引  言

    在機械產品的設計中標準件所占的比重越來越大，為了避免重復性勞動，建立了多種形式的機械設計標準件庫。標準件庫的建立和使用提高了設計效率和質量，是CAD系統走向實用化的必不可少的環節。從目前使用的情況來看，這些標準件庫主要是根據國際標準或國標（部標、行業標準等），利用編程方式和交互式繪圖方式在二維的情況下實現的，如北京航空航天大學721研究所開發的CAXA電子圖板，它是一個高效、方便、智能化的通用中文設計二維繪圖軟件，擁有參量化國標機械零件圖庫，并且其圖庫管理中的數據編輯功能可輸出、輸入標準件幾何數據，但這種方式建立的標準件庫數據輸入和編程工作量大，而且在使用時還存在消除隱藏線等問題。

    Solidworks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統，是由美國Solidworks公司于1995年11月研制開發的，其價格僅為工作站CAD系統的四分之一。該軟件采用自頂向下的設計方法，可動態模擬裝配過程，它采用基于特征的實體建模，自稱100%的參數化設計和100%的可修改性，同時具有中英文兩種界面可供選擇，其先進的特征樹結構使操作更加簡便和直觀。它具有較好的開發性接口和功能擴充性，并提供特征模板,可以從中引用標準零件和標準特征,但其現有零件較少，且不符合中國國標，為此我們通過將CAXA標準件庫數據輸出轉換為Microsoft Excel文件作為系列零件設計表（Design Table）插入到通過Solidworks建立的三維參數化標準件模型，以設計資料數據處理工作量很小的方式建立了基于微機平臺的三維參數化標準件庫，以適應新的機械產品的設計方式，進一步推進CAD/CAM系統的實用化程度，使產品的設計上一新的臺階。

    1  Solidworks的功能特點

    Solidworks是基于PARASOLID幾何造型核心，采用VC++編程和面向對象的數據庫來開發的。Solidworks具有基于特征的參數化實體造型、NURBS復雜曲面造型、實體與曲面融合、基于約束的裝配造型以及IGES、STEP、VDA-FS、DWG數據交換及世界獨有的特征識別器（Feature works）等一系列先進的三維設計功能及工具，將2D繪圖與3D造型技術融為一體，為PC機上實現CAD/CAM的集成提供了條件。

    Solidworks主要包括以下幾個重要性能特征：

    1)基于特征的參數化實體造型

    用Solidworks的拉伸、旋轉、倒角、抽殼和倒圓等基于特征的三維實體造型工具，能夠方便、快捷地創建任何復雜形狀的實體，而具有參數化特征的實體能夠通過對尺寸的改變來進行編輯，通過在嵌入或插入的 Microsoft Excel 工作表中指定參數的系列零件設計表（Design Table）中簡單地改變它們的尺寸配置，就可以同時完成對一個零件多個尺寸值的修改，從而實現了系列零件尺寸驅動設計和編輯。還可以通過使用代數表達式來定義參數間或尺寸變量間的數學關系。

    2)裝配設計和工程分析

    Solidworks的裝配設計工具能夠采用“自頂而下”或是“自底而上”的方法創建和管理包含成百上千個零部件的裝配和子裝配，利用Solidworks分析工具能進行動態、靜態干涉檢查、計算質量特征，如質心、慣性矩等。

    利用Solidworks的裝配文檔工具，能自動地開發全參數化的零部件的關聯材料明細表。創建爆炸的裝配視圖具有指引線的零部件編號。

    3) 圖紙的全相關性

    Solidworks通過零部件與零部件之間和三維零部件與二維圖紙之間的關聯，智能地連接三維模型和二維圖紙，能自動地生成零部件尺寸、材料明細表（BOM）、具有指引線的零部件編號等技術資料，從而簡化了工程圖紙的生成過程。

    2  三維參數化標準件庫的建庫流程和主要內容

    2.1  建庫流程

    Solidwork環境下的三維標準件庫系統建庫流程如圖1所示，通過Solidworks 建立各幾何尺寸參數名與CAXA標準件數據參量名一致的三維標準件模型，將CAXA輸出的零件幾何尺寸數據轉換為Excel文件作為系列零件設計表插入到標準件模型。再將所建立的各類標準件模型按一定的目錄分門別類地儲存在硬盤某路徑下，將該路徑添加到Solidworks系統選項中添加特征模板瀏覽器的參考路徑中，即可以標準件庫的形式在特征模板中查詢和調用各類標準件。

    2.2  主要內容

    三維參數化標準件庫中的每個標準件元素由三維參數化標準件模型和系列零件設計表組成。三維參數化標準件模型是參照國際標準（DIN或ISO）以及國家標準（GB），利用特征造型技術建立的，在該庫中存儲的并不是帶有唯一幾何數據的實體模型，而是各類由系列零件設計表尺寸驅動的標準件。其主要包括以下內容：

    (1)標準件模型的建立。采用交互方式構造標準件的實體模型，該模型利用特征造型技術中的各種實體模型。模型的各尺寸約束名稱采用與CAXA的標準件一致的尺寸名。

    (2)標準件的幾何約束關系描述。利用共線、垂直、全等、平行、相切、同心、中點、交叉點、重合、對稱等幾何關系（即拓撲關系）來定義標準件的幾何形狀，從而得到標準件的幾何約束關系描述。

