手柄翻开式钻模模架的SolidWorks参数化建模和虚拟装配毕业设计含SW三维图纸

手柄翻开式钻模模架的SolidWorks参数化建模和虚拟装配毕业设计含SW三维图纸,手柄,翻开,式钻模模架,solidworks,参数,建模,以及,虚拟,装配,毕业设计,sw,三维,图纸 大型注塑模具设计仿真工具：2400 升固体废弃物集装箱摘要大型容器产品通常使用诸如滚塑的程序，这些技术没有零件重量或尺寸限制。TIIP ，萨拉戈萨大学注塑成型的机械工程，在欧洲标准下研发的CONTENURTM 固体废物的新容器高达 2000 升 ，其结果是一个新的主体达 60公斤重。设计过程中结合了数项 CAE 工具（美学设计，机械设计及流变模拟） ，并在去年 6 月，显示了最终结果，通过了不同的测试。如今，在市场上有超过5000 个成品在模具生产过程中没有做过基本的修改（超过 100 吨的重量） 。本文重点论述集成工具和流程的设计与产品定义（即注射压力，冲击厚度和形状的一部分力量）的方法。在这个过程中，特别是模具控制一些参数（注射速度，温度，粘度，浇口位置.）的细节。关键词：CAE 设计；容器；注塑成型1.引言过去的几年，CAE 工具在注射热塑性弹性体成型行业，构建了一个真实的革命。一个开始直到最终的解决方案（包括几个过程如开发、测试的原型,修改数据,新的测试,）的过程已经被一个更快的设计、翻译过程和最终的客户在同一个电脑文件下一起工作（“并行工程” ）的过程取代。因此 ,对模具制造和完成时间减少极大,同时,引入了一些关于使用 CAE 的建议。萨拉戈萨工业大学注射塑料(T.I.I.P)车间,C.S.I.C 相关单位,在注射热塑性弹性体成型中，使用 CAE 工具已经超过了 15 个年头，同时在不同行业（机动车、家电、包装、玩具等）的上百个项目中积累了很多的经验。T.I.I.P.的工作也包含着和欧洲不同的公司一起调研的项目（聚合物流变性、半自动磨具设计等）。同时，这个组织一直意识到安排仿真技术制造的重要性，这种形式已经合作并且由塑料工业基金会注射成型部研究会体质指导。这个组织给注射成型企业提供了各项服务，并且从中没有任何盈利（如图 1）。许多国家的工业组织通过不同的程序和研究方向对这个中心进行了支持（新的工艺比如气辅技术或喷流注射成型；新的设计比如使用压力和温度的设备的过程测量技术）。图 1 T.I.I.P 注塑成型区域概貌 2.容器工程1999 年，第一个参与城市固体剩余物收集容器制造的西班牙公司（Contenur SPAIN，SL）去 T.IIP-aiTIIP 集团共同进行大尺寸的注塑件的设计工作，随后测试了这些方案在这一领域应用的实际可能性。该项目的主要目标是快速制造大容量（2400 L 和更多）的容器，与市场产品中加入了昂贵的加固结构旋转成型的焊接金属板或塑料制品产生竞争。显然，构成容器的所有部件中，主要的困难是单一模腔部分的制造。这个文献提供了几个零件和模具设计的例子和失败的建议2,3，但是不太可能找到 40kg 重的大的塑料部件，而且，这个模具尺寸上的一个错误没有简单的解决方案（运输到模具工具制造商的制造工厂将会太昂贵，试验和误差的方法也是不提供） 。对于这个部件的设计，必须考虑到以下几个方面：与欧洲标准 EN125744要求的基本尺寸一致；卸载电阻（排出侧）如（图 2） ；在功能条件和位置区具有高的耐冲击性；表面容易清洗；美学设计；最低的成本（不仅是加工和装配，还包括维护） ；安装的冲压机施加的锁模力限制（大型机器锁模力的限制范围在 5000 吨和 10000 吨之间） ；准备标记，也就是说，有自由的和平坦的空间;；材料的限制：采用其他 CONTENUR 设计的相同材料。图 2. 装卸作业的边界条件，材料非线性模型，有限元模型。特别注意的两个限制：范围内的最低成本和最大锁模力。对于最低成本，厚度是关键（原料的成本） ，在制造时确定；因此，派生机器的成本大约为厚度5的平方。另一方面，为了降低其合模力，部件的投影面积和分布的压力与一部分厚度也有很大的关系（狭窄区域产生较高的注射压力，可能也会产生大合模力） 。由 Castany 等研发的方法，不仅用于注射成型，也适用于其它类似的技术6-8，如下：（a）测定产品的可行性：锁模力和厚度在欧洲标准允许的基本几何条件下调整尺寸。在这一步只是一般的线条设计，而不做功能细节。一些基本的结果如下表 1 所示。这些分析通过遗传物质的基本参数，高密度聚乙烯（表 2）得到。对于高级步骤，通过几个温度条件计算。（b）选择材料，结合熔体流动指数（MFI）和机械性能，在注入点的位置进行模拟，甚至不知道组件最终的几何形状，但得出几个注入点的最好的位置是在容器主体的底部区域。该标准同时与模具结构和零件的形状有关。（c）分析主体的形式和零部件的厚度，比较结构上的选择方案：侧壁形状，包括气体辅助技术注入管的侧壁形状增加的惯性等也被列入考虑。（d）显然，模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模块设计出现了一个其他问题。这种方式中，容器上部边框的半圆形状是一个很困难的设计问题，它由使用性能确定，但是在合模区域存在滑移。（e）将合适的零件体积和可行的不同形式与厚度和机械阻力的形式制造相结合。在这一步骤，有限元分析、3D 设计和注料仿真技术同时进行（图 3、4） 。最终的零件尺寸如表 3。 表 1简单塑料模型，第一次仿真分析结果 主体厚度(mm)/质量(kg) 最大注射压力 (MPa) 锁模力(kN)6/52 96 166,000 7/60 71 122,0008/68 55 94,0009/76 44 74,000 10/84 35 59,000 表 2基本模拟计算参数 熔体温度（） 240在恒定速度下的注射时间秒 20百分率 50模具温度（） 40表 32400 L 主体的基本尺寸（毫米） 高度 1600 宽度 1480长度 1600图 3. 3D 数模（Pro-E 绘制） 图 4. C-mold 软件：喷出的塑料温度和冷却线管路用这些基本尺寸核算这四步，设计组对于最终的几何图样有一个初始目标，这些细节包含输出角度，收音机，设置的辅助配件的位置（软木、滑轨等） 。生产流动分析为关键性的方式，与美国，日本和墨西哥实业公司模具厂的模具工人一起将模具的各部分固定在最佳的位置。这个过程的主要方面和仿真技术（为了保证注射工人的操作其他的细节不能存在）是：1. 2.5D 几何图形式样模型。2. 模腔注浇口位置。使用速度轨道去更好的控制料的流动性。根据轨道的流动浇注的设计原则使浇注与填满模腔同步结束（避免保压效应） ，尤其要考虑到半圆形区域的边界形状。3.最佳条件：温度的选择、涉及的厚度、设计的耐久强度评价条件。温度在 210到 250的评价。4. 必须要依靠正确的速度程序调节填料形式。在恒定速度的条件下，假想不允许的压力值的增长，强化机器的极限。集装箱磨具的最终布置，建议使用几个冲压速度。这个步骤用目前已经存在的小型集装箱（如图 5） ，进行了现实的试验验证。图 5 用于工业生产条件为 2400L 试验验证真正的集装箱模型用 CAE 技术计算侧面标准的冲压速度如图 6 所示。但是这个“函数” 如果没有实用性的编程就不能编入到注射成型机内部，因为液压系统不能精确的随着所有梯度上升。无论如何，这个优化程序后，能够得到大约 15%的锁模力。图 6 计算机显示的侧面理论冲击速度5. 加注条件准备好以后，模具制造者从一个初步设想到设计的装备，已经用一个新的数值模型和最终的热流道系统模具所验证。对于减少填充压力，这个连续的工艺是有可能性的，但是实际的工艺安排，维护，一定的停工降低了其用途。6. 最后，模具冷却分析、包装和弯曲矫正过程走向成熟。在这种方式下，Kyowe 工业公司根据材料的传热性采用不同的建筑材料，调整冷却管路。成品模具的重量超过了 150，000kg（相当于 150 公吨） 。事实上，在注射成型中，超过 6000 个部件在制造中没有发现任何问题。报废、使用性能、加工比率是和目前 1000L 的集装箱（每小时 20-25 个零件）相似的。其他组件同时设计，实际上，得到的最后的结果非常复杂，比如：集装箱的系统，明显的小于它的主体。本文作者，定论：CAE 辅助工具在设计中是最基本的工具，同相关知识和使用相似的模具进行真实的实验验证相比。