2022年胡庆峰—面向MC的轴套类零件的变型设计方案 .pdf

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1、河南科技学院2009届本科毕业论文 已成为学术界和企业界争先研究的重点。从市场发展总的趋势来看 ,采用大批量生产和按订单研制的市场策略的企业在逐渐减少 ,而追求多品种小批量和大批量定制策略的企业在日益增加。 1997 年底，美国乔治 华盛顿大学的一个专家小组对新兴技术发展作了预测，提出 21 世纪(2001-2030年 的 85 项技术，其中包括大批量定制生产技术。大批量定制是一种根据每一位客户的特殊需求，以大批量生产的效益进行定制产品的生产方式，大批量定制实现了客户的个性化和大批量生产的有机结合1。为了降低产品成本并提高开发速度，企业应最大程度地重用现有资源，但满足客户个性化需求，意味着不能

2、充分地利用企业的现有资源。解决这一矛盾的有效途径是采用变型设计的策略5。变型设计是指在原有零部件或产品模型基础上，通过对它们的参数和尺寸关系的改变，最终形成与原有零部件和产品相似的零部件或产品的设计方法。产品变型设计是基于知识的过程，知识是实施变型设计技术的关键。为了快速响应市场需求，产品变型设计越来越受到产品设计人员的关注9。SolidWorks是一套基于 Windows 的 CAD /CAE / CAM / PDM 桌面集成系统 , 是由美国 SolidWorks公司在总结和继承了大型机械 CAD 软件的基础上, W indow s 环境下实现的第一个机械三维CAD 软件.它全面采用非全约

3、束的特征建模技术 , 其设计过程全相关性 ,可以在设计过程的任何阶段修改设计, 同时牵动相关部分的改变。它还可以动态模拟装配过程进行静态干涉检查、计算质量特征等。它集成了设计、分析、加工和数据管理的整个过程, 具有较好的开发性接口和功能扩充性 , 能轻松实现各种CAD 软件之间的数据转换传送。为了适合特定企业的特定要求, 使SolidWorks 在企业中更有效地发挥作用, SolidWorks还提供了几百个API( 应用程序接口 函数 , 这些API 函数是SolidWorks的 OLE (对象的嵌入与链接 或 COM (组件对象模型 接口, 用户可以使用 VB /VBA /VC /Delph

4、i等高级语言对 SolidWorks进行二次开发 , 建立适合用户需要的、专用的Solidworks功能模块。 SolidWorks是简单易学、技术发展最快、性价比最优的三维CAD 软件, 已被广泛应用于国内外制造业。用户还可以通过软件的设计表功能方便快速的对零件实施变型设计，以适应工业化发展的要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 32 页2 / 32 2 大批量定制概述2.1 大批量定制的概念大批量定制是一种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思想指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术

5、、现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式14。2.2 大批量定制的产生与发展在 20世纪占主导地位的大批量生产方式越来越不适应市场的需求，随着市场竞争的日益加剧和客户需求的多样化、个性化，使得企业在成本、质量、交货期和客户满意度方面面临着越来越大的压力，而能以大批量生产的效率快速向客户提供定制产品的大批量定制生产很好地迎合了市场。大批量定制生产方式兼顾了企业和客户双方的利益，近些年来得到了迅速的发展，正在成为21世纪制造业的主流生产方式。大批量定制技术的实施需要PDM 系统的支持以管理企业目前存在

6、着的大量产品设计和工艺资源，同时管理设计和生产过程中产生的各种信息，通过产品配置和产品族管理来缩短订单产品的通过时间。2.3 面向大批量定制的设计技术大批量定制生产设计技术以客户需求和未来市场需求预测为基础，以产品族设计为核心，根据客户订单从产品族中配置产品满足订单。当接到客户订单时，首先对订单进行分析，确认订单产品是否能够接受。若订单能够接受，则对订单产品进行处理和分解，确定订单产品是属于产品快速组合设计的哪种情况，即直接配置、产品变型设计还是产品全新设计。产品的变型设计是从产品族中配置出相似产品，在相似产品的基础上进行变型设计，可以进行标准化审核，作为产品族的一个产品实例。订单产品设计完成