    (3)標準件的尺寸變量名。尺寸變量名由字母、數字和特征名組成，例如D@sketch1,L@extrude1等，一旦變量名確定后，在整個使用過程中應前后保持一致。

    (4)標準件的尺寸參數關系描述。利用系列零件設計表或代數表達式來定義標準件的基本尺寸或
基本尺寸之間的參數關系，將尺寸參數（變量）與尺寸之間的對應關系生成一個與標準件模型相聯系的系列零件設計表文件。系列零件設計表文件可以是外部插入的Excel文件也可以是嵌入到標準件模型內部的Excel文件。在這里我們采用外部插入的方式，這樣可以大大減少標準件模型文件尺寸。

    (5)系列零件設計表文件主要存儲標準件的各種參數，這些參數可以通過將CAXA標準件庫數據輸出而獲得，包含了標準件所具備的幾何數據，并將這些特性通過參數文件的形式傳遞給三維標準件模型。當改變系列零件設計表文件中有關尺寸變量的取值時，即改變尺寸配置，通過尺寸驅動處理即可生成一系列大小符合實際尺寸的標準件。也就是說每一類標準件只需建模一次就可以得到完整的標準件系列。

    3  系統構造方法

    利用Solidworks提供的強大的基于特征的參數化實體造型功能生成標準件的模型庫。首先我們生成主特征的二維草圖（sketch），由草圖經過拉伸、旋轉和掃描生成標準件的主特征即基體，然后再在基體上加上其它一些輔助特征，如孔、倒角等,最終建立三維標準件庫，圖2表示了標準件-螺栓的模型的生成過程。

    3.1  標準件的幾何約束關系

    Solidworks提供了多種描述幾何約束關系的方式，如共線、垂直、全等、平行、相切、同心、中點、交叉點、重合、對稱等。在建立標準件的三維參數化模型時，一是利用這些關系對生成的二維草圖進行幾何關系約束，圖2(a)中螺栓頭的正六邊形與圓內接，則其幾何約束關系就描述為正六邊形的六條邊與圓相切；二是在三維狀態下可利用這些約束關系，得到主特征和輔助特征、輔助特征之間的幾何約束關系，圖2(c)中螺栓頭正六邊體的內接圓柱與螺栓的桿的軸心線重合，我們將其幾何約束關系就描述為螺栓頭與螺栓桿同心。這樣我們可以在不考慮具體尺寸的情況下得到所需要的大致幾何形狀，減少后續尺寸參數的數量，從而簡化標準件圖素模型。

    3.2  標準件的尺寸變量及其系列零件設計表

    在Solidworks中各種尺寸約束可表示為變量、方程式和數字三種形式，模型的各尺寸變量名格式為尺寸名@特征名(或草圖名)，系統默認的尺寸名是按建模順序來命名的，為了與CAXA標準件庫的各類零件的基本尺寸參量名一致，方便數據轉換，我們應在模型的尺寸屬性對話框中將各基本尺寸名改為相應的名稱（如圖3和圖4所示）。再運用Solidworks中的代數表達式功能用基本尺寸變量來表示中間尺寸變量，如螺栓頭倒角為一旋轉切除特征，可以用代數表達式令切除旋轉半徑（圖3中未標出）的尺寸變量等于:

      0.5*e@sketch1*sin(60*180/pi)
     注：Solidworks代數表達式中的角度為弧度，pi為圓周率。

    打開 Microsoft Excel 并生成一個工作表。在工作表的第一列(行標題單元格 A3、A4等)中，輸入您想要生成的配置名稱。本例以螺栓的公稱直徑為配置名，保留單元格A2為空白。在工作表的第一行(列標題單元格B2、C2等)中，輸入我們要控制的螺栓各基本尺寸變量名，再將圖4中輸出的尺寸數據通過Excel的數據導入功能輸入到該工作表，以上過程參見圖4及圖5，將該工作表（即系列零件設計表）保存后插入到已建模完畢的螺栓模型文件中，即可得到從M6-M24的一系列螺栓3維零件模型。運用以上方法分別建立各類標準件模型文件后按目錄分類儲存在硬盤上，即可得到標準件庫。在裝配模型中通過Solidworks中的特征模板瀏覽器（如圖6）即可查詢、調用各種標準件，而更改同一類零件的不同配置就可以生成具有不同尺寸的符合國標的三維參數化標準件實體模型。

    4  結  論

    利用Solidworks提供的基于特征的參數化實體造型功能，利用CAXA的數據解決了標準件數據資料由人工輸入、處理工作量巨大的問題，構造了在微機平臺上的三維標準件庫，從而使在微機平臺上進行三維設計時，能直接調用標準件庫中的標準件，避免了重復性勞動，為在微機上實現機械產品三維設計提供了方便。用這種方法建立的標準件庫，其生成的三維模型和二維圖形之間是相互關聯的，實現了設計上的一致性。并且該建庫方法不需運用編程二次開發的方法，建庫周期短，易于掌握。