鸣谢本文作者，对于 T.I.I.P-a.i.T.I.I.P 组织和 CONTENUR 技术人员的支持、设备和最终的目标致以衷心的感谢。特别感谢 D.Castany，感谢他们的专门技能在塑料注射成型工艺、设计、在很多培训班里面进行的讲解和世界研讨会。毕业设计（论文）任务书系 别 专业 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 手柄翻开式钻模模架的 SolidWorks 参数化建模和虚拟装配 2.题目背景和意义：手柄翻开式钻模模架因其应用广泛已实现了标准化。针对其标准化特点，在依国标规定完成钻模模架零件参数化建模基础上，运用三维 CAD 系统进行钻模模架装配建模的研究，可从模架快速设计定型角度为促进机械产品快速研发提供有益支持。 3.设计(论文) 的主要内容（理工科含技术指标）：（1）以最新版钻模模架国家标准为依据，分析手柄翻开式钻模模架的类型、结构特点和零部件构成。（2）根据手柄翻开式钻模模架的零件构成，查找各型模架零件对应的国家标准，并依据标准规定，运用完成 SolidWorks 各型模架零件的参数化建模。（3） 针对各型手柄翻开式钻模模架，分析研究其对应的装配工艺方案、并基于所建立的三维模架零件模型运用 SolidWorks 完成各型钻模模架的装配建模。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： （1）：第 1 周-第 3 周，查阅资料，写开题报告。 （2）：第 4 周-第 5 周，分析手柄翻开式钻模模架结构类型和零部件构成，查取对应国标。（3）：第 6 周-第 8 周，依据国标规定，运用 SolidWorks 完成手柄翻开式钻模模架各类零件的参数化建模。（4）：第 9 周-第 14 周，针对各型手柄翻开式钻模模架，研究确立其装配工艺方案并基于SolidWorks 系统完成各型手柄翻开式钻模模架的装配建模。 （5）：第 15 周-第 18 周，完成毕业论文和论文答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数） *或实习（天数）： 图纸（幅面和张数） *： A0 图纸 1 张 其他要求：参考文献不少于 15 篇（其中文期刊文献不少于 5 篇，外文文献不少于 3 篇，其中一篇外文文献原文作为翻译对象完成不少于 3000 中文字的英文翻译） 指导教师签名： 年 月 日学生签名： 年 月 日系主任审批： 年 月 日说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。毕业设计(论文)开题报告题目：手柄翻开式钻模模架的Solidworks参数化建模和虚拟装配系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 年 12月 8日11.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景及研究意义：一直以来，在批量生产零件的过程中，为了提高生产效率，减轻人体劳动强度，发明了钻模。钻模主要包括以下几个部分：搭扣、导柱、钻脚、支柱、支架、钻套等组成，以上几个部分组成了整个模架，模架已经标准化，本课题主要针对的是手柄翻开式模架，手柄反开式模架主要分为两种：手柄翻开式支柱式钻模模架和手柄翻开式支架式钻模，现主要是针对手柄翻开式支架式钻模。模架也慢慢跟着标准化，主要是为了使用的方便性，并且在一定程度上可以降低成本，使企业获益。模架标准化，这样使得在加工不同零件时，只换钻套就可以加工部同的孔，实现了一模多用，降低了成本，并且在一定程度上降低了劳动强度。针对其标准化的特点，在国标规定完成钻模模架零件参数化的基础上，运用 solidworks 进行三维建模，并对其进行装配，观察其工作效果，在研究过程中，可以从模架快速设计定型角度为促进机械产品快速研发提供有力支持。1.2 国内外相关研究情况：目前，国内外的手柄翻开式模架已经日趋成熟并标准化，并根据现有条件与现有的需求，在原有的基础上对模架进行改进，不断适应市场的需求，总的来说，手柄翻开式模架已经标准化，其目的是为统一手柄翻开式钻模的典型结构，以减少设计工作量和材料的品种。并根据钻模板与压板连接方式的不同分为支柱式和支架式两种模架。正因如此，我国的这种模架发展到目前还是保留了原有的典型结构。2.主要研究内容、拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要设计内容：在国标规定完成钻模模架零件参数化的基础上，运用 solidworks 进行三维建模，并对其进行装配，观察其工作效果，在研究过程中，可以从模架快速设计定型角度为促进机械产品快速研发提供有力支持。可以分为以下内容：（1）以最新版钻模模架标准为依据，分析手柄翻开式钻模模架的类型、结构特点和零部件构成等。（2）根据手柄翻开式钻模模架的零件构成，查找各型模架零件对应的国家标准并根据标准规定，运用 Solidworks 完成各型模架零件参数化建模。（3）针对各型手柄翻开式钻模模架，分析研究其对应的装配工艺方案、并基于所建立的三维模架零件模型运用 Solidworks 完成各型钻模模架装配建模。2.2 研究方案：1. 如图 1-1 所示为手柄翻开支架式钻模模架 2图 1-1从图 1-1 可以看出，其整个模架主要包括：1（模板） 、2（支架） 、3（搭扣） 、4（导柱） 、5（钻脚） 、7（支柱） 、支架、12（钻套） ，可翻开式模架由于其装拆方便，广泛应用于钻床钳工中。在需要夹紧工件以方便进行钻孔时，模板是靠拉扣锁紧，导柱进行导向的，锁紧后并根据钻套在板上进行打孔，加工完成后，松开手柄处的拉扣，进行翻转，拆下工件。认真分析其工作原理后，便可以进行参数化建模，建模后进行装配，并通过装配动画看其整个过程以及其动作效果等。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 重点3（1）以最新版钻模模架标准为依据，分析手柄翻开式钻模模架的类型、结构特点和零部件构成等。（2）根据手柄翻开式钻模模架的零件构成，查找各型模架零件对应的国家标准并根据标准规定，运用 Solidworks 完成各型模架零件参数化建模。（3）针对各型手柄翻开式钻模模架，分析研究其对应的装配工艺方案、并基于所建立的三维模架零件模型运用 Solidworks 完成各型钻模模架装配建模。3.2 难点针对各型手柄翻开式钻模模架，分析研究其对应的装配工艺方案、并基于所建立的三维模架零件模型运用 Solidworks 完成各型钻模模架装配建模。4.进度计划（1）第 1 周第 3 周，查阅资料，准备好开题报告； （2）第 4 周第 5 周，分析手柄翻开式钻模模架结构类型和零部件构成，查取对应国标； （3）第 6 周第 8 周，依据国标规定，运用 Solidworks 完成手柄翻开式钻模模架各类零件建模； （4）第 9 周第 14 周，针对各型手柄翻开式钻模模架，研究确立其装配工艺方案并基于Solidworks 系统完成各型手柄翻开式钻模模架的装配建模； （5）第 15 周第 18 周，完成毕业论文和论文答辩； 参考文献1马壮.赵越超.马修泉主编.工程材料与成型工艺.东北大学出版社.20062高泽远，王金主编.机械设计基础课程设计.沈阳：东北大学出版社 20003巩云鹏、田万禄等主编.机械设计课程设计.沈阳：东北大学出版社 20004孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计.沈阳：东北大学出版社 20005刘洪文主编.材料力学.北京：高等教育出版社 19916孙恒，陈作主编.机械原理. 