本文探討研究了農業機械的Solidworks變量化設計方法相關內容。

　　0引言

　　農業機械的工作對象是土壤和作物等因素，其特點是種類繁多、作業復雜、工作環境較差、制造工藝要求高，因而傳統的農業機械工程設計一般要在圖紙上完成方案設計、技術設計和工藝設計，再試制樣機，然后進行多點重復的田間試驗，將試驗結果反饋到圖紙上進行修改設計。此法經過多次的反復試驗和對樣機的修改設計才能得到較滿意的機型。這種方法存在以下缺點:在修改設計和系列化設計時，需要花大量的時間和精力手工繪圖，設計手段落后、設計效率低;圖形表達不直觀，在制造之前無法看到零部件三維形狀，許多問題只有在制造出產品后才能發現，產品設計周期長、成本高。隨著科學技術的迅猛發展，計算機輔助設計(CAD)已廣泛應用干機械設計的各個領域。CAD技術在經歷了二維平面圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自由曲面造型設計、參數化特征造型等發展過程后，近幾年來又發展到了更高層次的變量化技術。變量化設計以變量為橋梁，將設計計算與三維模型設計有機地融合在一起，成為了目前三維CAD技術的重要發展方向。其主要應用有:變量化造型和變量化裝配等。本文將變量化設計技術與SolidWorks相結合，提出了農業機械變量化設計的實現方法。

　　1 SolidWorks簡介

　　SolidWorks是基于Windows的CAD/CAE/CAM桌面集成系統，是由美國SolidWork:公司在總結和繼承了大型機械CAD軟件的基礎上，在Windows環境下實現的第一個機械三維CAD軟件，于1995年11月研制成功。SolidWork。一貫倡導三維機械設計軟件的"功能強大""易用性"和"高效性"。使用SolidWorks進行產品設計，設計人員不僅能夠體會到SolidWorks強大的建模能力、裝配能力以及靈活的工程圖操作，而且可以感受到SolidWorks設計時所帶來的輕松和效率。SolidWorks可直接以參數化、變量化、三維概念進行產品設計，具有現代設計方法的優越性。SolidWorks的設計輸出是"所見即所得"的三維實體模型，可非常直觀地表現產品的實際情況。SolidWorks還可以實現產品的虛擬裝配，進行產品的結構驗證、運動分析，從而提高設計的準確性。SolidWorks的零件、裝配體、工程圖的全相關性，可大大減輕設計修改的工作量，縮短產品研發周期。SolidWorks還提供了幾百個API(應用程序接口)函數，這些API函數是SolidWorks的OLE(對象的嵌人與鏈接)或COM(組件對象模型)接口，用戶可以使用VB /VBA/VC / Delphi等高級語言對SolidWorks進行二次開發，借助于SolidWorks本身豐富的數據接口在機械設計和制造方面進行產品的虛擬樣機測試、仿真分析和快速制造，可大幅度縮短產品研發周期，降低開發成本。

　　2變量化設計簡介

　　變量化設計技術是在參數化設計技術的基礎上發展起來的。參數化設計是指對零件特征施加各種約束形式，該特征的幾何形狀與尺寸大小用參數的方式進行表示。這個參數不僅可以是常數，也可以是某種代數式。當設計人員改動圖形的部分尺寸或修改已定義好的零件參數時，軟件會自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現對圖形的驅動。參數化造型與特征技術為機械CAD / CAM技術帶來了革命性的變化。美國參數化技術公司(PTC)推出的PRO/E系統是參數化CAD軟件的代表，在其推動下，20世紀90年代初，國際上許多著名的CAD軟件都具備了參數化功能，如UG, I-DES, Catia, Solid Edge,SolidWorks等。參數化設計在技術上使用"順序方法"對約束求解，以達到對數據相關、尺寸約束、尺寸驅動設計結果的修改。參數化設計方法用一種過程性的方式來表達幾何元素的尺寸和位置，參數化造型記錄建模過程、捕捉設計意圖以及使用到的各種參數，整個記錄過程按照順序化的次序。同時，其利用一系列定義好的參數對模型進行順序計算。參數化建模的優勢在于速度非?？?，缺點是用戶必須提供集合元素的全部尺寸與位置信息，然后才能定義下一個元素。

　　變量化設計方法將設計對象視為一個幾何約束系統，這個幾何約束系統由各種幾何元素以及作用于這些幾何元素之間的各種約束關系構成。變量化設計是以特征造型為基礎，將相關變量鏈接，并形成若干個關鍵變量值，以驅動整個CA。模型。通過改變關鍵變量值，完成模型的更新，從而達到快速完成設計的目的。變量化設計以美國EDS公司I-DES為代表。變量化設計技術仍在不斷發展，基于特征造型和變量驅動的設計方法將是CAD技術的前途所在。變量化設計允許對零件進行反復的編輯，設計者可以試探不同的設計方案或者生成不同的零件，從中獲取滿足要求的產品。對零件的編輯可以簡單地通過改變其中的關系、數值來完成。變量化設計比參數化設計具有更大的自由度，可以充分發揮設計者的創造力和想象力，是CAD技術的又一次飛躍。以圖1所示裝配體為例，簡要說明變量化設計過程。

