本文探討研究了農(nóng)業(yè)機(jī)械的Solidworks變量化設(shè)計(jì)方法相關(guān)內(nèi)容。

　　0引言

　　農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作對(duì)象是土壤和作物等因素，其特點(diǎn)是種類(lèi)繁多、作業(yè)復(fù)雜、工作環(huán)境較差、制造工藝要求高，因而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)一般要在圖紙上完成方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，再試制樣機(jī)，然后進(jìn)行多點(diǎn)重復(fù)的田間試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果反饋到圖紙上進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。此法經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)試驗(yàn)和對(duì)樣機(jī)的修改設(shè)計(jì)才能得到較滿(mǎn)意的機(jī)型。這種方法存在以下缺點(diǎn):在修改設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)時(shí)，需要花大量的時(shí)間和精力手工繪圖，設(shè)計(jì)手段落后、設(shè)計(jì)效率低;圖形表達(dá)不直觀，在制造之前無(wú)法看到零部件三維形狀，許多問(wèn)題只有在制造出產(chǎn)品后才能發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)已廣泛應(yīng)用干機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。CAD技術(shù)在經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計(jì)、三維線框模型設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)、自由曲面造型設(shè)計(jì)、參數(shù)化特征造型等發(fā)展過(guò)程后，近幾年來(lái)又發(fā)展到了更高層次的變量化技術(shù)。變量化設(shè)計(jì)以變量為橋梁，將設(shè)計(jì)計(jì)算與三維模型設(shè)計(jì)有機(jī)地融合在一起，成為了目前三維CAD技術(shù)的重要發(fā)展方向。其主要應(yīng)用有:變量化造型和變量化裝配等。本文將變量化設(shè)計(jì)技術(shù)與SolidWorks相結(jié)合，提出了農(nóng)業(yè)機(jī)械變量化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。

　　1 SolidWorks簡(jiǎn)介

　　SolidWorks是基于Windows的CAD/CAE/CAM桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)SolidWork:公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維CAD軟件，于1995年11月研制成功。SolidWork。一貫倡導(dǎo)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的"功能強(qiáng)大""易用性"和"高效性"。使用SolidWorks進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員不僅能夠體會(huì)到SolidWorks強(qiáng)大的建模能力、裝配能力以及靈活的工程圖操作，而且可以感受到SolidWorks設(shè)計(jì)時(shí)所帶來(lái)的輕松和效率。SolidWorks可直接以參數(shù)化、變量化、三維概念進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性。SolidWorks的設(shè)計(jì)輸出是"所見(jiàn)即所得"的三維實(shí)體模型，可非常直觀地表現(xiàn)產(chǎn)品的實(shí)際情況。SolidWorks還可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配，進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證、運(yùn)動(dòng)分析，從而提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。SolidWorks的零件、裝配體、工程圖的全相關(guān)性，可大大減輕設(shè)計(jì)修改的工作量，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。SolidWorks還提供了幾百個(gè)API(應(yīng)用程序接口)函數(shù)，這些API函數(shù)是SolidWorks的OLE(對(duì)象的嵌人與鏈接)或COM(組件對(duì)象模型)接口，用戶(hù)可以使用VB /VBA/VC / Delphi等高級(jí)語(yǔ)言對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，借助于SolidWorks本身豐富的數(shù)據(jù)接口在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面進(jìn)行產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)測(cè)試、仿真分析和快速制造，可大幅度縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

　　2變量化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

　　變量化設(shè)計(jì)技術(shù)是在參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指對(duì)零件特征施加各種約束形式，該特征的幾何形狀與尺寸大小用參數(shù)的方式進(jìn)行表示。這個(gè)參數(shù)不僅可以是常數(shù)，也可以是某種代數(shù)式。當(dāng)設(shè)計(jì)人員改動(dòng)圖形的部分尺寸或修改已定義好的零件參數(shù)時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)。參數(shù)化造型與特征技術(shù)為機(jī)械CAD / CAM技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化。美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司(PTC)推出的PRO/E系統(tǒng)是參數(shù)化CAD軟件的代表，在其推動(dòng)下，20世紀(jì)90年代初，國(guó)際上許多著名的CAD軟件都具備了參數(shù)化功能，如UG, I-DES, Catia, Solid Edge,SolidWorks等。參數(shù)化設(shè)計(jì)在技術(shù)上使用"順序方法"對(duì)約束求解，以達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法用一種過(guò)程性的方式來(lái)表達(dá)幾何元素的尺寸和位置，參數(shù)化造型記錄建模過(guò)程、捕捉設(shè)計(jì)意圖以及使用到的各種參數(shù)，整個(gè)記錄過(guò)程按照順序化的次序。同時(shí)，其利用一系列定義好的參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行順序計(jì)算。參數(shù)化建模的優(yōu)勢(shì)在于速度非常快，缺點(diǎn)是用戶(hù)必須提供集合元素的全部尺寸與位置信息，然后才能定義下一個(gè)元素。

