探讨Solidworks系列零件功能建立教学模型的方法

　　本文探讨了Solidworks系列零件功能建立教学模型的相关方法。

　　0引言

　　在工程制图的教学中，相贯体、截切体是工程形体常见的结构，这些工程形体对于刚接触专业的学生来讲非常难于理解，为让学生能够直观地了解这些结构，在教学模具缺少的情况下可以利用工程设计软件建立三维模具库，利用线架图与视图的关系动态模拟，将立体及几个方向的视图展示出来。在帮助教学的同时，还可提高学生对将来使用的设计软件的认识程度。

　　Solidworks是一套基于Windows桌面下的参数实体建模自动化设计软件，有全面的实体建模功能.还具有建立零件库及库特征等工具;该软件已广泛地运用于产品、模具和仿真设计中。设计人员常利用该软件的系列零件设计功能建立标准件库、系列零件库等。此外，还可以利用此功能建立教学所需的立体模型，例如显示相贯、截切等形体构成过程，同时高效地生成二维图形，给教学及学生的理解带来方。由于Solidwork，已广泛运用于企业的产品设计，因此，学生在学习工程制图的同时还可了解工具软件，为以后的工作打下良好的基础。

　　1 Solidworks特性

　　Solidworks软件命令基本与Windows命令相同，图形菜单设计简单明了，高度形象化，实体建模和装配完全符合自然的三维世界，对实体放大、缩小、旋转等操作均为透明命令，学生在实体建模中就能看懂立体的形成过程，软件的掌握也较简单。

　　1. 1三维草图功能

　　Solidworks是一个基于草图设计的三维设计软件，除可以创建复杂的外形草图，还可将草图当作实体处理，可以对创立的草图进行镜像、阵列、复制等操作。Solidworks还提供了完善的尺寸标注工具，可以对所有类型的尺寸进行标注。

　　1.2库特征工具

　　库特征工具可以重复使用已有的特征和模型，库特征由添加到基本特征的特征组成，可将当前零件添加库特征后，使当前零件具有库特征的特点。

　　1. 3系列零件设计功能

　　Solidworks的拉伸、旋转、倒角、抽壳和倒圆等基于特征的三维实体造型工具，能够方便、快捷地创建任何复杂形状的实体，而具有参数化特征的实体能够通过对尺寸的改变来进行编辑，通过在嵌人或插人的Microsoft Excel工作表中指定参数的系列零件设计表(Design Table)中简单地改变它们的尺寸配置，就可以同时完成对一个零件多个尺寸值的修改，从而实现系列零件尺寸驱动设计和编辑。还可以通过使用代数表达式来定义参数间或尺寸变量间的数学关系。

　　2三维参数模型库的建库流程和模型库的建立

　　2.1建库流程

　　考虑到设计中常常需要用到大量标准件，而利用Solidworks的系列零件设计功能建立三维模型库，设计人员便可利用该库功能，将结构大体相同而尺寸不同的零件建立为一个基本形体零件，之后通过建立系列零件设计表而生成结构相同的系列零件，由此，在Solidworks环境下建立了教学常用的模型库。在工程制图的教学中，当相贯体的两相贯尺寸或位置发生变化时，相贯体的形式将发生变化;截切平面位置发生变化时，截切体也发生变化，此时便可运用系列零件设计的方法，给出相贯或截切的系列零件表来改变其几何形体。Solidworks环境下的三维模型库系统建库流程如图1所示。通过Solidwork，建立某种立体的默认图形，将模型的对应参数几何尺寸数据转换为Excel文件，使Excel文件作为"源"文件输人到已建模型的系列零件设计表中，再将所建立的各类模型按一定的目录分门别类地储存在硬盘某路径下，将该路径添加到Solidworks系统选项中添加特征模板浏览器的参考路径中，即可以于模型库中查询和调用各类模型。

　　2. 2模型库的建立

　　在建立某种形体库时，首先建立该形体的基本的实体形状，之后建立系列零件的参数表，库中的每个模型由三维参数化模型和系列零件设计表组成。三维参数化模型是利用特征造型技术建立的，建立的实体模型便是该库中存储的默认实体模型，而各类由系列模型的设计则是由零件系列表的尺寸驱动。

　　2. 2.1默认模型的建立

　　Solidworks的草图功能绘制出所需实体的草图，并利用智能尺寸标注出相关尺寸。利用Solidwork:特征工具，经过实体拉伸、拉伸切除等功能完成基本形体的造型。

　　2. 2. 2建立系列零件参数裹

　　系列零件参数表可自动生成，也可以来自源文件，此处通过建立Excel文件，将所需参数编辑在Excel文件中，将此文件作为"源"文件插入到Solidwork。环境中的系列文件中形成系列文件参数表。参数表的建立过程如下:

　　1)模型零件的尺寸变量名:尺寸变量名由字母、数字和特征名组成，在草图绘制过程中零件的尺寸变量名称在整个使用过程中应前后保持一致。

　　2)基本尺寸之间的参数关系:将尺寸参数(变量)与实体之间对应生成一个相关联的关系，这就确定了系列零件设计表的基本尺寸参数关系。

　　3)打开Excel文件:在Solidworks中各种尺寸约束可表示为变量、方程式和数字三种形式，模型的各尺寸变量名格式为尺寸名@特征名(或草图名)(如D1@草图1等)，系统默认的尺寸名是按建模顺序来命名的，为便于数据转换，应在模型的尺寸属性对话框中将各基本尺寸名对应起来。可利用复制的方法将对应名称代号输人Excel文件(图2)，此时将不同尺寸数值输人到对应的尺寸属性全名对应的列表中，即完成了参数表的建立。

　　2.2.3系列零件库的生成

　　完成了基本实体造型和参数表的建立后，再次回到Solidworks系统下，选择系列零件设计功能，将已经完成的Excel参数表添加到系列零件设计表中，此时模型就具备了所有的几何数据，并将这些特性通过参数文件的形式传递给三维默认形体模型。当改变系列零件设计表文件中有关尺寸变量的取值时，即改变尺寸配置和诵讨尺寸驱动处理即可生成一系列大小形状各异的立体模型。也就是说每一类模型只需建模一次就可以得到完整的模型系列。

　　3模型建模方法例举

　　相贯立体模型建模如下(圆柱与圆柱相交):

　　1)建立基本实体模型

　　利用Solidworks提供的强大的基于特征的参数化实体造型功能生成模型库。首先，生成主特征的二维草图(sketch)如(图3)，由草图经过凸台拉伸(或旋转、或扫描等功能)生成基本实体(图4)，在与基本实体相垂直的位置再作一次相同的造型，即生成所需的相贯立体的模型造型如(图5)。深色部分即与主体相交的另一个圆柱体。

　　2)利用Microsoft Excel文件编写系列零件参数表

　　打开Microsoft Excel并生成工作表。在工作表的第I列(行标题单元格A2,A3等)中，输人想要生成的配置名称。本例以相贯体代号配置名，保存在工作表的第1行中，输人要控制的形体的基本尺寸变量名，将各种形式的相贯体的尺寸输人到对应的表格中，按目录分类储存在相应的文件下，即可得到模型库的Key. x1，文件(见图6)。

　　3)在Solidworks系统下建立系列零件设计

　　回到Solidworks系统下，选择系列零件设计表，出现零件设计表窗口，打开已完成的Key: xls文件，将其插人到模型零件的基本实体中，已完成的相贯实体便出现了包括默认配置在内的五种配置形式。教学过程中需要某种形式的模型时，只需打开配置管理器双击所需配置，就可显示出不同配置实体模型。图7为双击基本配置、"相贯3"、"相贯4"等自动生成的不同形式的相贯结构。

　　4典型结构形体模型例举

　　1)圆柱与圆锥体相贯图形

　　圆柱与圆锥体相贯时，当圆柱体尺寸改变时的相贯图形如图8所示。

　　2)圆柱体被平面截切图形

　　圆柱体被平面截切时，当截切立体的平面位置发生变化时的图形如图9所示。

　　5利用Solidworks建立教学模型的优点

　　以往在教学中多数是用二维软件画出所需要的图形，利用Powerpoint来进行课件演示，为了加强立体效果，教师在制作课件时需要大量的时间和精力。而利用Solidworks提供的基于特征的参数化实体造型功能，教师可以在课堂上用很短的时间即可进行立体的建模，建模过程只需进行草图绘制、特征造型即完成了简单形体的立体实体造型。在进行三维演示时只需用鼠标拖动实体零件，即可全方位显示立体的形状，还可以选择不同的视图方向，展示立体的投影效果。因此利用Solidworks建立教学模型具有简单、高效、形象化等特点，大大提高了工作效率和课件的立体效果。

　　Solidworks可以简单地生成二维图纸，只需将已完成的形体拖曳到工程图纸，便自动生成二维图纸。其本身又具有支持多种数据格式的功能，支持IGES/DXF/DWG等二进制格式，可成功地与AutoCAD之间进行转换，因此除可生成本身的工程图外，还可生成普及运用的CAD图形。

　　对刚接触工程制图的学生来讲，Solidworks由于有形象真实的立体模型，可以激发学生的学习兴趣，帮助学生培养三维形状与相关位置的空间逻辑思维能力和形象想象思维能力，同时也在教学过程中让学生对将来使用的设计软件有所了解。

　　6结论

　　将设计用软件运用于教学中，即将软件高效快捷的功能与教学工作结合在一起，可大大提高教学课件制作的工作效率，避免重复性劳动。用这种方法建立的形体模型库，其生成的三维模型和二维图形之间是相互关联的，学生较容易理解三维到二维图形的转换，还可利用隐藏线可见命令显示相贯线等轮廓线性。该建库方法不需运用编程二次开发的方法，建库周期短，易于掌握。

　　基于Solidworks本身具有的特点，其已被越来越多的企业运用。其实，可以根据教学的需要，将相关软件的运用技术融合在今后的教学工作中，以提高学生的实践工作能力。然而教学的改进对教学条件和师资水平提出了更高要求，因此作为教师来讲，应该不断完善自我，不断总结教学经验，寻找出全新高效的教学途径和教学方法，为培养出高素质的应用型人才作出贡献。