1．引言

閥門沒計中有時會遇到系列化的問題，比如要求設計某種型號的閥門，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計。

系列化沒計一個重要特點就是種類多，結構相近，重復工作量大。如果口徑或壓力多達十幾甚至幾十種，此時采用傳統二維設計方法，只能逐規格的進行設計，那么可以想象，工作量是巨大的。而傳統二維設計在這種大工作量的情況下，要保證圖紙的設計質量往往也是很費力的。舉例來說，在AutoCad中，不能采用參數化驅動設計，當全部圖紙完成后，若某一結構需要修改，需逐規格的進行修改。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，尺寸標注也需進行相應調整。設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計尺寸完全準確對應。此外，產品重量計算、有限元分析等功能在設計時也需要方便有效的執行。因此，傳統二維設計，特別是缺少參數化驅動的設計方法已經逐漸不能滿足我們這種系列化設計的要求。

那么，有沒有一種相對高效快捷的設計方法或軟件來適應這種系列化設計呢?經研究，下文將要介紹的三維設計軟件SolidWorks便是其中較為理想的一種設計軟件。

2．SolidWorks及系列零件設計表

SolidWorks是目前主流的三維CAD軟件之一，功能強大、易學易用和技術創新是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、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現產品的設計，可方便的進行實時、動態修改。Solidworks還提供了生成完整的工程圖的工具。工程圖是全相關的，當修改圖紙時，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，還可方便地進行一般有限元分析。

在系列化零件設計方面，SolidWorks提供了一種簡單的方法即配置管理，它是一個cad文件，來開發與管理一組有著不同尺寸、零部件或其他參數的模型，簡化了設計的重復利用與迭代。建立配置的最佳方法就是通過建立系列零件設計表。系列零件設計表是一張內嵌的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格的零件，每一列代表零件的一個設計尺寸。通過對表格的操作，可方便地對零件系列尺寸數據進行設計及管理。

3．應用實例

本節以8”Class600規格的全焊接球閥閥桿為例，詳細介紹SolidWorks(本文軟件版本為SolidWorks OfricePremium 2006)及其系列零件設計表在閥門系列化設計中的應用。

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)；

基準面1、拉伸切除1(閥桿中部直徑d1，閥桿頭部長度13)；

基準面2、拉伸切除2(閥桿尾部直徑d3，閥桿尾部長度17)；

基準面3、拉伸切除3(密封槽1的位置14、16及直徑d2)；

基準面4、拉伸切除4(密封槽2的位置14，15及直徑d2)；

基準面5、拉伸切除5(閥桿頭插入部分長度12及寬度w1)；

基準面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計參數如下：

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計時所使用，而在建模過程中使用的尺寸名稱為默認值，如第一個步驟中“拉伸基體l”，閥桿總長的默認尺寸名稱為“D1@拉伸1”。當尺寸較少時，使用此類尺寸名稱未為不可，而當尺寸較多時，就需要對尺寸名稱進行更改，使得尺寸名稱與我們的設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”，現更改為“l”，全名隨之自動改為“l@拉伸1”。其余尺寸均照此更改，以便與設計名稱保持一致，對后續工作有重要幫助。

3．3 建立系列零件設計表

當所有的尺寸更改完成之后，便可建立系列零件設計表，過程如下：

點擊“插入”菜單中的“系列零件設計表”，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計表的模型編輯”，這樣便可保證只能通過設計表來驅動模型。其余參數可保持默認。

當參數選好后，單擊“確定”，系統便生成一張內嵌的excel表格，同時彈出“尺寸”對話框，列出需要添加到設計表的尺寸名稱。此時可根據需要進行尺寸名稱選擇。尺寸選擇之后，可看到這些尺寸出現在excel表格中的列中。而表格中的橫向為零件規格系列，第一行中的數值即為當前規格的零件尺寸值。至此，系列零件設計表建立完成。

3．4 進行零件系列化設計

當系列零件設計表建立之后，進行零件系列化設計就很方便。在第4行第1列輸入規格10”Class600，表示即將進行一新規格的閥桿設計。在隨后各列輸入相應尺寸。當所有尺寸輸入完畢后，提示“此系列零件設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”看到當前我們所擁有的配置。照此，繼續設計其他規格的閥桿，完成后的配置見圖2。

若要設計一種新規格的閥桿，僅需在圖3所示的設計表中插入一行，并且輸入相應的設計參數便可。系統會自動生成模型圖，還可生成對應的工程圖，并且可自動進行尺寸標注。另外，通過excel表格將各規格的尺寸值組織在一起，更容易判斷在系列化設計中各設計尺寸的合理性。如需改動，僅需重新輸入尺寸，通過在后續的分析中不斷對尺寸進行修正、優化，設計者便可將精力主要放在設計上，從而大大提高設計效率和質量。

4．總結及展望

通過以上實例可以看到，SolidWorks及其系列零件設計表能較好解決目前閥門系列化設計存在的問題，如自動化程度低、重復工作較多、修改繁瑣等等。當然，傳統二維設計也有自己的優勢，因此，目前設計者還應將SolidWorks和傳統二維設計方法緊密結合起來。下一步工作將對SolidWorks工程圖到AutoCad的無縫導入、零部件之間的尺寸約束、單獨的系列化設計界面等方面進行研究，從而更好地推動閥門系列化設計。

天沃-氣動閥，與您資料共享！