体建立一个100X100X10mm的拉伸凸台，如图8-31所示，这个凸台将作为库特征的基体特征。图8-31 库特征基体(4) 建立“六角孔”选择上端面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，单击【特征】工具栏上的【拉伸切除】按钮，出现【切除-拉伸】属性管理器，在【开始条件】下拉列表框内选择【草图基准面】选项，在【终止条件】下拉列表框内选择【给点深度】选项，在【深度】文本框中输入10mm，如图8-32所示，单击【确定】按钮。 图8-32建立“六角孔”(5) 建立库特征“keyhole”在 FeatureManager 设计树中选择“拉伸-切除1”，将其拖到“myFeatures”文件夹中，出现【另存为】对话框，在【名称】文本框中输入“hexagram”作为库特征名称，单击【确定】按钮，如图8-33所示。图8-33建立库特征“keyhole”(6) 打开库特征在库中右击“hexagram”，在快捷菜单中选择【打开】命令，打开库特征。(7) 重命名尺寸名称默认的尺寸名称并不能明确说明尺寸的含义。根据每个尺寸的用途修改尺寸的名称，如图8-44所示。 图8-44 修改尺寸名称(8) 库特征尺寸分类根据库特征尺寸的不同，可以归类为不同的文件夹。内部尺寸：插入特征时，“内部尺寸”文件夹的尺寸不出现在【大小尺寸】选项组，从而可以避免尺寸被修改。找出尺寸：插入特征时，“找出尺寸”文件夹的尺寸出现在【大小尺寸】选项组，可以修改尺寸。其他尺寸：位于“尺寸”文件夹而又不属于上述两个子文件夹中尺寸，在插入特征过程中可以修改。将尺寸Top_edge草图2和Lfte_edge草图2拖放到“找出尺寸” 文件夹中，将“angle草图2”拖放到“内部尺寸” 文件夹中”如图8-45所示。图8-45 尺寸归类(9) 保存并关闭库特征文件。8.4.2 使用库特征从设计库中拖放特征到激活零件的平面基准、曲面或参考平面上，可以把库特征添加到文件上形成特征。库特征中包含的参考关系用于定位和完全定义特征的草图。【例9-7】使用六角孔库特征(1) 打开文件打开“底版.sldprt”，如图8-46所示。图8-46 “底板.sldprt”(2) 拖放特征拖放“keyhole”特征到零件的顶平面上，如图8-47所示。 图8-47拖放特征(3) 参考选择两边线为基准，如图8-48所示。图8-48选择原点为定位点(4) 定位尺寸选择定位尺寸“Top_edge”，将其改为“20mm”，选择定位尺寸“Left_edge”，将其改为“30mm”，如图8-49所示。图8-49 定位尺寸(5) 大小尺寸展开【大小尺寸】，选中【覆盖尺寸数值】复选框，选择尺寸“depth”，将其改为“8mm”，选择尺寸“width”，将其改为“30mm”，如图8-50所示。图8-50大小尺寸(6) 完成插入单击【确定】按钮，如图8-51所示。图8-51 完成插入(7) 解散库特征插入到零件中的库特征文件以文件夹的形式出现，但可以解除该文件夹而只保留单独的特征和草图。解除库特征将同时断开与库特征的连接。在 FeatureManager 设计树中右击“hexagram”特征，从快捷菜单中选择【解散库特征】命令，如图8-52所示，零件的FeatureManager 设计树中只保留了库特征中包含的特征。图8-52解散库特征(8) 存盘8.5 小结本章首先介绍了体现设计意图的工具方程式和数值连接。重点讲解了配置，合理地使用配置，对零件系列、产品系列开发与管理有非常重要的意义。配置为产品设计提供了快速有效的设计方法，最大限度地减少了重复设计。同时，由于对配置的操作是在同以文档下进行的，各配置间具有相关性，大大减少了设计的错误。库特征是由常用的特征或几个特征组合成的整体，它可以直接插入到其他零件中。为零件设计提供了一个快捷的方法。8.6 习题8.6.1 填空题(1) 使用方程式可以对任何特征的 或 进行控制。(2) 方程式为特征间的数值关系提供了计算方法，如果两个数值间存在“相等”关系，可以使用 方法实现。(3) 在零件文件中，配置可以生成具有不同 、 和 的零件系列。(4) 建立库特征时，要有一个包含库特征的 。在 之上建立切除和凸台，并将切除和凸台作为库特征的一部分。8.6.2 选择题(1) 在系列零件设计表中，哪个是无效的表头 。(A)$备注 (B) $属性 (C)$零件号 (D)$用户注释(2) 当系列零件很多的时候（如标准件库），可以利用 对配置进行驱动，自动生成配置。(A)记事本 (B) Excel文件 (C)Word文件 (D)Accese数据库(3) 在库特征尺寸分类中， 文件夹的尺寸出现在【大小尺寸】选项组，可以修改尺寸。 (A) 内部尺寸 (B) 找出尺寸 (C) 其他尺寸 (4) 如果尺寸是零件系列表驱动的，能在视觉上区分它们？(A) 不，它们看起来一样 (B) 可以，它们有个X符号(C) 可以，它们的颜色不同8.6.3 判断题(1) SolidWorks可以用系列表来生成系列零件，对于装配体，不可以用系列表格来生成不同规格的装配体。(2) 在设计库可以存放装配体。(3) 在零件中插入库特征时，可直接将特征复制到零件上。(4) 在尺寸属性的名称定义中区分大小写。(5) 表格驱动的阵列是由系列零件设计表控制的。(6) SolidWorks的方程式的写法类似于VB或者VBA。如COS(60)，要写成“cos(60*pi/180)”。8.6.4 简答题(1) 结合具体产品，简要说明配置的作用。(2) 在什么情况下应该使用系列零件设计表？(3) 在方程式的哪一侧放置驱动尺寸？(4) 对于方程式左侧的尺寸，可以改变它的数值吗？8.6.5 上机题1. 完成凸缘模柄（GB2862.3-90）设计，如图8-53所示。标注示例： 公称直径d=40mm，D85mm的凸缘模柄 模柄A40X85 GB2862.3-90图8-53 习题12. 完成圆柱头卸料螺钉（GB2867.5-90）设计，如图8-54所示。标注示例： 公称直径d=10mm，L48mm的圆柱头卸料螺钉 卸料螺钉10X48 GB2867.5-90图8-54 习题23. 完成中间导柱下模座（GB2855.10-90）设计，如图8-55所示。标注示例： 凹模周界 L=250mm，B200mm，厚度H60mm，的中间导柱下模座 下模座250X200X60 GB2855.10-90图8-55 习题3