7、后，能够自动生成产品的模型图，在产品生产以前对产品的各种参数进行分析以减少设计的失误。由于每个部门对产品数据的需求不同，从产品结构中生成不同的BOM 视图供各部门使用。在大批量定制中, 面向大批量定制的设计(design formass custom ization DFMC 是最为关键的环节。 DFMC 不同于传统设计方法 , 它在产品设计中尽可能利用以往的产品信息、利用现成的产品模块和零件 , 设计出满足用户个性化和多样化的新产品。2.3.1 DFMC 中的产品配置设计方法配置是指对被描述在技术文档中或者体现在产品实际使用过程中的产品功精选学习资料 - - - - - - - - - 名师

8、归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 32 页3 / 32 能特性和物理特性进行表示。配置设计是在一个可配置的、包括所有标准构件的模块化产品系统的产品主结构基础上,通过基于Web 的产品配置系统 ,配置客户需求的定制产品。通过对零部件的标准化和规范化,企业内部的零部件数量和种类数减少 ,零件分布日趋合理 ,在定制产品中标准件的比例得到提高,零部件的重用性得到提高 ,从而提高定制效率、保证定制质量、降低定制成本。产品配置就是指依据一定的配置规则、方法和手段完成一个产品所对应的解空间。因此，配置精确程度的提高意味着解的具体化。产品配置的最后结果是完成产品的空间拓扑结构、明确产品各组成

9、部分的构成关系。产品配置的具体内容包括： 1、创建产品 部件）族：族是产品配置的基本部分，可以是一个零件，也可以是一个部件或产品。产品配置逻辑在产品 部件）族上进行定义。2、创建可选参数表：可选参数表包括各个参数及参数间的约束条件。表的列是用户想要限制的参数的可能取值。可选参数表把参数和它们的具体值联系起来，通过可选参数表所建立的约束条件，用户在使用过程中就可以通过只选取一个参数的值而得到多个参数的值。3、创建通用产品结构：用树状形式建立产品所包含的产品 部件）族的结构。生成配置方案：在配置生成器中通过输入一些参数以得到具体的解决方案。包括产品中包含的产品 部件）族及其数量。一个配置方案是对多

10、个产品。产品配置本身并不能实现产品的快速组合设计，它为产品族和客户需求之间建立了联系。产品快速组合设计的真正实现还依赖于产品族的设计以及零部件的变型设计等。2.3.2 DFMC 中的产品变型设计方法许多产品往往在相同的基本功能和结构的基础上作一些适当的变型以满足各种用户的不同的需要 , 其基型就称为典型产品。典型产品往往由企业内部或行业的标准化手册采用母图的形式予以描述。通过一些参数的修改或确定, 由母图可以迅速得到新的产品图。在机器的部件和组件的结构形状已定的情况下, 仅仅使尺寸作或大、或小变动的设计称为变型设计。在进行这种设计之前, 一般先要通过调查研究 , 作好这类产品对象的系列设计。设

11、计时, 设计人员根据已知的条件选择结构形式 , 将产品转化为部件 , 再把复杂部件转化为简单零件, 并完成尺寸计算 , 然后在系列中选择相应的零件尺寸。在这类设计中, 只需要系统地改变尺寸, 而零件和组件仍能重复使用。在设计过程中, 不仅对零件采用变型设计方法, 而且对部件这一级引入变型设计方法也是完全必要的。它的优点是能重复使用结构合理经过实践检验的部件, 减少部件的类别和便于信息处理, 使设计自动化。另外 , 在设计过程中 , 要对各种设计方案进行比较。使用这种变型设计方法, 能提高计算机辅助设计的效率, 减少设计人员的重复设计工作, 满足用户的多样化需求 , 而且进一步为以后的加工合理化

