本文探討了Solidworks系列零件功能建立教學(xué)模型的相關(guān)方法。

　　0引言

　　在工程制圖的教學(xué)中，相貫體、截切體是工程形體常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，這些工程形體對(duì)于剛接觸專業(yè)的學(xué)生來(lái)講非常難于理解，為讓學(xué)生能夠直觀地了解這些結(jié)構(gòu)，在教學(xué)模具缺少的情況下可以利用工程設(shè)計(jì)軟件建立三維模具庫(kù)，利用線架圖與視圖的關(guān)系動(dòng)態(tài)模擬，將立體及幾個(gè)方向的視圖展示出來(lái)。在幫助教學(xué)的同時(shí)，還可提高學(xué)生對(duì)將來(lái)使用的設(shè)計(jì)軟件的認(rèn)識(shí)程度。

　　Solidworks是一套基于Windows桌面下的參數(shù)實(shí)體建模自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，有全面的實(shí)體建模功能.還具有建立零件庫(kù)及庫(kù)特征等工具;該軟件已廣泛地運(yùn)用于產(chǎn)品、模具和仿真設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)人員常利用該軟件的系列零件設(shè)計(jì)功能建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、系列零件庫(kù)等。此外，還可以利用此功能建立教學(xué)所需的立體模型，例如顯示相貫、截切等形體構(gòu)成過(guò)程，同時(shí)高效地生成二維圖形，給教學(xué)及學(xué)生的理解帶來(lái)方。由于Solidwork，已廣泛運(yùn)用于企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程制圖的同時(shí)還可了解工具軟件，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

　　1 Solidworks特性

　　Solidworks軟件命令基本與Windows命令相同，圖形菜單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，高度形象化，實(shí)體建模和裝配完全符合自然的三維世界，對(duì)實(shí)體放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作均為透明命令，學(xué)生在實(shí)體建模中就能看懂立體的形成過(guò)程，軟件的掌握也較簡(jiǎn)單。

　　1. 1三維草圖功能

　　Solidworks是一個(gè)基于草圖設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)軟件，除可以創(chuàng)建復(fù)雜的外形草圖，還可將草圖當(dāng)作實(shí)體處理，可以對(duì)創(chuàng)立的草圖進(jìn)行鏡像、陣列、復(fù)制等操作。Solidworks還提供了完善的尺寸標(biāo)注工具，可以對(duì)所有類型的尺寸進(jìn)行標(biāo)注。

　　1.2庫(kù)特征工具

　　庫(kù)特征工具可以重復(fù)使用已有的特征和模型，庫(kù)特征由添加到基本特征的特征組成，可將當(dāng)前零件添加庫(kù)特征后，使當(dāng)前零件具有庫(kù)特征的特點(diǎn)。

　　1. 3系列零件設(shè)計(jì)功能

　　Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒角、抽殼和倒圓等基于特征的三維實(shí)體造型工具，能夠方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實(shí)體，而具有參數(shù)化特征的實(shí)體能夠通過(guò)對(duì)尺寸的改變來(lái)進(jìn)行編輯，通過(guò)在嵌人或插人的Microsoft Excel工作表中指定參數(shù)的系列零件設(shè)計(jì)表(Design Table)中簡(jiǎn)單地改變它們的尺寸配置，就可以同時(shí)完成對(duì)一個(gè)零件多個(gè)尺寸值的修改，從而實(shí)現(xiàn)系列零件尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和編輯。還可以通過(guò)使用代數(shù)表達(dá)式來(lái)定義參數(shù)間或尺寸變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

　　2三維參數(shù)模型庫(kù)的建庫(kù)流程和模型庫(kù)的建立

　　2.1建庫(kù)流程

　　考慮到設(shè)計(jì)中常常需要用到大量標(biāo)準(zhǔn)件，而利用Solidworks的系列零件設(shè)計(jì)功能建立三維模型庫(kù)，設(shè)計(jì)人員便可利用該庫(kù)功能，將結(jié)構(gòu)大體相同而尺寸不同的零件建立為一個(gè)基本形體零件，之后通過(guò)建立系列零件設(shè)計(jì)表而生成結(jié)構(gòu)相同的系列零件，由此，在Solidworks環(huán)境下建立了教學(xué)常用的模型庫(kù)。在工程制圖的教學(xué)中，當(dāng)相貫體的兩相貫尺寸或位置發(fā)生變化時(shí)，相貫體的形式將發(fā)生變化;截切平面位置發(fā)生變化時(shí)，截切體也發(fā)生變化，此時(shí)便可運(yùn)用系列零件設(shè)計(jì)的方法，給出相貫或截切的系列零件表來(lái)改變其幾何形體。Solidworks環(huán)境下的三維模型庫(kù)系統(tǒng)建庫(kù)流程如圖1所示。通過(guò)Solidwork，建立某種立體的默認(rèn)圖形，將模型的對(duì)應(yīng)參數(shù)幾何尺寸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Excel文件，使Excel文件作為"源"文件輸人到已建模型的系列零件設(shè)計(jì)表中，再將所建立的各類模型按一定的目錄分門別類地儲(chǔ)存在硬盤某路徑下，將該路徑添加到Solidworks系統(tǒng)選項(xiàng)中添加特征模板瀏覽器的參考路徑中，即可以于模型庫(kù)中查詢和調(diào)用各類模型。