　　變量化設計時，定義若干個關鍵變量，其它變量通過一定的函數建立與關鍵變量的關系。關鍵變量修改后，其它相關變量重新計算，生成新的變量。圖1所示裝配體由零件"圓筒"和"銷釘"組成，將圓筒的"內孔直徑"設置為關鍵變量，銷釘的"圓柱直徑"設置為"圓筒內孔直徑-1"。當圓筒"內孔直徑"改變時，銷釘的"圓柱直徑"將隨其改變。

　　3變量化設計在農機設計中的實現方法

　　在農業機械設計中，涉及到大量的產品零部件設計、裝配設計等，以SolidWorks為例，提出基于SolidWorks的變量化設計方法。

　　1)利用SolidWorks的方程式實現變量化設計。在SolidWorks的工具欄中提供一個可供用戶操作的方程式，使用方程式可以給任何特征的草圖尺寸或參數進行控制，實現變量化設計。如圖1所示的裝配體，假設圓筒的"外徑"為"內孔直徑+6"，銷釘的"圓柱直徑"為"內孔直徑-1"。在SolidWorks中的變量化設計過程為:一是三維實體建模。利用SolidWorks的三維繪圖功能.實現零件的三維實體建模，如圖1所示。由于采用變量化功能設計模型.只需按常規方法繪制出零件模型，其尺寸不需要準確無誤。二是標注尺寸添加方程式。對草圖進行尺寸標注，添加如圖2所示的方程式進行變量化設計。三是重建模型。改變圓筒的"內孔直徑"，單擊"重建模型"(所有的方程式在整個幾何重建之前先全部求解出來)，就可以得到不同尺寸的新模型。

　　在SolidWorks中應用方程式實現變量化設計，用戶無需編程，直接在方程式列表中添加約束方程式就可以控制零件模型的形狀和尺寸，既簡單又方便;但是，該方法一般用于變量的數量較少，且各變量及尺寸之間的關系較為簡單的場合，對于復雜的圖形該方法較難處理。

　　2)通過SolidWorks的二次開發實現變量化設計。通過SolidWorks的二次開發接口，將零件模型的結構和尺寸全部附以變量的形式，由程序控制零件模型的設計計算和特征構建。程序設計時無需考慮零件尺寸的大小，全部用變量表示，最后通過一個用戶界面獲得用戶輸入的數據，由程序驅動SolidWorks得到所需的三維模型。下面以VB6. 0二次開發SolidWorks為例，介紹變量化設計實現方法。

　　啟動VB6. 0，打開"引用"對話框，選中"SolidWorks OLE Automation 1. 0 type library"，完成SolidWorks對象的引用。通過"對象瀏覽器"可方便地查閱到SolidWorks對象所有成員及其語法格式，然后就可以象調用VB自己的對象一樣調用SolidWorks所提供的對象。首先定義對象變量如:Dim swApp As Object, Part As Object，通過Set swApp=Create0bject( "Sldworks. Application")引用SolidWorks對象，Set Part=swap .ActiveDoc激活文件，Set Part=swApp. NewDocument()新建文件，Part. InsertSketch True激活草圖繪制，然后使用畫圓對象Model. CreateCircleVB完成圓的繪制，使用拉伸實體特征Model.FeatureExtrusion完成圓的拉伸，即可獲得圖3所示設計。改變圓筒內徑，可獲得新模型。

　　采用SolidWorks二次開發程序進行零件設計，是一種完全的變量化設計，一個應用程序可以生成一系列相似的零件，且界面清晰、操作方便;但是由于編程工作量較大，圖形設計全由程序驅動，不能充分發揮SolidWorks強大的繪圖功能。

　　3)將SolidWorks的方程式和二次開發相結合實現變量化設計是前兩種方法的綜合運用。首先利用SolidWorks的特征造型技術建立一個能夠反映同類零件所有特征的三維實體模型，通過方程式對圖形施加約束，再利用VB對SolidWorks二次開發，開發程序將執行以下操作:打開三維實體模型文件，激活實體，通過Set Dimension=Part.Paramet-er("D1@草圖1")獲取需編輯尺寸對象，用Dim-ension. Value從用戶界面獲取需編輯尺寸的值，最后根據編輯的尺寸通過Part.EditRebuild重新生成實體模型。軸承件變量化設計方程式，如圖4所示。軸承件變量化設計圖示，如圖5所示。

　　該方法綜合了前兩種方法的優點，它將復雜的三維實體造型交給SolidWorks來完成，將復雜的設計計算交給程序來完成，既可以充分發揮SolidWorks的功能，又可以減少編程人員的工作量。該方法大大提高了模型的生成和修改的速度，在產品的系列設計、相似設計及專用CAD系統開發方面得到廣泛的應用。

　　4結論

　　變量化設計針對系列化的產品，能夠大幅度提高設計效率，降低工作強度、難度、周期，節約了成本，又能提高設計圖紙的準確性，增強了管理的可控性。在農業機械設計中，將SolidWorks與變量化設計有機結合，可以充分發揮SolidWorks的功能，大大提高修改設計和系列化設計的效率，同時也可以提高產品的直觀性，并實現產品的預裝配，是省時高效的農業機械設計的新途徑。