北京：高等教育出版社 20007机械设计手册编委会，机械设计手册第 2卷G 机械工业出版社 20018卢秉恒 机械制造技术基础 机械工业出版社 20139徐灏等，机械设计手册第 5卷M 机械工业出版社 200310杨兴骏等，互换性与技术测量（第 6版） 中国质检出版社 201211东北重型机械学院等，机床夹具设计手册 上海科学技术出版社 199812盛晓敏、邓朝晖，先进制造技术 机械工业出版社 2000 13傅水根主编 机械制造工艺学基础 清华大学出版社 200114冯辛安主编 机械制造装备设计 机械工业出版社 200415大连理工大学工程图学教研室，机械制图第六版 高等教育出版社 20074指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 5所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日 毕业设计(论文)开题报告题目：手柄翻开式钻模模架的Solidworks参数化建模和虚拟装配系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 年 12月 8日摘 要一直以来，在批量生产零件的过程中，为了提高生产效率，减轻人体劳动强度，发明了钻模。钻模主要包括以下几个部分：搭扣、导柱、钻脚、支柱、支架、钻套等组成，以上几个部分组成了整个模架，模架已经标准化，本课题主要针对的是手柄翻开式模架，手柄反开式模架主要分为两种：手柄翻开式支柱式钻模模架和手柄翻开式支架式钻模，现主要是针对手柄翻开式支架式钻模。模架也慢慢跟着标准化，主要是为了使用的方便性，并且在一定程度上可以降低成本，使企业获益。模架标准化，这样使得在加工不同零件时，只换钻套就可以加工部同的孔，实现了一模多用，降低了成本，并且在一定程度上降低了劳动强度。针对其标准化的特点，在国标规定完成钻模模架零件参数化的基础上，运用solidworks进行三维建模，并对其进行装配，观察其工作效果，在研究过程中，可以从模架快速设计定型角度为促进机械产品快速研发提供有力支持。本论文主要论述了基于 SOLIDWORKS开发平台，进行手柄翻开式钻模模架参数化设计的过程，应用其工具包开发，实际应用表明该系统可以大幅度提高工作效率。该系统的建立方法亦可应用于其他零件的参数化设计关键词：SOLIDWORKS；手柄翻开式钻模模架；参数化设计；建模AbstractSince, in the process of batch production of parts, in order to improve production efficiency, reduce the laborintensity, the invention of the jig. Drill model mainly includes the following parts: the hasp, guide pillar, pillar,supporting feet, drill, drill sleeve and other components, the above several parts of the mold, mold has been standardized, this paper is mainly aimed at the handle turning open mold, handle anti open mold is mainly divided into two kinds: the handle turning open pillar drilling die and mold and the handle turning open bracket jig, this is mainly for the handle turned open bracket type jig. Die slowly followed the standard, mainly for the convenience of use, and the cost can be reduced to a certain extent, make the enterprise benefit. Mold standardization, so thatthe processing of different parts, a drill sleeve can be processed with the hole, to achieve a multi use, reduce the cost, and the intensity of labor is decreased to a certain extent. According to the characteristics of the standardmould parts, finished drilling parameters based on national standards, the use of SolidWorks three-dimensional modeling, and to assemble the, observe its effect, in the course of the study, can from the rapid mold design angle to promote the rapid development to provide strong support of mechanical products.This paper mainly discusses the development platform based on the SOLIDWORKS, to handle open type drillprocess mould parametric design, application development toolkit, the practical application shows that the systemcan greatly improve the work efficiency. The parametric design method of the system can also be applied to other parts Keywords：SOLIDWORKS ；handle open type jig mold; parametric design; modeling目 录1 绪 论 .11.1 本课题的研究目的与意义 11.2 机械 CAD技术的发展与应用 21.3本课题研究内容与开发思想 .42 基于 SOLIDWORKS 的手柄翻开式支柱式钻模模架三维参数化建模 .62.1开发平台与工具简介 .62.2 钻模模的特征描述 72.3 参数化设计技术概述 83 钻模模架过程 .113.1各个零部件基本参数设计 113.2零件尺寸关系 113.1参数化设计基本思路 113.4建模过程 114 总结与展望 .22致谢 .23参考文献 .2411 绪 论1.1 本课题的研究目的与意义一直以来，在批量生产零件的过程中，为了提高生产效率，减轻人体劳动强度，发明了钻模。钻模主要包括以下几个部分：搭扣、导柱、钻脚、支柱、支架、钻套等组成，以上几个部分组成了整个模架，模架已经标准化，本课题主要针对的是手柄翻开式模架，手柄反开式模架主要分为两种：手柄翻开式支柱式钻模模架和手柄翻开式支架式钻模，现主要是针对手柄翻开式支架式钻模。模架也慢慢跟着标准化，主要是为了使用的方便性，并且在一定程度上可以降低成本，使企业获益。模架标准化，这样使得在加工不同零件时，只换钻套就可以加工部同的孔，实现了一模多用，降低了成本，并且在一定程度上降低了劳动强度。针对其标准化的特点，在国标规定完成钻模模架零件参数化的基础上，运用 solidworks进行三维建模，并对其进行装配，观察其工作效果，在研究过程中，可以从模架快速设计定型角度为促进机械产品快速研发提供有力支持。目前，国内外的手柄翻开式模架已经日趋成熟并标准化，并根据现有条件与现有的需求，在原有的基础上对模架进行改进，不断适应市场的需求，总的来说，手柄翻开式模架已经标准化，其目的是为统一手柄翻开式钻模的典型结构，以减少设计工作量和材料的品种。并根据钻模板与压板连接方式的不同分为支柱式和支架式两种模架。正因如此，我国的这种模架发展到目前还是保留了原有的典型结构。1.2 机械 CAD 技术的发展与应用计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)技术，是综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理功能和人的经验与判断能力结合，形成一个专门系统，用来进行各种图形设计和图形绘制，对所设计的部件、构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。