12、提供方便。图1 描述了产品变型设计过程。产品变型设计是快速响应市场需求的有效产品设计方法。企业必须在产品设计和制造过程中尽量重用已有的信息资源，只有这样才能提高设计速度和产品质量，信息资源的重用包括原理、功能、系统结构的重用，还包括设计结果的直接重用，如设计结构、工艺方案等。在进行可变型的工艺规程之前，一定要充分分析所加工零件的相似性，形成个性化的零件族，并根据零件族中零件的结构和参数，设计工艺流程的相关工艺操作参数及其变化范围。同时为了减少产品加工的辅助时间。在产品的设计过程中也要充分考虑到现有加工系统的加工能力，尽量选择加工能力范围内的设计方案，以便充分利用现有资源。产品的变型设计是从产品

13、族中配置出相似产品，在相似产品的基础上进行变型设计，可以进行标准化审核，作为产品族的一个产品实例。订单产品设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 32 页5 / 32 完成后，能够自动生成产品的模型图，在产品生产以前对产品的各种参数进行分析以减少设计的失误15。为了适应大批量定制生产模式的要求，设计部门需要在产品设计原型的基础上进行系列化工作，针对市场需求的多样性，进行产品结构和参数的调整。企业中存在大量相似的零部件，在新设计的零部件中，大部分零部件与已有的零部件结构相似。分析已有相似零部件参数，其目的是减少零部件的可变参数

14、，从而减少工具、夹具类型，简化加工过程。建立零部件模型，通过零部件模型中参数的修改生成新零部件。这样做尽管单个零部件不是最优，但通过减少加工工具、工装装备等，降低了加工成本并简化了管理，从而实现整体的优化。通过分析已有的相似零部件，建立零部件模型，并建立零部件模型的图形，确定零部件模型的可变参数和不变参数，这些参数作为零部件模型的一类信息进行维护，建立零件模型。对零部件进行变型设计时，首先检索零部件主模型，在满足条件的零部件主模型的基础上，通过修改零部件主模型的可变参数，自动生成与零部件主模型相似的零部件图形。生成零部件图形后，设计人员对零部件图形进行检查，如果与设计要求一致，则把零部件保存到

15、设计资源库中，同时对零部件进行分类。若生成的零部件图形与设计要求不一致要重新设计。新生成的零部件与零部件模型共用同一图形文件，只是在图形文件中添加一个配置，其零部件属性保存到图形文件的配置属性中，这样可减少零部件图形文件的数量，从管理的角度便于保证数据的一致性。变型设计允许设计者对产品进行变型设计，使产品向系列化、标准化、组合化发展，有效地控制了产品品种的增加，降低成本，也缩短了产品设计开发周期，提高企业对市场的应变能力。设计人员在对产品进行变型设计前，应明确在满足用户需求的前提下是不是可以使用本企业已有的类似产品替代，这样不仅可以减少零件数目，降低成本，易于管理，而且可以缩短设计周期。只有企

16、业现有产品不能满足用户需求的条件下，才对其进行变型设计，原则上使变化尽可能小。因此对变型零件的设计应该是既提供本企业已生产过的该类产品的类型、结构型式及尺寸的方式，又提供用户自行选择结构型式和输入尺寸数据的方式14。2.3.3 DFMC 中的产品组合设计方法产品组合设计又称产品模块化设计. 一、组合设计的前期工作 : 1 产品的规划根据市场和技术的发展趋势, 对企业的产品发展战略进行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 32 页6 / 32 规划。2 对产品族进行分析统计不同产品的零部件的出现频谱, 并从产品的设计、制造、装

17、配、销售以及售后服务等全过程考虑, 确定需要进行模块化的零部件。3 产品模块化产品组合设计主要是选择和设计标准模块和通用模块, 这些模块又可称为“模块元”。4 产品信息编码正确的产品信息编码可以帮助企业设计人员快速找到所要的模块。因此产品信息编码在组合设计中起到了设计引导的作用。5 组合设计方法的评价应用有关评价方法对设计方案的技术经济效果进行定性或定量的评价和决策。二、模块的组合与再设计模块选择后进行组合是模块化产品设计的“瓶颈”问题。一方面要考虑到功能的要求 , 主要精力是投入到模块的结构连接上。虽然可以通过创建中间模块解决整体上少变化的要求, 但是作为模块自身及组合后如何满足产品的动态性

