1．引言

閥門沒(méi)計(jì)中有時(shí)會(huì)遇到系列化的問(wèn)題，比如要求設(shè)計(jì)某種型號(hào)的閥門，口徑從小到大有若干尺寸，壓力從低到高有若干等級(jí)，這便可稱為系列化設(shè)計(jì)。

系列化沒(méi)計(jì)一個(gè)重要特點(diǎn)就是種類多，結(jié)構(gòu)相近，重復(fù)工作量大。如果口徑或壓力多達(dá)十幾甚至幾十種，此時(shí)采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法，只能逐規(guī)格的進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么可以想象，工作量是巨大的。而傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)在這種大工作量的情況下，要保證圖紙的設(shè)計(jì)質(zhì)量往往也是很費(fèi)力的。舉例來(lái)說(shuō)，在AutoCad中，不能采用參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，當(dāng)全部圖紙完成后，若某一結(jié)構(gòu)需要修改，需逐規(guī)格的進(jìn)行修改。如果圖紙按比例繪制，修改量更大。有時(shí)一個(gè)尺寸的變化涉及相鄰幾個(gè)尺寸，可能會(huì)有較大的改動(dòng)，尺寸標(biāo)注也需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。設(shè)計(jì)者往往將精力耗費(fèi)在這些繁瑣的修改上面，有時(shí)還不能保證圖紙尺寸跟設(shè)計(jì)尺寸完全準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。此外，產(chǎn)品重量計(jì)算、有限元分析等功能在設(shè)計(jì)時(shí)也需要方便有效的執(zhí)行。因此，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，特別是缺少參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸不能滿足我們這種系列化設(shè)計(jì)的要求。

那么，有沒(méi)有一種相對(duì)高效快捷的設(shè)計(jì)方法或軟件來(lái)適應(yīng)這種系列化設(shè)計(jì)呢?經(jīng)研究，下文將要介紹的三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks便是其中較為理想的一種設(shè)計(jì)軟件。

2．SolidWorks及系列零件設(shè)計(jì)表

SolidWorks是目前主流的三維CAD軟件之一，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)。SolidWorks提供了基于特征的實(shí)體建模功能，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，可方便的進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)修改。Solidworks還提供了生成完整的工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)修改圖紙時(shí)，二三維模型、各個(gè)視圖、裝配體都會(huì)自動(dòng)更新。利用自帶的Cosmos插件，還可方便地進(jìn)行一般有限元分析。

在系列化零件設(shè)計(jì)方面，SolidWorks提供了一種簡(jiǎn)單的方法即配置管理，它是一個(gè)cad文件，來(lái)開(kāi)發(fā)與管理一組有著不同尺寸、零部件或其他參數(shù)的模型，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的重復(fù)利用與迭代。建立配置的最佳方法就是通過(guò)建立系列零件設(shè)計(jì)表。系列零件設(shè)計(jì)表是一張內(nèi)嵌的exceI表格，用于從一個(gè)單獨(dú)的零件建立出一個(gè)零件系列。表格中的每一行代表一個(gè)規(guī)格的零件，每一列代表零件的一個(gè)設(shè)計(jì)尺寸。通過(guò)對(duì)表格的操作，可方便地對(duì)零件系列尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)及管理。

3．應(yīng)用實(shí)例

本節(jié)以8”Class600規(guī)格的全焊接球閥閥桿為例，詳細(xì)介紹SolidWorks(本文軟件版本為SolidWorks OfricePremium 2006)及其系列零件設(shè)計(jì)表在閥門系列化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3．1 建立實(shí)體模型