它是近十几年来形成的一个重要的计算机应用领域。在汽车、飞机、船舶、集成电路、大型自动控制系统的设计中，CAD 技术有愈来愈重要的地位，在有关设计计算模块与绘图模块的参数接口及程序化绘图研究也具有重要的价值。在 CAD 软件发展初期，CAD 的含义仅仅是图板的替代品，即 Computer Aided Drawing(or Drafting)，而非现在我们经常讨论的 CAD(Computer Aided Design)所包含的全部内容。CAD 技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到270 年代末期，以后作为 CAD 技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。早期应用较为广泛的是 CAD/CAM 软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk 公司的 AutoCAD 软件。在今天中国的 CAD 用户特别是初期 CAD 用户中，二维绘图技术逐渐再向三维方向发展。三维 CAD 技术在几十年的发展过程中，大致经历了四次飞跃：曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术、变量化技术。1）曲面造型技术进入 70 年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。飞机及汽车制造中遇到的大量自由曲面问题，随着贝赛尔算法的提出，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，开发出了以表面模型为特点的自由曲面造型技术，推出了三维曲面造型系统 CATIA。曲面造型系统的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得 CAM 技术的开发有了现实的基础，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式，使产品开发手段比旧的模式有了质的飞跃，新产品开发速度大幅度提高。2）实体造型技术随着技术的进步，计算机辅助工程分析(CAE)的需求日益高涨，CAE 要求能获得形体的完整信息，由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，而线框和曲面造型对形体的表述都不完整，则难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等。基于对 CAD/CAE/CAM 一体化技术发展的研究，提出了实体造型技术。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、 CAE、CAM 的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。3）参数化技术20 世纪 80 年代中期，CAD 技术的研究又有了重大进展，此时提出了参数化实体造型技术。它的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。参数化技术彻底克服了自由缄默的无约束状态，由尺寸决定实体造型的几何形状。尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能。如果想修改零件形状的话，只需修改一下尺寸的数值就可以实现形状上的改变。由于参数化技术的成功应用，使得它很快成为 CAD 业界的标准，许多软件厂商纷纷追赶。由于计算机技术的迅猛发展，硬件成本大幅度下降，参数化技术充分体现出其在通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。4）变量化技术针对参数化系统的局限，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术变量化技术。变量化造型技术保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但是在约束定义方面做了一定的改变。变量化造型技术将3所需定义的尺寸“ 参数” 进一步区分为形状约束和尺寸约束，而不仅仅是用尺寸来约束全部几何。通常在新产品开发的概念设计阶段，设计者首先考虑的是设计思想及概念，并将其体现在某些几何形状之中。但是这些几何形状严格的尺寸定位关系并不能在设计的初始阶段完全确定，所以希望在初始阶段能够允许欠尺寸约束的存在。 变量化技术为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设法提高竞争力。缩短新产品的研发和开发时间，提高产品的设计质量，降低研发成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。在这样的形势下，企业为了自身的生存和发展，增强市场竞争力，越来越多地采用CAD技术。事实上，参数化技术和变量化技术已经成为了当今主流 CAD 软件的两大流派。两种造型理论相互依存，共同发展。我国 CAD 技术的引进是从 60 年代开始的，最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。CAD 技术最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。其中，以机床、汽车、飞机、船舶等应用最为广泛。一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个阶段。概念设计主要解决产品的造型外观，在满足功能的前提条件下，使产品外观精致美观。详细设计是要确定产品的结构，各个零部件的结构设计，所以又称为部件设计，包括各零件的尺寸、形状和结构。结构分析主要包括有限限元分析，将对各部件及产品整体的结构进行力学性能、热学性能的分析。仿真模拟则主要是对产品进行装配模拟，运动机构模拟，进行干涉、碰撞分析等等。CAD 技术可以说贯穿于整个设计过程，从产品方案的选择到整机的可生产性、可维持性和可循环利用性等进行全面设计，因此在机械制造中广泛应用。所谓机械产品的参数化设计，概括起来讲就是利用自己已有的模型，通过修改模型参数的方法得到需要的模型。事实上，SolidWorks 本身已经应用了参数化的设计技术，可以通过修改零件的某些尺寸而获得结构类似的新零件。但是，它的参数化是面向通用设计对象的， 其尺寸修改是手工的、随机的，操作对象是单一的目标零件，设计效率不高。而本文所讲述的机械产品的参数化设计：从设计人员的角度来讲，它只需要输入几个简单的数据，就可以得到符合设计要求的新产品零部件三维图以及指导加工的工程图；从系统本身来讲，它主要包括原产品的零件库，工程图库和模型驱动等几部分，首先通过分析建立产品各个模块的参数化模型， 然后建立模型驱动参数，当接受到用户输入的新的参数后， 就4可以自动驱动生成符合设计要求的零部件模型和工程图，加快新产品的设计效率。SolidWorks 是美国 SolidWorks 公司开发的三维 CAD 软件，是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，它集零件造型、装配造型和自动生成二维工程图等功能于一体，不仅具有强大的建模能力，而且有高效的零件建模效率。SolidWorks 软件具有很强的智能装配功能 不用单击任何命令，仅用鼠标模拟人手操作就能完成装配工作，SolidWorks 模型与它的工程图及参考它的装配体是全相关的，对模型的修改会自动反映到与之相关的工程图和装配体中，设计人员也可以在工程图和装配体中进行修改，这些修改也会自动反映到模型中345。SolidWorks 软件利用特征管理器来显示模型。基于特征的结构，设计树不仅可以显示特征创建的顺序，而且可以使用户很容易得到所有特征的相关信息。SolidWorks 的特点和主要功能：（1）可编辑性。