副標題#e#      0引言
   
    農(nóng)業(yè)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(yè)復(fù)雜、工作環(huán)境較差、制造工藝要求高，因而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計一般要在圖紙上完成方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工藝設(shè)計，再試制樣機，然后進行多點重復(fù)的田間試驗，將試驗結(jié)果反饋到圖紙上進行修改設(shè)計。此法經(jīng)過多次的反復(fù)試驗和對樣機的修改設(shè)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(shè)計和系列化設(shè)計時，需要花大量的時間和精力手工繪圖，設(shè)計手段落后、設(shè)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(chǎn)品后才能發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品設(shè)計周期長、成本高。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機輔助設(shè)計(CAD)已廣泛應(yīng)用干機械設(shè)計的各個領(lǐng)域。CAD技術(shù)在經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計、三維線框模型設(shè)計、三維實體造型設(shè)計、自由曲面造型設(shè)計、參數(shù)化特征造型等發(fā)展過程后，近幾年來又發(fā)展到了更高層次的變量化技術(shù)。變量化設(shè)計以變量為橋梁，將設(shè)計計算與三維模型設(shè)計有機地融合在一起，成為了目前三維CAD技術(shù)的重要發(fā)展方向。其主要應(yīng)用有:變量化造型和變量化裝配等。本文將變量化設(shè)計技術(shù)與SolidWorks相結(jié)合，提出了農(nóng)業(yè)機械變量化設(shè)計的實現(xiàn)方法。
   
    1  SolidWorks簡介
   
    SolidWorks是基于Windows的CAD/CAE/CAM桌面集成系統(tǒng)，是由美國SolidWork:公司在總結(jié)和繼承了大型機械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實現(xiàn)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(dǎo)三維機械設(shè)計軟件的"功能強大""易用性"和"高效性"。使用SolidWorks進行產(chǎn)品設(shè)計，設(shè)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(shè)計時所帶來的輕松和效率。SolidWorks可直接以參數(shù)化、變量化、三維概念進行產(chǎn)品設(shè)計，具有現(xiàn)代設(shè)計方法的優(yōu)越性。SolidWorks的設(shè)計輸出是"所見即所得"的三維實體模型，可非常直觀地表現(xiàn)產(chǎn)品的實際情況。SolidWorks還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配，進行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)驗證、運動分析，從而提高設(shè)計的準確性。SolidWorks的零件、裝配體、工程圖的全相關(guān)性，可大大減輕設(shè)計修改的工作量，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。SolidWorks還提供了幾百個API(應(yīng)用程序接口)函數(shù)，這些API函數(shù)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(fā)，借助于SolidWorks本身豐富的數(shù)據(jù)接口在機械設(shè)計和制造方面進行產(chǎn)品的虛擬樣機測試、仿真分析和快速制造，可大幅度縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
   
    2變量化設(shè)計簡介
   
    變量化設(shè)計技術(shù)是在參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。參數(shù)化設(shè)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(shù)的方式進行表示。這個參數(shù)不僅可以是常數(shù)，也可以是某種代數(shù)式。當設(shè)計人員改動圖形的部分尺寸或修改已定義好的零件參數(shù)時，軟件會自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。參數(shù)化造型與特征技術(shù)為機械CAD / CAM技術(shù)帶來了革命性的變化。美國參數(shù)化技術(shù)公司(PTC)推出的PRO/E系統(tǒng)是參數(shù)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(shù)化功能，如UG, I-DES, Catia, Solid Edge,SolidWorks等。參數(shù)化設(shè)計在技術(shù)上使用"順序方法"對約束求解，以達到對數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸約束、尺寸驅(qū)動設(shè)計結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)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(shù)化造型記錄建模過程、捕捉設(shè)計意圖以及使用到的各種參數(shù)，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(shù)對模型進行順序計算。參數(shù)化建模的優(yōu)勢在于速度非常快，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(shè)計方法將設(shè)計對象視為一個幾何約束系統(tǒng)，這個幾何約束系統(tǒng)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(guān)系構(gòu)成。變量化設(shè)計是以特征造型為基礎(chǔ)，將相關(guān)變量鏈接，并形成若干個關(guān)鍵變量值，以驅(qū)動整個CA。模型。通過改變關(guān)鍵變量值，完成模型的更新，從而達到快速完成設(shè)計的目的。變量化設(shè)計以美國EDS公司I-DES為代表。變量化設(shè)計技術(shù)仍在不斷發(fā)展，基于特征造型和變量驅(qū)動的設(shè)計方法將是CAD技術(shù)的前途所在。變量化設(shè)計允許對零件進行反復(fù)的編輯，設(shè)計者可以試探不同的設(shè)計方案或者生成不同的零件，從中獲取滿足要求的產(chǎn)品。對零件的編輯可以簡單地通過改變其中的關(guān)系、數(shù)值來完成。變量化設(shè)計比參數(shù)化設(shè)計具有更大的自由度，可以充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力和想象力，是CAD技術(shù)的又一次飛躍。以圖1所示裝配體為例，簡要說明變量化設(shè)計過程。
   

    變量化設(shè)計時，定義若干個關(guān)鍵變量，其它變量通過一定的函數(shù)建立與關(guān)鍵變量的關(guān)系。關(guān)鍵變量修改后，其它相關(guān)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(nèi)孔直徑"設(shè)置為關(guān)鍵變量，銷釘?shù)?圓柱直徑"設(shè)置為"圓筒內(nèi)孔直徑-1"。當圓筒"內(nèi)孔直徑"改變時，銷釘?shù)?圓柱直徑"將隨其改變。
   
    3變量化設(shè)計在農(nóng)機設(shè)計中的實現(xiàn)方法
   
    在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，涉及到大量的產(chǎn)品零部件設(shè)計、裝配設(shè)計等，以SolidWorks為例，提出基于SolidWorks的變量化設(shè)計方法。
   
    1)利用SolidWorks的方程式實現(xiàn)變量化設(shè)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(shù)進行控制，實現(xiàn)變量化設(shè)計。如圖1所示的裝配體，假設(shè)圓筒的"外徑"為"內(nèi)孔直徑+6"，銷釘?shù)?圓柱直徑"為"內(nèi)孔直徑-1"。在SolidWorks中的變量化設(shè)計過程為:一是三維實體建模。利用SolidWorks的三維繪圖功能.實現(xiàn)零件的三維實體建模，如圖1所示。由于采用變量化功能設(shè)計模型.只需按常規(guī)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(shè)計。三是重建模型。改變圓筒的"內(nèi)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(yīng)用方程式實現(xiàn)變量化設(shè)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(shù)量較少，且各變量及尺寸之間的關(guān)系較為簡單的場合，對于復(fù)雜的圖形該方法較難處理。
   
    2)通過SolidWorks的二次開發(fā)實現(xiàn)變量化設(shè)計。通過SolidWorks的二次開發(fā)接口，將零件模型的結(jié)構(gòu)和尺寸全部附以變量的形式，由程序控制零件模型的設(shè)計計算和特征構(gòu)建。程序設(shè)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(shù)據(jù)，由程序驅(qū)動SolidWorks得到所需的三維模型。下面以VB6. 0二次開發(fā)SolidWorks為例，介紹變量化設(shè)計實現(xiàn)方法。