18、能要求仍要经过设计、试制、检测等必要步骤。另一方面,当组合后 , 发现原有的模块不能满足要求 , 就必须进行重新设计。重新设计可通过模块的构形元素、构形参数的变化来完成, 其中包括尺寸的变化、功能面的形状变化、改变构成零件、部件和机器的功能面零部件的数量或改变两个零件或部件的相对位置、改变系统的功能面、零部件的顺序及连接顺序等。在模块的创建时模块划分系统与编码系统按照分级描述、分级编码。并一层层查寻已有模块设计, 最后经协商将新模块纳入模块库。在整个系统中, 模块的选择是关键 , 模块的组合是实施目标的核心。在进行产品再设计时, 首先多方案选择应采用什么形式的模块, 再考虑模块组合的形式 ,

19、最后考虑产品的造型。三、模块的管理经过优化的模块可编制成产品模块图册, 作为产品设计选用和企业制造的依据。具有尺寸上、功能上互换, 而重复使用系数高、重复采用次数多、范围广的通用模块 , 经结构优化可以逐步提升成为标准模块。模块管理不同于以往的设计与生产管理。针对模块采用分类编号, 就将借用件变为通用件、变产品管理为模块管理、经生产预测将单件生产变为批量生产。编制技术文件是一项繁琐的工作, 所以在模块的基础上 , 技术文件细分为可通用的基本单元和针对特殊要求附加额外的说明部分。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 32 页7

20、 / 32 2.3.4 DFMC 的产品创新设计方法面向大批量定制的产品创新设计主要有基于技术平台的衍生性创新与基于技术轨道的顺轨性创新两种类型。基于技术平台的衍生性创新集群是指企业在特定的技术平台上以满足市场的差异化需求为目的而开展创新活动所形成的创新集群。例如 , 索尼公司在产品的创新中 , 根据不同客户 W alkman的偏好和消费习惯 , 有针对性地推出不同风格和类型的。80 年代初到 90 年代初 , 索尼公司仅在美国市场上就推出了 572 种 产品, 形成一个庞大的创新产品集群。索尼公司之所以能在短时期内推出这么多种产品, 是因为索尼公司对产品的创新属于基于技术平台的衍生性创新,

21、即在不改变主要生产技术和产品元件的条件下, 通过局部变动产品设计改变产品的一些辅助功能。在进行这些局部变动时, 产品的一些主要结构和元器件,尤其是利用企业关键技术生产的元器件, 如微型电机、超薄机身 ,“口香糖型”充电电池等都是不变部分的生产技术称为平台性技术 , 一组平台性技术的集合称为一个技术平台。根据用户的不同需要, 以这个技术平台为基础进行局部创新就可以生产出不同型号的产品, 形成一个创新产品集群 . 企业基于技术平台的衍生性创新与基于技术轨道的顺轨性创新不同的是, 顺轨性创新一般会伴随企业核心技术的明显变化, 形成技术水平更高的新一代产品。 而衍生性创新则主要是在产品的核心技术基本不

22、变的情况下, 通过对产品作局部变革 , 形成能满足不同的用户需求的差别化系列产品, 这些系列产品属于同一代产品。衍生性创新集群的形成主要是通过两种方式实现, 一是增加或改进产品的辅助功能 , 推出新的产品。二是改进产品的外型或结构, 如汽车生产企业可以在核心设计与主要构件发动机、底盘等不变的前提下对汽车外形及局部结构加以改进 , 推出一系列不同型号的汽车。将 核 心 设 计 和 基 本 产 品 要 素 相 同 的 创 新 产 品 称 为 一 个 创 新 产 品 族(innovation products family,IPF。在一个 IPF 中, 总有一个或几个产品最早采用某种核心设计 , 这

23、些产品称之为该 IPF 的“核心产品”。其它产品都是由核心产品演变而来的 ,可称之为“衍生产品” ,衍生产品是企业根据市场上不同用户群的差别化需要 ,对核心产品的规格和外型进行调整、改进得来的, 它们实际上是核心产品经渐进性创新的产物。因此企业在创新中并不能就单一的产品进行资源配置 , 而必须考虑系列化的产品安排。将具有某些共同特征的创新产品放在一起 , 进行系统的综合分析 , 进而做出创新产品的选择将更为有利。四种不同层次的DFMC 方法比较。通过对4 种不同层次的DFMC 方法的讨论可以得到表 1 的比较结果。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -

24、- - -第 12 页，共 32 页8 / 32 表 1四种不同层次的 DFMC 方法比较产品配置设计产品变型设计产品组合设计产品创新设计产 品 结构已定已定未定未定产 品 模块在以制造好的模块中选择改 变 模 块 中 的尺寸在 给 定 范 围 选 择 并要进行设计未定设 计 周期短较短中等较长产 品 成本低较低中等较高大 批 量的特点在不同产品中采用大量的相同模块在 不 同 产 品 中采 用 大 量 的 相似模块在 不 同 产 品 中 采 用大量的相似模块在新产品的设计中尽可能选用标准件和通用件制 造 模式按订单装配按订单制造按订单设计按订单开发对 用 户定 制 要求 的 响应通过大量的多样

25、化的产品是用户选择出他想要的产品通 过 对 产 品的 结 构 变 型 来满足用户的需要在 采 用 大 量 相 似模块基础上 , 生产特殊的零件来增加按照用户的要求定制产品精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 32 页9 / 32 产品的不同之处以满足用户的需要产 品 变化变化的产品数量有限数 量 有 限 ， 但尺寸变化无限数 量 有 限 ， 但 模 块结构有变化变化无限需 注 意的问题在变化的模块数和用户可能的需求之间取得平衡共 同 部 分 与 不 同 部分 的 比 例 要 选 得 合适, 使所获利益最大化尽可能多采用通用模

26、块和标准模块3 变型设计的原理与方法对零件实施设计以满足客户要求。3.1 变型设计的原理产品变型设计就是在零部件主模型、主图、主工艺规划和主NC 程序基础上自动生成相应的零部件的工程图、工艺过程规划和NC 程序。当由事物特性表中的某一行数据 ，按零件族制定工艺进行加工。从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。机械零件之间存在着相似性。这种相似性主要表现在零件结构特征 零件形状、形状要素

27、及其布置、尺寸、精度）相似性、零件材料特征 零件材质、毛坯、热处理）相似性和零件制造工艺加工方法、加工过程、加工设备）相似性三个方面。变型设计的关键是识别和利用大量不同产品和过程中的相似性。通过充分识别和挖掘存在于产品和过程中的几何相似性、结构相似性、功能相似性和过程相似性，利用标准化、模块化和系列化等方法减少产品的内部多样化，提高零部件和生产过程的可重用性。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 32 页11 / 32 3.2.3 重用性原理通过采用标准化、模块化和系列化等方法，充分挖掘产品中存在的大量可重新组合和可重复使用

28、的单元，将定制产品的生产问题通过产品重组和过程重组转化为或部分转化为批量生产问题，从而以较低的成本、较高的质量和较快的速度生产出个性化的产品，充分重用零部件的附加值。在响应客户新的订单时，对企业已有资源的重用无疑是保证这一订单快速实现的根本。产品资源的标准化、规范化和完备性定义是保证产品资源可重用的先决条件。产品资源的重用，既包括了已有零部件图纸、模型和工艺规划的直接重用，也包括了设计人员头脑中对这些问题的解决原理、思路的间接重用；既包含了功能、解原理、结构等领域内信息的重用，也包含从功能定义到解原理定义，再到结构定义的整个映射过程的重用。3.2.4 成组技术成组技术是一门生产技术科学和管理科

29、学，它研究如何识别和开发生产过程中有关事物的相似性，并充分利用各种问题的相似性，将其归类集合成组，然后寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效果。成组技术用于机械制造领域，就是利用零件的相似性，将其分类成组，并以这些零件组为基础组织生产，以实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。由上述定义可见，机械制造中成组技术的基本原理是将零件按其相似性分类成组，使同一类零件分散的小批量生产，汇合成较大批量的成组生产，从而使多品种、中小批量生产可以获得接近大批量生产的经济效果。建立在相似性原理上的成组技术是将企业生产的多种产品、部件、零件和结构要素，按照一定的相似