　　變量化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)對(duì)象視為一個(gè)幾何約束系統(tǒng)，這個(gè)幾何約束系統(tǒng)由各種幾何元素以及作用于這些幾何元素之間的各種約束關(guān)系構(gòu)成。變量化設(shè)計(jì)是以特征造型為基礎(chǔ)，將相關(guān)變量鏈接，并形成若干個(gè)關(guān)鍵變量值，以驅(qū)動(dòng)整個(gè)CA。模型。通過(guò)改變關(guān)鍵變量值，完成模型的更新，從而達(dá)到快速完成設(shè)計(jì)的目的。變量化設(shè)計(jì)以美國(guó)EDS公司I-DES為代表。變量化設(shè)計(jì)技術(shù)仍在不斷發(fā)展，基于特征造型和變量驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法將是CAD技術(shù)的前途所在。變量化設(shè)計(jì)允許對(duì)零件進(jìn)行反復(fù)的編輯，設(shè)計(jì)者可以試探不同的設(shè)計(jì)方案或者生成不同的零件，從中獲取滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品。對(duì)零件的編輯可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變其中的關(guān)系、數(shù)值來(lái)完成。變量化設(shè)計(jì)比參數(shù)化設(shè)計(jì)具有更大的自由度，可以充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力和想象力，是CAD技術(shù)的又一次飛躍。以圖1所示裝配體為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明變量化設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　變量化設(shè)計(jì)時(shí)，定義若干個(gè)關(guān)鍵變量，其它變量通過(guò)一定的函數(shù)建立與關(guān)鍵變量的關(guān)系。關(guān)鍵變量修改后，其它相關(guān)變量重新計(jì)算，生成新的變量。圖1所示裝配體由零件"圓筒"和"銷(xiāo)釘"組成，將圓筒的"內(nèi)孔直徑"設(shè)置為關(guān)鍵變量，銷(xiāo)釘?shù)?圓柱直徑"設(shè)置為"圓筒內(nèi)孔直徑-1"。當(dāng)圓筒"內(nèi)孔直徑"改變時(shí)，銷(xiāo)釘?shù)?圓柱直徑"將隨其改變。

　　3變量化設(shè)計(jì)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)方法

　　在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，涉及到大量的產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)等，以SolidWorks為例，提出基于SolidWorks的變量化設(shè)計(jì)方法。

　　1)利用SolidWorks的方程式實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)。在SolidWorks的工具欄中提供一個(gè)可供用戶(hù)操作的方程式，使用方程式可以給任何特征的草圖尺寸或參數(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)。如圖1所示的裝配體，假設(shè)圓筒的"外徑"為"內(nèi)孔直徑+6"，銷(xiāo)釘?shù)?圓柱直徑"為"內(nèi)孔直徑-1"。在SolidWorks中的變量化設(shè)計(jì)過(guò)程為:一是三維實(shí)體建模。利用SolidWorks的三維繪圖功能.實(shí)現(xiàn)零件的三維實(shí)體建模，如圖1所示。由于采用變量化功能設(shè)計(jì)模型.只需按常規(guī)方法繪制出零件模型，其尺寸不需要準(zhǔn)確無(wú)誤。二是標(biāo)注尺寸添加方程式。對(duì)草圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注，添加如圖2所示的方程式進(jìn)行變量化設(shè)計(jì)。三是重建模型。改變圓筒的"內(nèi)孔直徑"，單擊"重建模型"(所有的方程式在整個(gè)幾何重建之前先全部求解出來(lái))，就可以得到不同尺寸的新模型。

