1．引言
閥門沒計中有時會遇到系列化的問題，比如要求設(shè)計某種型號的閥門，口徑從小到大有若干尺寸，壓力從低到高有若干等級，這便可稱為系列化設(shè)計。
系列化沒計一個重要特點就是種類多，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，此時采用傳統(tǒng)二維設(shè)計方法，只能逐規(guī)格的進(jìn)行設(shè)計，那么可以想象，工作量是巨大的。而傳統(tǒng)二維設(shè)計在這種大工作量的情況下，要保證圖紙的設(shè)計質(zhì)量往往也是很費力的。舉例來說，在AutoCad中，不能采用參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計，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。有時一個尺寸的變化涉及相鄰幾個尺寸，可能會有較大的改動，尺寸標(biāo)注也需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。設(shè)計者往往將精力耗費在這些繁瑣的修改上面，有時還不能保證圖紙尺寸跟設(shè)計尺寸完全準(zhǔn)確對應(yīng)。此外，產(chǎn)品重量計算、有限元分析等功能在設(shè)計時也需要方便有效的執(zhí)行。因此，傳統(tǒng)二維設(shè)計，特別是缺少參數(shù)化驅(qū)動的設(shè)計方法已經(jīng)逐漸不能滿足我們這種系列化設(shè)計的要求。
那么，有沒有一種相對高效快捷的設(shè)計方法或軟件來適應(yīng)這種系列化設(shè)計呢?經(jīng)研究，下文將要介紹的三維設(shè)計軟件SolidWorks便是其中較為理想的一種設(shè)計軟件。
2．SolidWorks及系列零件設(shè)計表
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。SolidWorks提供了基于特征的實體建模功能，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計，可方便的進(jìn)行實時、動態(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，二三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。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)計方面，SolidWorks提供了一種簡單的方法即配置管理，它是一個cad文件，來開發(fā)與管理一組有著不同尺寸、零部件或其他參數(shù)的模型，簡化了設(shè)計的重復(fù)利用與迭代。建立配置的最佳方法就是通過建立系列零件設(shè)計表。系列零件設(shè)計表是一張內(nèi)嵌的exceI表格，用于從一個單獨的零件建立出一個零件系列。表格中的每一行代表一個規(guī)格的零件，每一列代表零件的一個設(shè)計尺寸。通過對表格的操作，可方便地對零件系列尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計及管理。
3．應(yīng)用實例
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)計表在閥門系列化設(shè)計中的應(yīng)用。
3．1 建立實體模型
建模過程簡要介紹如下(括號中為該建模步驟所涉及的尺寸名稱)：
拉伸基體1(閥桿總長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，閥桿頭部長度13)；
基準(zhǔn)面2、拉伸切除2(閥桿尾部直徑d3，閥桿尾部長度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)。
建立好的模型見圖1。
3．2 修改尺寸屬性
本閥桿模型用到的設(shè)計參數(shù)如下：
總長l=233.5； 頭部直徑d=94；
頭部長度l3=56；中部直徑d1=80；
尾部直徑d3=75；尾部長度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設(shè)計時所使用，而在建模過程中使用的尺寸名稱為默認(rèn)值，如第一個步驟中“拉伸基體l”，閥桿總長的默認(rèn)尺寸名稱為“D1@拉伸1”。當(dāng)尺寸較少時，使用此類尺寸名稱未為不可，而當(dāng)尺寸較多時，就需要對尺寸名稱進(jìn)行更改，使得尺寸名稱與我們的設(shè)計時所使用的名稱一致。如將上述閥桿總長名稱“D1@拉伸1”更改為“1@拉伸1”，具體更改過程如下：
在設(shè)計樹視圖中右鍵點擊“注解”，再點擊“顯示特征尺寸”，在拉伸1特征里，右鍵點擊“233.5”尺寸，在彈出項里選擇“屬性…”，此時將彈出一“尺寸屬性”對話框。原名稱為D1”，現(xiàn)更改為“l(fā)”，全名隨之自動改為“l(fā)@拉伸1”。其余尺寸均照此更改，以便與設(shè)計名稱保持一致，對后續(xù)工作有重要幫助。
3．3 建立系列零件設(shè)計表
當(dāng)所有的尺寸更改完成之后，便可建立系列零件設(shè)計表，過程如下：
點擊“插入”菜單中的“系列零件設(shè)計表”，在彈出的屬性中“源”有三個選項，分別為“空白”、“自動生成”和“來自文件”，此處，我們應(yīng)選擇“自動生成”。在“編輯控制”中我們可以選擇“阻止更新系列零件設(shè)計表的模型編輯”，這樣便可保證只能通過設(shè)計表來驅(qū)動模型。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，同時彈出“尺寸”對話框，列出需要添加到設(shè)計表的尺寸名稱。此時可根據(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。而表格中的橫向為零件規(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)計表建立完成。
3．4 進(jìn)行零件系列化設(shè)計
當(dāng)系列零件設(shè)計表建立之后，進(jìn)行零件系列化設(shè)計就很方便。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。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)計表將生成以下配置”，點擊確定即可，此時生成了10”Class600的閥桿。可點擊“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)計其他規(guī)格的閥桿，完成后的配置見圖2。
若要設(shè)計一種新規(guī)格的閥桿，僅需在圖3所示的設(shè)計表中插入一行，并且輸入相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)便可。系統(tǒng)會自動生成模型圖，還可生成對應(yīng)的工程圖，并且可自動進(jìn)行尺寸標(biāo)注。另外，通過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)計中各設(shè)計尺寸的合理性。如需改動，僅需重新輸入尺寸，通過在后續(xù)的分析中不斷對尺寸進(jìn)行修正、優(yōu)化，設(shè)計者便可將精力主要放在設(shè)計上，從而大大提高設(shè)計效率和質(zhì)量。
4．總結(jié)及展望
通過以上實例可以看到，SolidWorks及其系列零件設(shè)計表能較好解決目前閥門系列化設(shè)計存在的問題，如自動化程度低、重復(fù)工作較多、修改繁瑣等等。當(dāng)然，傳統(tǒng)二維設(shè)計也有自己的優(yōu)勢，因此，目前設(shè)計者還應(yīng)將SolidWorks和傳統(tǒng)二維設(shè)計方法緊密結(jié)合起來。下一步工作將對SolidWorks工程圖到AutoCad的無縫導(dǎo)入、零部件之間的尺寸約束、單獨的系列化設(shè)計界面等方面進(jìn)行研究，從而更好地推動閥門系列化設(shè)計。
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