产品的设计过程是一个反复循环过程。使用 SolidWorks 可以方便地进行反复设计修改。在零件设计、装配设计或工程制图的任何一种情况下，均可进行编辑草图、修改尺寸、改变原来的特征定义等。（2）集成下的全参数化装配体和零件建模。SolidWorks 提供了两种装配模型：一种是完全的自由设计模式，同时对装配进行布局设计和零件设计，修改布局参数，则零件的相对位置关系即改变；另一种是自底向上的装配设计，先完成零件设计，再进行装配，并可预演机构的动态运动。在装配环境下还提供了部件阵列、相似件替换、干涉检查和组件功能 SolidWorks 全参数化的装配设计意味着在装配环境里对零件设计的修改，将会引起装配体的自动改变。（3）特征管理器。SolidWorks 的特征管理器类似于 Microsoft 的文件管理器，它是产品模型结构的图形表示，它同具体的实体模型是实时的动态联接，可在特征管理器的设计历史树上选取特征，也可直接在模型上选取特征来进行各种操作，非常方便。（4）工程制图。完成三维模型的零件和装配设计后，设计工作并未完成。以前需要手工绘制的二维工程图，利用 SolidWorks 可自动生成。要在 SolidWorks 环境中通过 Excel 变量表实现机械零件的参数化设计功能，必须首先建立模板模型，通过对系列零件设计表中各个参数的修改来生成模板零部件的不同配置，每个配置就是一个不同的零件。即在 Excel 变量表中指定参数，设计者可以创建多个不同配置的零件或装配体。系列零件设计表保存在模型文件中，所以 SolidWorks 对模型的更改不会影响原来建立的 Excel 配置文件。系列零件设计表可以控制零件或装配体的许多项目，其中主要包括：特征尺寸和压缩状态;配置属性(包括材料明细表中的零件编号、备注、自定义属性 ) ；零部件的压缩状态、显示状态、参考配置、颜色等;装配体特征的尺寸、压缩状态；5配合中的距离和角度配合的尺寸、压缩状态等。模板模型建好以后，在 SolidWorks 的菜单栏中选择【插入】-【系列零件设计表】 ，再在属性管理器中选择“空白( K)”，系统将自动在 SolidWorks 环境中插入一个空白的 Excel 电子表格，设计者即可以在 SolidWorks 设计环境中直接在线编辑零件设计表。系列零件设计表有规定的格式，每一单元格的参数和数据都有一定的语法要求和含义。在 SolidWorks 中，系统以尺寸或特征的名称作为不同配置的变量名参与计算，驱动模型几何形状的改变。系列零件设计表中使用的尺寸、特征、零部件和配置的名称必须与模板模型中的名称相匹配。利用 SolidWorks 进行机械产品的参数化设计的首要问题就是建立该零件的参数化实体模型，也就是根据图纸分析的结果，建立拉伸、旋转等基本特征，然后在此基础上建立新的特征。模型建立的是否合理将直接影响后续特征的建立，会影响到整个零件的参数化驱动方案。一般来说， 零件的参数化驱动方案所确定的主要零件驱动参数都和基体特征的尺寸有关， 如果基体特征建立的过于复杂， 将不利于整个零件的参数化驱动， 同时可能增加新的驱动参数，所以建立模型时，应尽量利用对称、阵列等基本特征。产品的参数化实体模型建立后， 需要编制相应的程序来达到变化参数的目的。根据特定的设计要求，用编程软件对 SolidWorks 进行二次开发，创建 SolidWorks 插件的一般方法是：在编程软件 中创建 ActiveX DLL 工程，根据开发的具体功能要求编制相应的程序代码和设计用户界面，并在工程中添加对 SolidWorks 类库的引用，将应用程序编译连接为DLL 文件。该文件在注册过以后，就可以作为 SolidWorks 的插件使用了。用户可以根据具体的设计要求开发出若干插件，每一个插件的功能又由至少一个菜单条嵌入到 SolidWorks 系统中，每一个菜单条包括若干菜单项，每个菜单项对应一个功能模块。这样的层次体系反映了二次开发程序编制的过程，也是一个自顶向下和自底而上结合的过程，先根据功能要求分析确定总体结构，再从底层各功能模块的程序编制开始实施。参数化程序的编制，就是要实现特定零部件的参数化设计，并在 SolidWorks 中建立专用设计环境。编程实现零部件参数化的方式有尺寸驱动法和程序驱动法两种，在基于 SolidWorks 的二次开发中其程序编制方法是不同的。1.3 本课题研究内容与开发思想1)零件结构拆分及特征尺寸确定零件特征造型过程中，应按其本身的功能和建模的特点，将零件拆分为相应各个结构，并分别找出建立其实体模型的基本特征。为使所建立的模型尽量反映零件的基本特征,一些不重要的或不具有普遍性的细节，如倒角等可省略，以免加大参数化的工作量。62)创建实体模型零件上的特征主要通过参数和几何约束关系来相互关联, 尺寸之间的关系分为2 种: 一种是自定义的各种外部参数和零件的被约束尺寸的关系 ; 另一种是模型内部特征之间的内部约束关系, 它是指零件的几何元素之间约束关系, 例如: 平行、垂直、相切、同心等。在创建模型时, 这些几何约束关系同时被创建, 当模型被修改时, 这些关系可以自动保持设计者的意图不变。一个特征往往有多种创建方法, 在设计时必须考虑好如何表达该特征与其它特征的关系。3)定义 特征参数建立模型后, 所定义的所有零件尺寸由系统自动按照建立的先后顺序命名为相应的内部标识尺寸。在复杂模型上, 则需要找出尺寸间的2 种对应关系: 即内部标识尺寸和外部模型上各个数值之间的对应关系; 内部标识尺寸和将要命名的外部参数之间的关系。这2 种关系综合在一起就体现了外部参数和零件上被约束尺寸的关系。命名参数时, 参数名称要力求简单易懂, 必要时可再加入简单注释。4)输入 特征参数将已定义好的参数输入零件设计列表的“输入部分”, 并在关系定义部分定义出与零件各部分尺寸之间的对应关系, 同时还可在关系定义部分定义同一零件不同尺寸的相互约束关系。同一零件的各部分需要协同变化的, 也需要在这里列出。5)修改 特征参数可用2 种方法来修改参数: 一是根据所附提示, 选择每项参数的名称 , 并逐项修改; 二是将所有需要修改的参数生成数据文件 , 通过读入文件的方式一次性全部修改。第一种方法速度较慢, 可以在调试程序、输入变量的时候使用; 第二种方法效率较高, 当程序编制完参数化设计（Parametrization design）也叫尺寸驱动（Dimension driven）是二维绘图非常有用的技术，只要对全约束的图形施加尺寸，图形根据尺寸自动发生相似性变化。设计人员可以利用参数驱动的二维图形构造三维实体模型。利用参数化技术的 CAD设计系统，可使设计人员在产品设计时，从大量繁琐的绘图工作中解脱出来，集中精力选择和优化设计参数，提高产品质量，缩短产品的设计周期。运用 SolidWorks中 VBA的二次开发应用，应 VB语言编写程序，通过 SolidWorks运行实现钻模模型，这样可以通过改变钻模中参数的系列尺寸，即快速而准确的得到所需的钻模。本次设计，拟利用 solidworks中的参数化建模技术。通 过 参 数 驱 动 机 制 ， 可 以 对 图 形 的 集 合 数 据 在 图 形 拓 扑 关 系 不 变 的 情况 下 进 行 参 数 化 修 改 。 由 于 参 数 驱 动 是 基 于 对 图 形 数 据 的 操 作 ， 因 此 绘 图 的过 程 是 建 立 一 个 参 数 模 型 的 过 程 。 绘 图 系 统 将 图 形 映 射 到 图 形 数 据 库 中 ， 建7立 图 形 实 体 的 数 据 结 构 ， 参 数 驱 动 时 改 变 数 据 结 构 中 的 具 体 参 数 ， 就 可 以 生成 所 需 要 的 图 形 。目前，参数化设计已成为CAD中最热门的应用技术之一，能否实现参数化设计也成为评价CAD系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员设计开始阶段可快速草拟产品的零件图，通过对产品形状及大小的约束最后精确成图。同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，设计参数不但可以驱动设计结果.而且影响产品的整个开发周期，设计参数可来自于其他系统。参数化设训是变量化设计的前提，借助变量化设计思想可实现动态设计、机构设计的运动仿真模拟等。