30、性准则分类成“族”，并以相应的“组”为基础来组织生产过程的各个环节，从而实现生产全过程的合理化和科学化。成组技术的核心是成组工艺，成组工艺实施的步骤为：1）零件分类成组；2）制订零件的成组加工工艺；3）设计成组工艺装备；4）组织成组加工生产线。由于用成组技术指导设计，赋予各类零件以更大的相似性，这就为在制造管理方面实施成组技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。此外，由于新产品具有继承性，使往年累积并经过考验的有关设计和制造的经验再次应用，这有利于保证产品质量的稳定。以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计 CAD ）奠定良好的基础；为设计信息最大程度精选学习资料 -

31、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 32 页12 / 32 地重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4 以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。在产品设计中应用成组技术主要有两方面：1）在零件设计过程中，利用零件编码，检索并调出已设计过的与之相似的零件，在此基础上进行局部修改，形成新的零件。据统计，一项新产品中有70%以上的零件设计可以借鉴或直接引用原有的设计，从而可以大大减小零件设计工作量，并可

32、减少工艺准备工作和降低制造费用。同样道理，也可以利用产品和部件的继承性，对产品和部件进行编码，通过检索、调出和利用已有相类似设计，减小新设计的工作量。2）在产品和零部件设计中采用成组技术，不仅可以减小设计工作量，而且有利于提高设计标准化的程度。设计标准化是工艺标准化的前提，对合理组织生产具有重要作用。产品、部件、零件标准化的内容包括名称标准化、结构标准化和零部件标准化。4SOLIDWORKS 概述SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows 的 3D CAD 软件 ,自 1995年问世以来,以其优异的三维设计功能,操作简单等一系列的优点,极大地提高了设计效率,在与同类软件的激烈竞争

33、中已经确立了它的市场地位,已经成为三维机械设计软件的标准。利用SolidWorks 不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。SolidWorks 采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。5 基于 SOLIDWORKS 的零件变型设计实例在产品资源标准化、规范化、完备性定义和可重用的基础上，建立可变型产品模型是大批量定制模式下产品规划阶段的核心任务。大批量定制需要按照客户的特殊需求进行产品设计及生产，因而导致企业的产品设计周期较长，一般占交货期的60%以上。同时，

34、大批量定制模式下的客户需求往往只停留在比较“表面”的个性化，因此，为了满足大批量定制企业快速设计产品的需求而建立的可变型产品模型，既是集成新产品形成过程和订单制造过程的核心，也是实现大批量定制目标的关键。由于产品的变型设计是在零件的结构、功能和工作原理不变的前提下，变更现有零件中组成特征的结构、尺寸和配置关系，使其实现更多的相似的功精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 32 页13 / 32 能，适应不同的要求。现在国内外对变型设计从产品建模到变型方法展开了大量的研究，取得了一定的成果。基于变型设计的特点：以已有的相似设计实

35、例为基础；使用已有产品的原理、功能和结构；已有产品实例信息呈增长趋势，需要用数据库实现管理及要对已有产品实现快速的检索；变化尺寸或特征的不确定性和变型后产品的有效性和设计错误的处理需要检查等，这些特点决定了变型设计适合用计算机技术来辅助实现。产品的变型设计实现的前提是产品的建模，包括产品的结构建模和信息建模。SolidWorks 具有较高的设计效率、三维实体建模以及设计表等优异的三维设计功能。利用 SolidWorks可以快速实现零件的变型设计。5.1 基于 SOLIDWORKS的零件三维实体建模的基本过程以传动轴为例介绍基于SolidWorks 的轴类零件的三维实体建模的过程和利用设计表完成

36、变型设计的过程。5.1.1 零件三维实体建模过程的基本步骤一个零件的建模过程，实际上就是许多个简单特征相互之间叠加、切割或相交的操作过程。按照特征的创建顺序，构成零件的特征可分为基本特征和构造特征，因此一个零件的实体建模的基本过程可以由如下几个步骤组成：1）进入零件设计模式。2）分析零件特征，并确定特征创建顺序。3）创建与修改基本特征。4）创建与修改其他构造特征。保持“拉伸”对话框中的其他选项的系统默认值不变，单击“确定”按钮，拉伸后的轴段实体如图3 所示。图 3 拉伸后的特征5）选择轴段的右端面为新的草图绘制平面。单击按钮，使绘制平面转化为正视方向。再单击“草图”工具栏中的“圆”绘制按钮，以

