手柄翻开式钻模模架SolidWorks参数化建模和虚拟装配Word文档下载推荐.docx
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Since,
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Drillmodel
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Theparametricdesign
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Keywords：
SOLIDWORKS；
typejig
mold;
parametricdesign;
modeling
目录
1绪论1
1.1本课题的研究目的与意义1
1.2机械CAD技术的发展与应用2
1.3本课题研究内容与开发思想4
2基于SOLIDWORKS的手柄翻开式支柱式钻模模架三维参数化建模6
2.1开发平台与工具简介6
2.2钻模模的特征描述7
2.3参数化设计技术概述8
3钻模模架过程11
3.1各个零部件基本参数设计11
3.2零件尺寸关系11
3.1参数化设计基本思路11
3.4建模过程11
4总结与展望22
致谢23
参考文献24
1绪论
1.1本课题的研究目的与意义
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（ComputerAidedDesign，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ComputerAidedDrawing（orDrafting），而非现在我们经常讨论的CAD（ComputerAidedDesign）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70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[3][4][5]。
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；
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ActiveXDLL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。
2）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（Parametrizationdesign）也叫尺寸驱动（Dimensiondriven）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（PrimaryApproach）和代数方法（AlgebraicApproach）。
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
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