　　2. 2模型庫(kù)的建立

　　在建立某種形體庫(kù)時(shí)，首先建立該形體的基本的實(shí)體形狀，之后建立系列零件的參數(shù)表，庫(kù)中的每個(gè)模型由三維參數(shù)化模型和系列零件設(shè)計(jì)表組成。三維參數(shù)化模型是利用特征造型技術(shù)建立的，建立的實(shí)體模型便是該庫(kù)中存儲(chǔ)的默認(rèn)實(shí)體模型，而各類由系列模型的設(shè)計(jì)則是由零件系列表的尺寸驅(qū)動(dòng)。

　　2. 2.1默認(rèn)模型的建立

　　Solidworks的草圖功能繪制出所需實(shí)體的草圖，并利用智能尺寸標(biāo)注出相關(guān)尺寸。利用Solidwork:特征工具，經(jīng)過(guò)實(shí)體拉伸、拉伸切除等功能完成基本形體的造型。

　　2. 2. 2建立系列零件參數(shù)裹

　　系列零件參數(shù)表可自動(dòng)生成，也可以來(lái)自源文件，此處通過(guò)建立Excel文件，將所需參數(shù)編輯在Excel文件中，將此文件作為"源"文件插入到Solidwork。環(huán)境中的系列文件中形成系列文件參數(shù)表。參數(shù)表的建立過(guò)程如下:

　　1)模型零件的尺寸變量名:尺寸變量名由字母、數(shù)字和特征名組成，在草圖繪制過(guò)程中零件的尺寸變量名稱在整個(gè)使用過(guò)程中應(yīng)前后保持一致。

　　2)基本尺寸之間的參數(shù)關(guān)系:將尺寸參數(shù)(變量)與實(shí)體之間對(duì)應(yīng)生成一個(gè)相關(guān)聯(lián)的關(guān)系，這就確定了系列零件設(shè)計(jì)表的基本尺寸參數(shù)關(guān)系。

　　3)打開(kāi)Excel文件:在Solidworks中各種尺寸約束可表示為變量、方程式和數(shù)字三種形式，模型的各尺寸變量名格式為尺寸名@特征名(或草圖名)(如D1@草圖1等)，系統(tǒng)默認(rèn)的尺寸名是按建模順序來(lái)命名的，為便于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)在模型的尺寸屬性對(duì)話框中將各基本尺寸名對(duì)應(yīng)起來(lái)。可利用復(fù)制的方法將對(duì)應(yīng)名稱代號(hào)輸人Excel文件(圖2)，此時(shí)將不同尺寸數(shù)值輸人到對(duì)應(yīng)的尺寸屬性全名對(duì)應(yīng)的列表中，即完成了參數(shù)表的建立。

　　2.2.3系列零件庫(kù)的生成

　　完成了基本實(shí)體造型和參數(shù)表的建立后，再次回到Solidworks系統(tǒng)下，選擇系列零件設(shè)計(jì)功能，將已經(jīng)完成的Excel參數(shù)表添加到系列零件設(shè)計(jì)表中，此時(shí)模型就具備了所有的幾何數(shù)據(jù)，并將這些特性通過(guò)參數(shù)文件的形式傳遞給三維默認(rèn)形體模型。當(dāng)改變系列零件設(shè)計(jì)表文件中有關(guān)尺寸變量的取值時(shí)，即改變尺寸配置和誦討尺寸驅(qū)動(dòng)處理即可生成一系列大小形狀各異的立體模型。也就是說(shuō)每一類模型只需建模一次就可以得到完整的模型系列。

　　3模型建模方法例舉

　　相貫立體模型建模如下(圓柱與圓柱相交):

　　1)建立基本實(shí)體模型

　　利用Solidworks提供的強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型功能生成模型庫(kù)。首先，生成主特征的二維草圖(sketch)如(圖3)，由草圖經(jīng)過(guò)凸臺(tái)拉伸(或旋轉(zhuǎn)、或掃描等功能)生成基本實(shí)體(圖4)，在與基本實(shí)體相垂直的位置再作一次相同的造型，即生成所需的相貫立體的模型造型如(圖5)。深色部分即與主體相交的另一個(gè)圓柱體。