除此之外，参数化设计还能够使设计人员在设计的同时实现参数化建库，极大地方便后续设计工作。因此，参数化设计以及建库工具的研究对进一步提高设计和绘图效率以及柔性化设计具有十分重要的意义。国内外对参数化设计做了大量的研究，目前参数化技术大致可分为如下三种方法：（1）基于几何约束的数学方法；（2）基于几何原理的人工智能方法；（3）基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法（Primary Approach）和代数方法（Algebraic Approach） 。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制；人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好；特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输人精确尺寸值来完成最终的设计与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系列化设计中，参数化造型技术的优点就更加突出。设计过程可视为约束满足的过程,设计活动本质上是通过提取产品有效的约束来建立其约束模MY并进行约束求解。设计活动中的约束主要来自功能、结构和制造二个方面。功能约束是对产品所能完成的功能的描述;结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示;制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中将这些约束综合成设计目标，并将它们映射成为特定的几何/拓扑结构，从而转化为几何约束。所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关系。将几何约束作为构成几何/拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素，可以导出各种形状结构的位置和形状参数，从而形成参数化的产品几何模具产 8品的几何约束主要包含拓扑约束和尺寸约束两方面。拓扑约束是对产品结构的定性描述，它表示几何元素之间的固定联系，如对称、平行、垂直、相切等，这些关系拟抽象为点、边、面间等九类有向关系每一类关系有相应的谓词，包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移，等。尺寸约束则为特征勺L何元素间相对位置的定量表示，如各种距离、两线夹角、圆的半径等。尺寸约束是参数化驱动的对象，其不仅可以变动，而且需要标注和显示。尺寸约束可表征为一组基本参数且具有与产品结构层次相对应的层次性。产品特征模型中高层约束是形状特征之间的形位关系;几何元素之间的约束，则是低层约束的封装;高层约束需通过低层约束来实现。参数 驱 动 中约束方程的求解或尺寸链的推导是难点、如何保证在各种情况下都得到稳定的解，尚未得到完全的解决。目前，解决参数驱动中约束的方法主要有如下几种：(1)基于几何约束的变量几何法；(2 )基于几何推理的人工智能法；(3 )基于构造过程的构造法；(4 )基于辅助线法。上面 介 绍 的几种方法目前应用较为广泛，但儿何推理法采用谓词描述约束，而且采用专家系统进行推理求解，效率低，难以满足交互绘图的要求。构造法通过对造型过程的记录，记下几何元素的生成顺序及其相互间的关系，当用户修改参数时，系统按原来的造型顺序和几何元素之间的关系重新构造设计过程，构造法能够克服前面两种方法的不足，但要求用户严格遵守一定的造型顺序，缺乏灵活性。另外，对隐含约束、过约束、约束不足的处理既是参数化技术的关键问题，又是没有得到很好解决的问题。因此为了解决这些问题，有许多人提出了一些新思想和新技术吴睿等提出了约束分离的参数设计方法，他们把几何图形的结构约束同尺寸约束分离开来，并通过记录用户所生成几何图形的特征点坐标，形成几何图形的结构约束数据，他们认为当用户形成图形时，结构约束已经形成(是隐含的)，所以通过特征点的记录可以方便地反映隐含的约束。用户修改几何约束之间结构关系的过程是通过施加结构约束完成的，在修改过程中，系统通过一定的算法改变特征点的坐标，形成新的结构约束。当几何体的结构约束确定之后，再通过尺寸的变化驱动图形的变化。约束分离的特点是修改结构约束时，不考虑尺寸的影响。而在尺寸过程驱动中保持结构约束不变。1978年麻省理工学院机械工程系的一篇CAD零件的特征表示揭开了特征设计的序幕。自20世纪80年代以来，基于特征设计的方法已被公认为是解决产品开发与过程设计集成问题的有效手段。特征是具有工程含义的几何实体，它表达的产品模型兼含语义和形状两方面的信息，而特征语义包含设计和加工信息，它为设计者提供了符合人们思维的设计环境，设计人员不必关注组成特征的几何细节，而是用熟悉的工程术语阐述设计意图的方式来进行设计。因此基于特征的设计越来越广泛地应用于参数化设计中。基于特征 参数化方法意在将基于特征设9计方法与参数化技术有机地结合起来，实现对多种设计方式(白顶向下或自底而上等)和设计形式初始设计、相似设计和变异设计等)的支持。在 SolidWorks 软件开发中，参数化设计方法的研究已成为研究和开发的热点，但目前的所有软件还没有)一分完美地解决现今存在的一些问题。随着各种参数化技术的相互融合，各种新技术的不断发展，相信最终会出现能较完美实现参数化功能的技术。零部件参数化设计方法在参数化零件的基础上，引入零件装配关系作为约束，合理地建立零件之间的装配约束关系，以确保零件之间的相对位置关系;同时，建立零部件相互关联的参数之间的关系，以保证参数之间能够联动。这样就可以实现同步更新，在此基础上建立部件的装配布局图，最终实现整个部件的参数化设计。产品结构的划分复杂的产品按照功能和企业的生产组织特点分解为一系列的部件，而每个部件可能还会进一步划分为子部件和零件，需要进行细致和准确的产品规划和配置。产品结构的划分就是在对产品的结构进行分析的基础上把大型装配体分成若干个一级子装配体，一级子装配体包含了若干个二级子装配体和零件，二级子装配体中包含了若干个三级子装配体和零件依此类推直到最后的零件。部件和产品归根结蒂都是由若干个零件组成，在参数化CAD中都可以视为装配体。产品结构的划分是为部件级参数化建模整理产品、部件和零件三者之间的装配约束关系。尺寸的分类部件参数化的关键是将尺寸进行合理的分类，分类的依据是产品设计时尺寸的不同功能。在产品模块化的基础上，理清产品各个零件与零件之间、零件与部件之间、部件与部件之间、部件与产品(总装配体)之间的尺寸约束关系，并确定出驱动尺寸(主动尺寸)和从动尺寸。其中驱动尺寸又分为外部驱动尺寸和内部驱动尺寸，前者是指为满足来自产品外部或者产品内部其它部件间的约束关系而可以手动修改的尺寸，后者是指部件内部可以手动修改的尺寸。在 SolidWorks中 ，产品模型的驱动尺寸越多，模型就越复杂，同时会增大模型更新出错的机率。驱动尺寸的确定必须准确，SolidWorks建模是不允许驱动尺寸重复，否则会导致过定义;驱动尺寸少于从动尺寸会使得相关要素不会及时更新，达不到部件参数化的目的。基于装配约束的部件参数化建模技术与零件参数化建模相比，部件参数化设计除要考虑抽象出相同的尺寸参数外，还需考虑零件之间的配合关系。SolidWoks中部件参数化建模是通过参数关联构成基于装配体的参数化模型，也就是采用自顶向下设计方法进行参数化建模。下10面通过实例研究SolidWorks环境下基于装配约束的部件参数化建模技术。1) 关联设计。关联设计就是在装配体环境参照已经安装到位的零部件中设计新零件的过程。其优点在于新零件的设计可充分借助已有零部件形成的空间参照，从而能够设计出在独立零件环境下很难完成的一些结构件，尤其是过渡零件和框架零件。2) 基于布局草图的装配体设计。首先在装配体环境中绘制反映零部件空间关系的草图，这些草图称为布局草图。然后再参照布局草图完成零部件的安装，从而在布局草图和零部件位置之间形成参照关系，通过调整布局草图，能够快速地调整装配体形态。零部件之间的关联参数在完成了基于装配约束的部件参数化建模以后，接下来就应该考虑零件与零件、零件与部件、部件与部件之间尺寸参数的联动。