建模過(guò)程簡(jiǎn)要介紹如下(括號(hào)中為該建模步驟所涉及的尺寸名稱)：

拉伸基體1(閥桿總長(zhǎng)l，閥桿頭部直徑d)；

基準(zhǔn)面1、拉伸切除1(閥桿中部直徑d1，閥桿頭部長(zhǎng)度13)；

基準(zhǔn)面2、拉伸切除2(閥桿尾部直徑d3，閥桿尾部長(zhǎng)度17)；

基準(zhǔn)面3、拉伸切除3(密封槽1的位置14、16及直徑d2)；

基準(zhǔn)面4、拉伸切除4(密封槽2的位置14，15及直徑d2)；

基準(zhǔn)面5、拉伸切除5(閥桿頭插入部分長(zhǎng)度12及寬度w1)；

基準(zhǔn)面6、基本面7、拉伸切除6(鍵槽尺寸11—r1、b及w2)；

螺紋孔1(鍵槽螺孔尺寸M1、h1、h2及c3)；

螺紋孔2(閥桿頭部防靜電孔尺寸c1)；

螺紋孔3(閥桿中部防靜電孔尺寸c2)。

建立好的模型見(jiàn)圖1。

3．2 修改尺寸屬性

本閥桿模型用到的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

總長(zhǎng)l=233.5； 頭部直徑d=94；

頭部長(zhǎng)度l3=56；中部直徑d1=80；

尾部直徑d3=75；尾部長(zhǎng)度l7=94；

密封槽1尺寸：l4=9.5、l6=27、d2=70；

密封槽2尺寸：l4=9.5、l5=20、d2=70；

閥桿頭插入部分尺寸：l2=34、ω1=58；

鍵槽尺寸：l1-r1=79、2*r1=b=22、ω2=66；

鍵槽螺孔尺寸：M1=4、h1=12、h2=16、c3=45；

頭部防靜電孔尺寸c1=16；中部防靜電孔尺寸c2=16。

上述尺寸名稱為我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)所使用，而在建模過(guò)程中使用的尺寸名稱為默認(rèn)值，如第一個(gè)步驟中“拉伸基體l”，閥桿總長(zhǎng)的默認(rèn)尺寸名稱為“D1@拉伸1”。當(dāng)尺寸較少時(shí)，使用此類尺寸名稱未為不可，而當(dāng)尺寸較多時(shí)，就需要對(duì)尺寸名稱進(jìn)行更改，使得尺寸名稱與我們的設(shè)計(jì)時(shí)所使用的名稱一致。如將上述閥桿總長(zhǎng)名稱“D1@拉伸1”更改為“1@拉伸1”，具體更改過(guò)程如下：

在設(shè)計(jì)樹(shù)視圖中右鍵點(diǎn)擊“注解”，再點(diǎn)擊“顯示特征尺寸”，在拉伸1特征里，右鍵點(diǎn)擊“233.5”尺寸，在彈出項(xiàng)里選擇“屬性…”，此時(shí)將彈出一“尺寸屬性”對(duì)話框。原名稱為D1”，現(xiàn)更改為“l(fā)”，全名隨之自動(dòng)改為“l(fā)@拉伸1”。其余尺寸均照此更改，以便與設(shè)計(jì)名稱保持一致，對(duì)后續(xù)工作有重要幫助。

3．3 建立系列零件設(shè)計(jì)表

當(dāng)所有的尺寸更改完成之后，便可建立系列零件設(shè)計(jì)表，過(guò)程如下：

點(diǎn)擊“插入”菜單中的“系列零件設(shè)計(jì)表”，在彈出的屬性中“源”有三個(gè)選項(xiàng)，分別為“空白”、“自動(dòng)生成”和“來(lái)自文件”，此處，我們應(yīng)選擇“自動(dòng)生成”。在“編輯控制”中我們可以選擇“阻止更新系列零件設(shè)計(jì)表的模型編輯”，這樣便可保證只能通過(guò)設(shè)計(jì)表來(lái)驅(qū)動(dòng)模型。其余參數(shù)可保持默認(rèn)。

當(dāng)參數(shù)選好后，單擊“確定”，系統(tǒng)便生成一張內(nèi)嵌的excel表格，同時(shí)彈出“尺寸”對(duì)話框，列出需要添加到設(shè)計(jì)表的尺寸名稱。此時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行尺寸名稱選擇。尺寸選擇之后，可看到這些尺寸出現(xiàn)在excel表格中的列中。而表格中的橫向?yàn)榱慵?guī)格系列，第一行中的數(shù)值即為當(dāng)前規(guī)格的零件尺寸值。至此，系列零件設(shè)計(jì)表建立完成。

3．4 進(jìn)行零件系列化設(shè)計(jì)

當(dāng)系列零件設(shè)計(jì)表建立之后，進(jìn)行零件系列化設(shè)計(jì)就很方便。在第4行第1列輸入規(guī)格10”Class600，表示即將進(jìn)行一新規(guī)格的閥桿設(shè)計(jì)。在隨后各列輸入相應(yīng)尺寸。當(dāng)所有尺寸輸入完畢后，提示“此系列零件設(shè)計(jì)表將生成以下配置”，點(diǎn)擊確定即可，此時(shí)生成了10”Class600的閥桿?？牲c(diǎn)擊“配置管理器”看到當(dāng)前我們所擁有的配置。照此，繼續(xù)設(shè)計(jì)其他規(guī)格的閥桿，完成后的配置見(jiàn)圖2。

若要設(shè)計(jì)一種新規(guī)格的閥桿，僅需在圖3所示的設(shè)計(jì)表中插入一行，并且輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)便可。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成模型圖，還可生成對(duì)應(yīng)的工程圖，并且可自動(dòng)進(jìn)行尺寸標(biāo)注。另外，通過(guò)excel表格將各規(guī)格的尺寸值組織在一起，更容易判斷在系列化設(shè)計(jì)中各設(shè)計(jì)尺寸的合理性。如需改動(dòng)，僅需重新輸入尺寸，通過(guò)在后續(xù)的分析中不斷對(duì)尺寸進(jìn)行修正、優(yōu)化，設(shè)計(jì)者便可將精力主要放在設(shè)計(jì)上，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

4．總結(jié)及展望

通過(guò)以上實(shí)例可以看到，SolidWorks及其系列零件設(shè)計(jì)表能較好解決目前閥門系列化設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，如自動(dòng)化程度低、重復(fù)工作較多、修改繁瑣等等。當(dāng)然，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)也有自己的優(yōu)勢(shì)，因此，目前設(shè)計(jì)者還應(yīng)將SolidWorks和傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法緊密結(jié)合起來(lái)。下一步工作將對(duì)SolidWorks工程圖到AutoCad的無(wú)縫導(dǎo)入、零部件之間的尺寸約束、單獨(dú)的系列化設(shè)計(jì)界面等方面進(jìn)行研究，從而更好地推動(dòng)閥門系列化設(shè)計(jì)。

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