　　2)利用Microsoft Excel文件編寫系列零件參數(shù)表

　　打開(kāi)Microsoft Excel并生成工作表。在工作表的第I列(行標(biāo)題單元格A2,A3等)中，輸人想要生成的配置名稱。本例以相貫體代號(hào)配置名，保存在工作表的第1行中，輸人要控制的形體的基本尺寸變量名，將各種形式的相貫體的尺寸輸人到對(duì)應(yīng)的表格中，按目錄分類儲(chǔ)存在相應(yīng)的文件下，即可得到模型庫(kù)的Key. x1，文件(見(jiàn)圖6)。

　　3)在Solidworks系統(tǒng)下建立系列零件設(shè)計(jì)

　　回到Solidworks系統(tǒng)下，選擇系列零件設(shè)計(jì)表，出現(xiàn)零件設(shè)計(jì)表窗口，打開(kāi)已完成的Key: xls文件，將其插人到模型零件的基本實(shí)體中，已完成的相貫實(shí)體便出現(xiàn)了包括默認(rèn)配置在內(nèi)的五種配置形式。教學(xué)過(guò)程中需要某種形式的模型時(shí)，只需打開(kāi)配置管理器雙擊所需配置，就可顯示出不同配置實(shí)體模型。圖7為雙擊基本配置、"相貫3"、"相貫4"等自動(dòng)生成的不同形式的相貫結(jié)構(gòu)。

　　4典型結(jié)構(gòu)形體模型例舉

　　1)圓柱與圓錐體相貫圖形

　　圓柱與圓錐體相貫時(shí)，當(dāng)圓柱體尺寸改變時(shí)的相貫圖形如圖8所示。

　　2)圓柱體被平面截切圖形

　　圓柱體被平面截切時(shí)，當(dāng)截切立體的平面位置發(fā)生變化時(shí)的圖形如圖9所示。

　　5利用Solidworks建立教學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)

　　以往在教學(xué)中多數(shù)是用二維軟件畫出所需要的圖形，利用Powerpoint來(lái)進(jìn)行課件演示，為了加強(qiáng)立體效果，教師在制作課件時(shí)需要大量的時(shí)間和精力。而利用Solidworks提供的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型功能，教師可以在課堂上用很短的時(shí)間即可進(jìn)行立體的建模，建模過(guò)程只需進(jìn)行草圖繪制、特征造型即完成了簡(jiǎn)單形體的立體實(shí)體造型。在進(jìn)行三維演示時(shí)只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)實(shí)體零件，即可全方位顯示立體的形狀，還可以選擇不同的視圖方向，展示立體的投影效果。因此利用Solidworks建立教學(xué)模型具有簡(jiǎn)單、高效、形象化等特點(diǎn)，大大提高了工作效率和課件的立體效果。

　　Solidworks可以簡(jiǎn)單地生成二維圖紙，只需將已完成的形體拖曳到工程圖紙，便自動(dòng)生成二維圖紙。其本身又具有支持多種數(shù)據(jù)格式的功能，支持IGES/DXF/DWG等二進(jìn)制格式，可成功地與AutoCAD之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此除可生成本身的工程圖外，還可生成普及運(yùn)用的CAD圖形。

　　對(duì)剛接觸工程制圖的學(xué)生來(lái)講，Solidworks由于有形象真實(shí)的立體模型，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生培養(yǎng)三維形狀與相關(guān)位置的空間邏輯思維能力和形象想象思維能力，同時(shí)也在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生對(duì)將來(lái)使用的設(shè)計(jì)軟件有所了解。

　　6結(jié)論

　　將設(shè)計(jì)用軟件運(yùn)用于教學(xué)中，即將軟件高效快捷的功能與教學(xué)工作結(jié)合在一起，可大大提高教學(xué)課件制作的工作效率，避免重復(fù)性勞動(dòng)。用這種方法建立的形體模型庫(kù)，其生成的三維模型和二維圖形之間是相互關(guān)聯(lián)的，學(xué)生較容易理解三維到二維圖形的轉(zhuǎn)換，還可利用隱藏線可見(jiàn)命令顯示相貫線等輪廓線性。該建庫(kù)方法不需運(yùn)用編程二次開(kāi)發(fā)的方法，建庫(kù)周期短，易于掌握。

　　基于Solidworks本身具有的特點(diǎn)，其已被越來(lái)越多的企業(yè)運(yùn)用。其實(shí)，可以根據(jù)教學(xué)的需要，將相關(guān)軟件的運(yùn)用技術(shù)融合在今后的教學(xué)工作中，以提高學(xué)生的實(shí)踐工作能力。然而教學(xué)的改進(jìn)對(duì)教學(xué)條件和師資水平提出了更高要求，因此作為教師來(lái)講，應(yīng)該不斷完善自我，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，尋找出全新高效的教學(xué)途徑和教學(xué)方法，為培養(yǎng)出高素質(zhì)的應(yīng)用型人才作出貢獻(xiàn)。