SolidWorks中确定关联零部件关系有添加约束、添加方程式和编写控制程序三种方式。添加约束的过程实际上就是装配的过程;用添加方程式和编写控制程序来关联尺寸实际上就是用驱动尺寸来驱动从动尺寸的过程。添加方程式就是在零部件的几何尺寸之间添加数学关系，SolidWorks中采用数学关系可以在跨越特征、零件和装配零部件的尺寸之间建立关联性。编写应用程序建立参数关联实际上就是利用SolidWorks的二次开发实现方程式的功能。编写控制程序建立参数关联的方法是建立零部件的关联参数之间的函数关系表，在设计中通过用户交互的方式，激活应用程序的检查关联机制，根据函数关系表对零部件的关联参数进行验证，如不满足函数关系则进行修改，使之满足函数关系，从而实现参数的联动。对零部件之间关联参数函数关系的管理，通常在应用程序中用程序代码实现，或借助于数据库技术。部件库的构建为了完善部件参数化设计的工作，有必要将产品中的已参数化的部件管理起来，用于产品设计的改进设计、变型和产品的系列化设计。下面就用一个实例来说明部件库构建过程。部件库的层次结构构建部件库之前，利用前面所讲的产品的模块化，对不同的部件进行参数化设计。各个部件的建模都充分利用了前面所介绍的部件参数化设计方法。部件库的创建使用部件库进行产品设计的过程，主要是调用库里的部件进行组装，并在需要的时候对库里的部件进行添加和修改。我们利用部件参数化设计方法开发了一个可扩充的产品部件库，以C#为开发工具，结合SolidWorks提供的API函数，开11发了一个部件库管理系统，此系统是SolidWorks插件的形式设计的。系统根据用户对部件配置的选择，调用部件库中部件的不同配置和装配布局图，其中的装配布局图就相当于前面所提到的布局草图，系统通过程序自动按装配布局图将被调用的部件装配成一套产品，实现部件(产品)的整体参数化设计。2 基于 SOLIDWORKS 的钻模模架三维参数化建模2.1 开发平台与工具简介随着 CAD 技术的发展，三维造型技术的应用越来越广泛。手翻式钻模由于能保证特定传动比、受力方向不变等优点，而广泛应用于各种通用机械中，但因其齿廓形状和轮体结构复杂多变而成为三维造型技术的难点。SOLIDWORKS 为解决这一难题提供了方便。SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有 Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的 CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的 CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks 公司成立于 1993年，由 PTC公司的技术副总裁与 CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995年推出第一套 SolidWorks三维机械设计软件至今，至 2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由 300家经销商在全球 140个国家进行销售与分销该产品。1997 年，Solidworks 被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。由于使用了 Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的 parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks软件使用许可约 28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100多个国家的约 3万 1千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近12145，000 名学生通过 SolidWorks的培训课程。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的 Windows系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同 Windows资源管理器一样的 CAD文件管理器，用它可以方便地管理 CAD文件。使用 SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司 Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维 CAD软件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。 ” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用 SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。此软件使得用户能够数字化地创建和获取三维产品定义。参数化造型就是通过参数化建模来构造产品的几何模型, 通过参数化造型设计不仅可以缩短产品开发周期,并且可以进行现有产品的系列化设计。钻模是应用最为广泛的通用机械零件，广泛用在各种传动中，如减速器、传动装置和汽车的变速箱等。直齿圆柱钻模是制造其它钻模的基础, 也是最通用的钻模。对于这些需要经常使用的通用机械零件, 如果每次都要设计计算，工作量大而且繁琐，属于重复无效劳动。因此, 正确的方法应该是建立参数化的通用模型，设计新的钻模时，根据需要输入钻模的参数，如齿数、模数、钻模宽度等数据，就可以自动生成新的钻模。DrivWorks 是一个重要的辅助质量管理工具，它可以基於知识工程进行设计，自动完成零件、装配体、工程图的设计，以保证最后设计的準确性。DriveWorks 可以使 SolidWorks 的用户可将重复性的设计任务自动化，从而节省宝贵的时间，进行高附加值的设计。DriveWorks 是一个设计自动化工具，能够自动生成零件、装配体和工程图，尤其对变形产品更为有效。更可实现对最佳设计方法的记录，实现设计的知识管理。通过自动创建零件、装配体和工程图使设计过程自动化：定义设计规则，然后让软体生成需要的设计更改。确保始终符合设计规则和标準：可按照预定义的规则创建相应的设计环节，从而排除由人为迭代引致设计错误所带来的风险。允许获取和重用知识：企业中最有价值的资13产就是知识，然而不幸的是，很多时候只有少数人掌握这些知识，如果失去了这些人，就会失去关键的业务。通过 DriveWorks 可以获取并存储公司的设计规则，然后无限期地重用这些规则。缩短投标工程和制造週期：由於 DriveWorks 能自动生成可交付的产品，例如零件、装配体和工程图，因此节省了工程师的时间，使他们能够将精力集中在重要的工作上，例如开发新的、具有创意的产品。同时由於设计环节错误减少，加上交付给制造环节的时间大大缩短，从而提高了制造过程的效率。钻模模架是最常用的机加工治具，也是机械制造重要的效率工具。但是钻模模架的设计与绘图是十分繁琐且重复性很大的工作，传统的人工设计方法费时费力，且容易出错，设计人员将大量的时间和精力花费在一些重复性的工作上，缺乏更多的时间去进行创造性设计，导致产品开发周期长、产品质量差、市场竞争力弱等后果，然而，CAD 技术推动了几乎一切领域的设计革命，对加速工程建设和缩短产品开发周期、提高产品质量、增强企业的市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。在实际应用中，由于用户的设计要求及生产条件的多样性，这些 CAD软件往往难以完全适应，因此，在具体 CAD应用中还需要进行二次开发，以满足用户的需求，使其更符合企业的生产设计需要。2.2 钻模零件的特征描述 2.2.1 钻模的基本参数整个模架主要包括：1（模板）、2（支架）、3（搭扣）、4（导柱）、5（钻脚）、7（支柱）、支架、12（钻套），可翻开式模架由于其装拆方便，广泛应用于钻床钳工中。在需要夹紧工件以方便进行钻孔时，模板是靠拉扣锁紧，导柱进行导向的，锁紧后并根据钻套在板上进行打孔，加工完成后，松开手柄处的拉扣，进行翻转，拆下工件。