37、系统坐标原点为圆心草绘一个半径为55mm的圆，如图 4 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 32 页16 / 32 图 4 创建第二个圆特征6）单击“特征”工具栏中的“拉伸凸台/基体”工具按钮，在弹出的“拉伸”属性管理器中选择“拉伸终止条件”为“给定深度”，并在深度文本框中输入轴段长度值为25mm.单击“确定”按钮，完成第二轴段的创建。效果如图5 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 32 页17 / 32 图 5 创建后的特征7）参照 5）-

38、6），按图 6所示其余各轴段的直径值和长度值，创建阶梯轴的其余各轴。图 6 各阶梯轴段的尺寸完成后的轴实体如图7 所示。图 7 完成后特征8）创建键槽特征精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 32 页18 / 32 单击工具栏按钮“基准面”，或执行“插入” -“参考几何体” -“基准面”。在弹出的“基准面”对话框里，选择“上视基准面”作为创建基准面的参考平面，设置偏移距离为42mm,单击确定按钮，完成创建基准面1.如图 8 所示。图 8 创建键槽基准面1）选择基准面 1 单击正视于按钮在基准面 1上绘制键槽如图9所示图 9

39、绘制键槽2）生成键槽。单击“拉伸-切除”按钮，在弹出的属性管理器中选择“切除终止条件”为“给定深度”，并设置切除深度值为18mm.单击“确定”按钮，拉伸 -切除后的键槽如图10所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 32 页19 / 32 图 10 创建后的特征9）创建圆角、倒角特征1）在完成了阶梯轴机体的创建之后，继续进行倒角圆角等一些细节特征的创建。 Solidworks 2007 提供了创建圆角、倒角等特征的工具。利用他们可以方便的实现这些特征。2）生成圆角特征。单击“特征”工具栏中的“圆角”按钮，或者选择菜单命令

40、“插入” -“特征” -“圆角”。3）在弹出的“圆角”属性管理对话框中，选择“圆角类型”为等半径，设置圆角半径值为1mm。单击图标右边的显示框，然后在右边的图形显示区域中选择轴的轴肩底边线，如图11所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 32 页20 / 32 图 11 圆角特征4）单击“确定”按钮，生成圆角特征。5）单击“特征”工具栏中的“倒角”按钮，在出现的“倒角”属性对话框中，选择“倒角类型”为“角度距离”，并设置角度距离值为3mm.角度值为45.00deg 。在图形区域中选择轴的两侧外端面边线，如图12 所示.

41、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 32 页21 / 32 图 12 倒角特征6）单击“确定”按钮，生成倒角特征。如图13 所示。图 13 创建完成后的特征至此轴的全部特征创建完毕。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 32 页22 / 32 5.2利用系列设计表实现变型设计的基本过程。使用系列零件设计表，设计人员可以由单一的一个零件模型生成该零件的系列模型，在这个系列中，所有零件魔域具有部分相同的或相似的几何结构，但至少由一个几何尺寸不同，从而零件模型

42、的结构也由所不同。插入系列零件设计表，单击“插入”菜单栏下的“系列零件设计表”图标solidworks 工作窗口出现如图14 所示的系列零件设计表对话框，显示了系列零件设计表的设置参数和选项。图 14 系列零件设计表1）在“源”选项中选择“自动生成”，在“编辑控制”中选择“允许模型编辑以更新系列零件设计表”。2）单击确定按钮。在弹出的“尺寸”对话框中按住ctrl 键，依次选择到“ D1拉伸 6”如图 15所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 32 页23 / 32 图 15 选择添加尺寸单击“确定”按钮，生成一个系列零件