　　在SolidWorks中應(yīng)用方程式實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)，用戶(hù)無(wú)需編程，直接在方程式列表中添加約束方程式就可以控制零件模型的形狀和尺寸，既簡(jiǎn)單又方便;但是，該方法一般用于變量的數(shù)量較少，且各變量及尺寸之間的關(guān)系較為簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，對(duì)于復(fù)雜的圖形該方法較難處理。

　　2)通過(guò)SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)。通過(guò)SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)接口，將零件模型的結(jié)構(gòu)和尺寸全部附以變量的形式，由程序控制零件模型的設(shè)計(jì)計(jì)算和特征構(gòu)建。程序設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮零件尺寸的大小，全部用變量表示，最后通過(guò)一個(gè)用戶(hù)界面獲得用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)，由程序驅(qū)動(dòng)SolidWorks得到所需的三維模型。下面以VB6. 0二次開(kāi)發(fā)SolidWorks為例，介紹變量化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

　　啟動(dòng)VB6. 0，打開(kāi)"引用"對(duì)話(huà)框，選中"SolidWorks OLE Automation 1. 0 type library"，完成SolidWorks對(duì)象的引用。通過(guò)"對(duì)象瀏覽器"可方便地查閱到SolidWorks對(duì)象所有成員及其語(yǔ)法格式，然后就可以象調(diào)用VB自己的對(duì)象一樣調(diào)用SolidWorks所提供的對(duì)象。首先定義對(duì)象變量如:Dim swApp As Object, Part As Object，通過(guò)Set swApp=Create0bject( "Sldworks. Application")引用SolidWorks對(duì)象，Set Part=swap .ActiveDoc激活文件，Set Part=swApp. NewDocument()新建文件，Part. InsertSketch True激活草圖繪制，然后使用畫(huà)圓對(duì)象Model. CreateCircleVB完成圓的繪制，使用拉伸實(shí)體特征Model.FeatureExtrusion完成圓的拉伸，即可獲得圖3所示設(shè)計(jì)。改變圓筒內(nèi)徑，可獲得新模型。

　　采用SolidWorks二次開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，是一種完全的變量化設(shè)計(jì)，一個(gè)應(yīng)用程序可以生成一系列相似的零件，且界面清晰、操作方便;但是由于編程工作量較大，圖形設(shè)計(jì)全由程序驅(qū)動(dòng)，不能充分發(fā)揮SolidWorks強(qiáng)大的繪圖功能。

　　3)將SolidWorks的方程式和二次開(kāi)發(fā)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)變量化設(shè)計(jì)是前兩種方法的綜合運(yùn)用。首先利用SolidWorks的特征造型技術(shù)建立一個(gè)能夠反映同類(lèi)零件所有特征的三維實(shí)體模型，通過(guò)方程式對(duì)圖形施加約束，再利用VB對(duì)SolidWorks二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)程序?qū)?zhí)行以下操作:打開(kāi)三維實(shí)體模型文件，激活實(shí)體，通過(guò)Set Dimension=Part.Paramet-er("D1@草圖1")獲取需編輯尺寸對(duì)象，用Dim-ension. Value從用戶(hù)界面獲取需編輯尺寸的值，最后根據(jù)編輯的尺寸通過(guò)Part.EditRebuild重新生成實(shí)體模型。軸承件變量化設(shè)計(jì)方程式，如圖4所示。軸承件變量化設(shè)計(jì)圖示，如圖5所示。

　　該方法綜合了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，它將復(fù)雜的三維實(shí)體造型交給SolidWorks來(lái)完成，將復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算交給程序來(lái)完成，既可以充分發(fā)揮SolidWorks的功能，又可以減少編程人員的工作量。該方法大大提高了模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)及專(zhuān)用CAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面得到廣泛的應(yīng)用。

　　4結(jié)論

　　變量化設(shè)計(jì)針對(duì)系列化的產(chǎn)品，能夠大幅度提高設(shè)計(jì)效率，降低工作強(qiáng)度、難度、周期，節(jié)約了成本，又能提高設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了管理的可控性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，將SolidWorks與變量化設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，可以充分發(fā)揮SolidWorks的功能，大大提高修改設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品的直觀性，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)裝配，是省時(shí)高效的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的新途徑。