覃 群
（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）
引言在三维软件平台上设计产品的方法一般分为：自顶向下和自下而上两种设计方法。
自下而上的设计方法是首先设计各个零件造型，然后按照各个零件的相对位置进行装配的一种方法。用这种方法设计的各个零件是相互独立的。一旦发现某个零件的尺寸需要修改，则相应零件的尺寸都需要设计师手动完成修改，工作量大且较繁琐。
自顶向下的设计方法是一种先整体后局部的设计方法，即先有总体方案，再细化零件设计，在装配体中先设计一个零件，然后再设计相关的零件，零件之间的结构尺寸是相互关联的，这种方法设计的产品，一旦其中某个零件尺寸需要修改，其它相关零件的尺寸可以自动作相应的更改。此方法比较高效、快捷。
本文以扣件为例，论述了在Solidworks 环境下产品自顶向下设计的思路、方法步骤及技巧。
1 自顶向下设计产品思路此产品由上卡扣如图1-2、下卡扣如图1-3 两个零件通过螺栓连接在一起，如图1-1 所示。这两个零件使用时都是成对出现的，它们中间的中心孔、上下的四个耳板及左右两边的连接板槽口半径都要相等。设计时需要满足：当其中一个尺寸发生改变后，另一个零件的相应尺寸也要自动的发生相应的改变。
自顶向下的设计思路是开始只是想象出零件大概的形状和尺寸，它们的细节结构和尺寸需要在设计过程中不断的修改，从而最后得到我们需要的产品。
尺寸的联动改变需要将两个零件有关的尺寸参数化，需要引进参数方程。
2 自顶向下设计产品步骤卡扣自顶向下设计步骤为：建立整体模型、重要尺寸参数化、实体分离、装配。
2.1 整体三维建模，初步构型在设计之初，设计师头脑里虽然已经有图1 所示的零件形状，但是如果一开始就要求确定所有的尺寸，并且写进方程式，要求设计师具有很强的空间想象能力和丰富的实践经验。我们一般是一边造型画图，一边设计零件的尺寸形状大小，这样比较直观，也比较方便。
通过卡扣的功用分析可知，它中间是同一个圆，用来装配固定圆形零件的。本文先将此卡扣想象成一个整体来做。
自顶向下的设计可以在装配体的环境下完成，也可以在零件环境下完成，本文卡扣是在零件环境下进行设计造型的。
造型连接板：如下页图2-1 所示，选择草图绘制“槽口”命令；
造型圆柱凸台：如下页图2-2 所示，选择特征命令拉伸时，不是直接给出拉伸的厚度，而是选择“成形到一面”，然后选择连接板的前后面，做样选择的目的是可以保证后期连接板和圆柱凸台前后面平齐。
造型上下耳板：如下页图2-3 所示，通过镜像命令完成。
造型螺栓孔：如下页图2-4 所示，选择特征“异形孔向导”命令得到。
造型中间的圆孔。遵循先实体后切割的造型原则，最后通过“拉伸切除”命令，造型中间的圆孔，如下页图2-5 所示。
整体零件结构形状初步完成后，可以根据功能和设计意图，对尺寸形状进行一些修改，例如中间孔的大小等，使之更加符合实用要求，由于已经有了模型，修改起来就比较直观。
2.2 分离成两个实体如图3-1 所示，选择“中心矩形”命令，运行拉伸切除命令，将图2-5 所示的模型分成两个实体。在运行“拉伸切除”命令之后，需要选择图3-2 所示对话框中“所有实体”，保留两个实体。确定之后，设计树就会显示两个实体的名字，如图3-3 所示。
将此零件另存为“卡扣整体”。然后在图3-3 中的上卡扣名字上单击鼠标右键，选择“插入新零件”，将上卡扣保存成了一个单独的零件文件。
同样的方法，保存下卡扣零件。
这样就将一个卡扣整体分成了两个实体零件文件，并且这两个实体零件跟原来的“卡扣整体”零件有关联关系。
2.3 重要尺寸参数化零件的结构尺寸初步确定后，就可以对重要尺寸参数化。通过对卡扣产品的功能分析，确定需要参数化的数据如下：
根据被夹持零件的大小不同，中心孔的大小也会变化。所以中心孔的直径需要参数化；外圆柱凸台的直径应该随着中心孔直径的变化而变化，从而才能保证中间的壁厚不变，所以外圆柱直径应该和中心孔直径关联；外圆柱直径变化后，四个耳板的大小也应该随之变化，所以，耳板的小孔的中心线圆直径和外圆柱直径应该有关联。中间部分的尺寸不同，导致选择的螺栓大小也会不同，螺栓孔也应该参数化。
一般添加参数方程式变量的方法有以下三种：
1）在方程式管理对话框中直接添加全局变量。如图4-1 所示，在管理方程式对话框中输入全局变量名称如“中心孔”，然后在用鼠标双击中心孔直径尺寸，在尺寸修改编辑框中输入“=”，然后选择全局变量“中心孔”即完成了全局变量的关联，如图4-2 所示。
2）在尺寸修改框中直接定义全局变量。鼠标双击螺栓孔直径尺寸，如图5 所示，在修改编辑框中输入“=”后，输入全局变量名如“螺栓孔”。
3）在尺寸视图中添加变量。如图6 所示，在方程式管理对话框中点击“尺寸视图”图标（如图6 箭头所指），显示所有的尺寸，找到外圆柱凸台的直径尺寸后，输入“=”，选择中心孔尺寸名称“中心孔”后输入“+20”，这样，不管中心孔尺寸怎么变化，外圆柱凸台的直径尺寸始终是在中心孔的直径尺寸基础上再加上20 mm，这样就可以保证壁厚20 mm 不变。耳板上小孔的位置尺寸，连接板槽口半径尺寸等都可以用这样的方法加入变量，产生关联。
以上三种方法可以根据尺寸的功能来进行选择，如果该尺寸不和其它尺寸产生关联，例如中心孔直径尺寸，可以用方法一或者方法二添加，如果该尺寸要和其它尺寸产生关联，例如外圆柱凸台尺寸，和中心孔产生关联，则选择方法三，在尺寸视图中添加。
2.4 装配体打开零件上卡扣、下卡扣，装配体环境中，运行“插入新零件”命令，插入上、下卡扣后，添加同心等配合关系，插入标准件，完成产品的装配，如上页图1-1 所示。
2.5 编辑修改如果后期需要对零件尺寸结构进行修改，要在整体图即上页图3-1 中进行修改，例如将圆柱与连接板之间改成圆角，修改后如图7-1 所示，则上下卡扣的零件造型和装配体造型随之自动改变，如图7-2 所示。非常方便快捷。
整体零件和两实体零件各有作用，当需要修改零件结构尺寸的时候，通过卡扣整体零件如图3-1 修改，而零件工程图由上、下卡扣的分离的零件实体三维如上页图1-2、1-3 导出，装配体工程图由装配体如图1-1 直接导出。
3 结语自顶向下的设计方法，其核心是先整体后局部，意味着零件的某些关系和尺寸是和同一个装配体中的其他零件实体相关联的，换言之，一个零件的修改可以同时自动的更新多个零件的尺寸和特征。本文在零件环境中自顶向下设计卡扣的方法简单快捷。具有一定的借鉴性。