2.2.2 钻模结构类型（1）固定式钻模固定式钻模的特点是在加工中，钻模固定不动，用于在立式钻床上加工单孔或在摇壁钻床上加工位于同一方向上的平行孔素。如图 1所示，钻模板 3用若干个螺钉 2和两个圆柱定位销 1固连在夹具体 4上，钻模板可在装配时的调整位置。除用上述螺钉、销连接外、还可以采用焊接结构或直接铸造成一体。固定式钻模板结构简单，制造方便，定位精度高，但有时装卸工件不便。（2）回转式钻模回转式钻模用于加工工件上围绕某一轴线公布的轴向或径向14孔系。图 2为加工套筒上三圈径向孔的回转式钻木木模。工件以内孔和一个端面在定位轴 3和公度盘 2的端面 A上定位，用螺母 4夹紧工件。钻完一排孔后，将分度销 5拉出，松开螺母 1，即可转动分度盘 2另一位置，再插入公度销，拧紧螺母 1和 4后，即查行另一排孔的加工。（3）移动式钻模移动式钻模用在立式钻床上，先后钻削工件同一表面上的多个孔，属于小型夹具。移动方式有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的方向和距离。（4）翻转式钻模在加工中，翻转式钻模一般用手进行翻转。所以夹具和工件一起总重量不能太重，一般不超过 100N为宜，翻转式钻模主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔。它可以减少安装次数，提高各被加工孔间的位置精度。其加工的批量不宜过大。（5）盖板式钻模盖板式钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安装在钻模板上。它的主要特点是钻模在工件上定位，夹具结构简单，轻便，易清除切屑。盖板式钻模适合在体积大而笨重的工件上的小孔的加工。对于中小批量的生产，凡需钻铰后立即进行倒角、锪孔、攻螺纹等工序时，采用盖板工钻模也极为方便。但是，盖板式钻模每次需从工件上装卸，比较费时，故钻模的重量一般不宜超过100N。图 3为盖板式钻模。15（6）滑柱式钻模滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。它由钻模板、滑柱、夹具体和齿轮齿条传动、锁紧机构组成。这几总分的结构已经标准化，具有不同系列，钻模板也有不同的结构形式，且可以预先制好备用。滑柱式钻模具有结构简单、操作方便和动作迅速、制造周期短的优点，在生产中应用广泛，但难于保证更高的精度。16本课题参数化选择标准国标钻模板，来进行参数化设计2.3 参数化设计技术概述参数化设计(parametric design)是一种设计方法，其基础是尺寸驱动的几何模型。与传统的设计不同，尺寸驱动的几何模型可以通过更改尺寸达到更改设计的目的。这意味着，设计人员一开始可以设计一个草图，稍候再通过精确的尺寸完成设计的细节。参数化设计一般是指设计图形拓扑关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束。参数与图形的控制尺寸有显示的对应，不同的参数值驱动产生不同大小的几何图形。参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种简单，高效、优质的产品设计方法。特别适合与系列化产品设计及标准件库的建立等。1)参数化设计的理论方法参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系列化设计中，参数化造型技术的优点就更加突出。17设计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取产品有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。设计活动中的约束主要来自功能、结构和制造三个方面。功能约束是对产品所能完成的功能的描述；结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示；制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中将这些约束综合成设计目标，并将它们映射成为特定地几何/拓扑结构，从而转化为几何约束。所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关系。将几何约束作为构成几何/拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素，可以导出各种形状结构的位置和形状参数，从而形成参数化的产品几何模型。产品的几何约束主要包括拓扑约束和尺寸约束两方面。拓扑约束是对产品结构的定性描述，它表示几何元素之间的固定联系，如对称、平行、垂直、相切等，这些关系拟抽象为点、边、面间等九类有向关系，每一类关系有相应的谓词，包括“相同”、 “平行 ”、 “垂直” 、 “相交”、 “偏移” 等。尺寸约束则为特征/ 几何元素间相对位置的定量表示，如各种距离、两线夹角、圆的半径等。尺寸约束是参数化驱动的对象，其不仅可以变动，而且需要标注和显示。尺寸约束可表征为一组基本参数且具有与产品结构层次相对应的层次性。产品特征模型中高层约束是形状特征之间的形位关系；几何元素之间的约束，则是低层约束的封装；高层约束需通过低层约束来实现。参数驱动中约束方程的求解或尺寸链的推导是难点，如何保证在各种情况下都得到稳定的解，尚未得到完全的解决。目前，解决参数驱动中约束的方法主要有如下几种：基于几何约束的变量几何法、基于几何推理的人工智能法、基于构造过程的构造法、基于辅助线法。上面几种方法目前应用较为广泛，但几何推理法采用谓词描述约束，而且采用专家系统进行推理求解，效率低，难以满足交互绘图的要求。构造法通过对造型过程的纪录，记下几何元素的生成顺序及其相互间的关系，当用户修改参数时，系统按原来的造型顺序和几何元素之间的关系重新构造设计过程，构造法能够克服前面两种方法的不足，但要求用户严格遵守一定的造型顺序，缺乏灵活性。2)基于特征的参数化设计基于特征的参数化设计将基于特征的设计和参数化设计有机的结合起来，使用较完整的带有语义的特征描述方式，使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函数，将面向对象的技术应用于特征的描述，在造型中使用参数化，随时调整产品结构、尺寸，并因此带动特征自身的变动，实现产品基于特征的参数化设计。基于特征的参数化三维造型技术是 CAD 的关键技术，也是机械产品设计的发展趋势。目前主要有两种参数化建模方法：尺寸参数化和结构参数化，尺寸参数化是指零部件的大小可以改变而形状不能改变，例如众多软件系统中的基本图元，而18结构参数化是指既可以改变大小也可以改变形状，建模过程中根据实际需要可选择尺寸参数化或结构参数化造型。参数化设计的最大优点是系统自动记录建立几何形体的整个历程，换句话说，系统不仅记录建立的几何形体，同时也记录设计意图，即几何间的关系。当改变参数时，几何关系保持不变。作为一个基于特征的三维辅助设计软件，利用几何约束实现了尺寸驱动，设计者可以在设计过程中预先定义设计变量，再通过简单的算术表达式定义几何尺寸，几何尺寸也可以以变量的形式加入到算术表达式中，以驱动其它尺寸。对标准件来说，其结构尺寸均己标准化、系列化，国家标准对其有着明确的规定。在造型过程中，就某一特定类型的标准件而言，我们只需改变其设计变量的值，就可得到不同规格的同类零件模型。因此，设计变量的应用，使得标准件模型库建立的繁杂工作变得简单了。3 钻模建模过程此次钻模模架的造型较多，但建模原理大体相同，因此下面以钻模零件中的钻模板为例。3.1 手翻式钻模的基本参数设计19钻模架包含上述国标标准，设计过程是根据标准里面的最小型号设计，然后通过SolidWorks的参数化工具，捕捉尺寸，利用尺寸驱动实现每个型号的零件生成，过程涉及零件的生成和VBA语言。3.2 钻模板参数计算关系203.1 钻模板参数化设计基本思路（1）设置钻模基本参数 （2）通过SolidWorks的特征建模 （3）尺寸参数按照1#钻模板标准 （4）利用参数化工具Driveworks 建立VBA数据库（5）设置参数输入规则 （6）生成参数数据库 3.4 钻模板建模过程设计步骤如下：