43、设计表如图16所示。图 16 轴 1 的参数3）选取第三行，用鼠标拖动选中方框的左下角到第五行。则系统自动生成另外 2 个新配置，新配置参数中的特征或草图状态于“传动轴1”完全相同，而特征或草图尺寸数值自动递增。如图17所示。图 17 各轴的参数4）根据设计需要，逐个编辑修改个尺寸值。在绘图区的空白处单击鼠标精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 32 页24 / 32 左键，退出表格编辑状态，系统自动更新配置，并弹出对话框，告诉设计人员已按照系列零件设计表的参数生成新配置。5）单击确定按钮，完成配置。6）按 照 上 述 步

44、骤 ， 用 系 列 零 件 设 计 表 生 成 新 配 置 后 ， 在ConfigurationManager 中会增添新配置的图标，如图18所示。图 18 配置设计树7）对应于新配置的零件模型及他们之间的差别如图19所示。传动轴 1 传动轴 2 传动轴 3 图 19 各轴的特征精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 32 页25 / 32 6 结论在整个毕业设计阶段，通过对大批量定制生产方式、产品变型设计及SolidWorks 软件等知识的学习，我从理论上了解到了产品变型设计的设计方法、关键技术、基本原理和具体应用方法。并且

45、能够运用SolidWorks 软件对各种零件进行三维实体建模，掌握了利用系列零件设计表快速实现零件的变型设计。在本文中我利用SolidWorks 软件对传动轴进行了三维造型，并利用系列零件设计表完成了对传动轴原模型的快速变型设计。由此向大家展示了轴类零件的三维造型和变型设计的方法。但是对于变型设计和SolidWorks 软件的研究不太深入，需要更加努力地学习。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 32 页26 / 32 致谢本文是在我的指导老师的精心指导下完成的。衷心感谢我的指导老师，在整个毕业设计阶段，我得到了指导老师的精

46、心指导，在思想上、生活上也受到的真挚的关心和热心的帮助。她严谨的治学态度、渊博的学识、精湛的学术造诣、诲人不倦的精神以及虚怀若谷的气度给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅，将永远激励我在将来的学习和工作中不懈努力，不断进步！在此我也非常感谢同学们在这段时间对我学习软件的帮助！在论文完成之际，谨向我的导师和同学表示诚挚的谢意！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 32 页27 / 32 参考文献1祁国宁 .大批量定制技术及其应用M.机械工业出版社，2003.102崔海萍，闫军，张琪.SolidWorks 2006 中文版标准实例

47、教程M.机械工业出版社，20053 王 琳 芳 . 基 于PDM应 用 的 快 速 产 品 设 计 方 法 研 究 J. 中 国 制 造 业 信 息 化 ，2006,09 11）:12154 祁国宁，顾新建，李仁旺.大批量定制及其模型的研究J. 计算机集成制造系统，2006,12: 32356梁士红，张耀宗，高颖颖.基于SolidWorks 的变量化设计及其实现方法J.机床与液压，2006,15: 981038 易 际 明 ,杨 靖 .面 向 装 配 的 智 能 变 型 设 计 技 术 及 应 用 研 究 J. 湖 南 工 程 学 院 学 报 ，2005,06 01）:08139曾慧娥，周庆忠

48、.基于变型设计理论的系列产品平台设计方法研究J.后勤工程学院学报， 2006,25 04） :12112410王 志 ， 张 进生 ， 于丰 业 等 .基 于实 例 推理 的产 品 变 型设 计 技 术 J. 机电 一 体 化，2003,20 06）:182211祁国宁，杨青海，黄哲人等.面向大批量定制的产品开发设计方法研究J.中国机械工程， 2004,15 19） :252912李敏，徐福缘，顾新建等.面向大批量定制的产品设计方法研究J.中国机械工程，2002,10 10）:757913 阴 向 阳 ， 童 秉 枢 ， 李 和 良 .大 批 量 定 制 设 计 研 究 现 状 J. 机 械 科 学 与 技 术 ，2001,29 20）:3539 14万秀颖，张学良，吴立言等.面向大批量定制的设计技术体系研究J.河南职业技术师范学院学报， 2004,09 09）:101115朱晓魏，林忠钦，金先龙等.面向大批量定制产品的快速设计系统的研究J.计算机集成制造系统， 2003,21 09）:4244 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 32 页