维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第３期 ２００７年５月 昆明冶金高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖ０１．２３ Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２００７ 利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ系列零件功能建立教学模型 高晓晋，李梅，杨清荣 （昆明冶金高等专科学校社会科学与公共学院，云南昆明６５００３３） 摘要：利用产品设计软件简单快捷的设计功能，提出了建立教学立体模型；分析Ｓｏｌｉｄｗｏ￣ｓ设计软件的特点， 提出了基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ环境下的系列零件设计功能并利用Ｅｘｃｅｌ建立零件库参数表，建立了常见教学模型，给出 了实现方法和实例，该方法常可以运用在系列产品的设计及标准件设计等多种设计工作中。将该设计用软件运 用于教学中，避免了制作课件过程中的重复性劳动，可大大提高立体模型建模的工作效率。 关键词：实体模型；系列零件设计；参数化特征 中图分类号：ＴＩＢ１７．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—０４７９一（２００７）０３—０ｏ８４一ｏ５ Ｕｓｉｎｇ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ Ｓｅｒｉｅｓ’Ｐａｒｔｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｅｔｉｔｎｇ ｕｐ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅｌｓ ＧＡＯ Ｘｉａｏ－ｊｉｎ，ＬＩ Ｍｅｉ，ＹＡＮＧ Ｑｉｎｇ－ｒｏｎｇ （Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｓｏｃｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｃｏｕｒｓｅｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｒａｐ－ ｉｄｎｅｓｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｃｏｍｍｏｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ａｎｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ｄｅｓｉｎｇ ｓｏｆｗｔａｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ｄｅｓｉｎｇｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ ｕｓｉｎｇ Ｅｘｃｅｌ ｔｏ ｓｅｔ ｕｐ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ ｄａｔａｂａｓｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｏｒｍｓ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｅｓｉｇｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｉｅｃｅ．Ｉｔ ｃａｒｌ ａｖｏｉｄ ｒｅｐｅａｔｅｄ ｌａｂｏｒ ｉｎ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｃｌａｓｓ ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｓｅｔｔｉｎｇ ｕｐ ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｍｏｄｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅａｌ ｍｏｄｅｌ；ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ’ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ ｄｅｓｉｎｇ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ 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 便。由于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ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 收稿日期：２００７—０３—２７ 作者简介：高晓晋（１９６２一），男，山西吕梁人，讲师，工学学士，主要从事公共课教学与研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 高晓晋，李梅，杨清荣：利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ系列零件功能建立教学模型 ８５ 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，通过在嵌入或 插入的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Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ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 输入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 图１ 建立模型库流程图 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Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ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建立系列零件参数表 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Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ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： 维普资讯 http://www.cqvip.com ８６ 昆明冶金高等专科学校学报 ２００７年０５月 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ＤＩ＠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 代号输入Ｅｘｃｅｌ文件（图２），此时将不同尺寸数值输入到对应的尺 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 和通过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。 图２ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ尺寸属性 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。 图３二维草图 图４基本实体 图５ 两圆柱体相贯实体 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１列（行标题单元格Ａ２、Ａ３等）中，输入想要生 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，输入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入到对应的表格中，按目录分类储存在相应的文件下，即可得到模 型库的Ｋｅｙ．ｘｌｓ文件（见图６）。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 高晓晋，李梅，杨清荣：利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ系列零件功能建立教学模型 ８７ 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 插入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。 相贯４ ＳＯ １００ 图６ Ｅｘｃｅｌ文件尺寸参数表 基相相相 献勋 郧 寸 图７ 配置管理器中默认配置和相贯３、相贯４的立体形式 ｐ草～ ４典型结构形体模型例举 １）圆柱与圆锥体相贯图形 匝ｍ ｍｍ 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。 Ｃ～拉 幢 ｍ。ｌ Ｄ ＠ Ｄ草 啪∞ ＠ Ｅ 拉 螂螂啪 图８圆柱与圆锥相贯图形 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。 图９圆柱体被平面截切图形 维普资讯 http://www.cqvip.com 昆明冶金高等专科学校学报 ２００７年Ｏ５月 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ＡｏｕｔＣＡＤ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。 参考文献： ［１］恒盛杰资讯．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２００６从入门到精通［Ｍ］．北京：中国农业出版社，２００６． ［２］立雅科技．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ２００４入门与实践详解［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００４． ［责任编辑：贾朝光］ （上接第８３页） 参考文献： ［１］王树禾．数学演义［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４． ［２］Ｈ・Ｏ・派特根［德］．分形——美的科学（Ｔｈｅ Ｂｅａｕｔｙ ｏｆＦｒａｃｔａｌｓ）［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９４． ［３］陶维林．几何画板课件制作教程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５． ［４］徐安农．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ数学实验［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４． ［５］高俊宇，黄建霞．运用函数图像的几个着眼点［Ｊ］．数学教学，２００４（４）：３０—３１． ［责任编辑：贾朝光］
