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摘要：伴随我国工业化不断发展，冶金机械零件的需求种类和数量持续增加，致使冶金机械零件的设计和制造难度也随之增加，在保证冶金机械零件设计和制造效率的同时，也要注重质量，采用Excel进行冶金机械零件设计，是一种行之有效的办法。本文首先探讨当前Excel在冶金机械零件设计中的运用，然后结合参数化设计，对Excel与Creo之间进行联合运用，从而提升冶金机械零件设计效果，为当前工业生产提供支持。

关键词：Excel;冶金机械零件;参数化设计;Creo

在开展冶金机械零件设计时，存在一些比较费时费力的环节，并且还非常容易出错，若要达到省时省力、减少设计错误出现，需要重视设计计算环节、校核环节以及零件图样绘制环节的工作，零件图样当前已广泛使用CAD绘图软件来完成，虽然能够使绘图的质效得到提升，但采用CAD绘图需要从个角度分别绘制样图，且在零件锻造时参照设计样图进行锻造也比较麻烦，若某一样图看错，将会导致零件的整体质量出现问题，并且在零件设计计算以及校核方面也存在不足，即便当前通过计算机编程能够对涉及计算相关的一些问题予以有效解决，但计算机编程整体比较复杂，且专业性比较强，若设计人员对计算机编程不了解，也将会造成冶金机械零件设计工作出现延误[1]。因此，上述冶金机械零件设计问题应该从两个方向予以解决。其一，需要实现冶金机械零件设计一体化，目前，3D技术已经得到广泛应用，相比于传统CAD设计的2D技术，能够增强零件设计的立体感和一体化，本文采用Creo软件实现冶金机械零件的3D设计，可解决此问题;其二，需要对零件设计计算以及校核工作进行完善，在此方面，Excel具有比较强大的图表和数据处理功能，可为冶金机械零件的设计提供支持，避免编程导致工作的复杂性增加。当前3D技术已经得以广泛应用，而Excel在冶金机械零件设计中的运用仍需进一步探讨。

1.Excel在冶金机械零件设计之中的运用分析

1.1公式说明

为了便于此次研究，本文通过许用应力法对转轴这一冶金机械零件的强度作为案例进行说明。对于某转轴进行力学简化之后，需要先进行数据准备工作，若要采用许用应力法对该转轴的安全性进行校核，则必须满足一定的必要条件[2]，即：

其中，代表材料处于循环对称盈利的条件下，受到的许用弯曲应力，该值可取86N/mm2，而实际弯曲应力的表达式为：

其中，W代表弯曲情况下转轴所形成的剖面模量，可将其取值为110200mm3。则表示当量弯矩，其计算公式为：

其中，M代表危险截面产生情况下的合成弯矩;T代表转轴受到的扭矩，α代表应力校正系数，其表达式为：

其中，代表材料受静应力影响下产生的许用弯曲应力，该许用弯曲应力可取值为315N/mm2。在此情况下，T=9550P/n，P代表转动功率，在本例中传动功率为120kW，n代表转速，在本例中取值为145r/min，则危险界面产生情况下的合成弯矩的表达式为：

其中，Mxy代表水平弯矩;Mxz代表垂直弯矩。

1.2 Excel对转轴的设计计算以及校核运用

通过Excel2016新建工作簿来对转轴设计计算进行校核，首先需要设置数字格式和文字格式，其中数字格式包括序号、已知的计算数据、计算结果，分别用A、D、E来表示，文字格式则主要包括计算参数、已知参数、参数代号以及对应的单位。完成基本设置后，便可以使用Excel进行校核操作，将已知参数、参数名称信息输入到B1、B2……B32各单元格之中（本案例中已知参数以及计算参数共计32项），然后将对应符号以及单位代号输入到C1、C2……C32之中和F1、F2……F32单元格之中，然后在相应单元格之中将已知数据输入其中;根据弯矩的概念，利用表格公式将水平和垂直面上的截面弯矩填充完整。完后根据公式（5）可以求出各单元格上的合成弯矩，也能够将转轴所受扭矩求出;根据公式（4）可求出应力校正系数α;根据公式（3）可以求出相应单元格上的当量弯矩。因截面上存在的两个弯矩值有差异，所以需要对两个弯矩值做对比，取大者当做危险截面弯矩，然后利用表格公式找出危险截面，根据公式（2）求得，最后再根据公式（1）确定该转轴的安全性，并得出相应的结论。

2.Excel与Creo软件在冶金机械零件设计中的联合运用

常规条件下，若要采用Excel对冶金机械零件的强度安全性校核的前提条件是绘制力学简化图，常规采用CAD进行绘图属于2D平面图，在实际使用过程中存在一定的局限性。因此，本文将Creo软件引入到研究之中，针对冶金机械零件试试参数化设计，从而将常规CAD绘图方面出现的局限性予以克服，提升冶金机械零件设计质效，并为零件的制造提供有利条件。

2.1参数化设计的具体思路

由于2D平面图存在局限性，可以采用Excel数据对Creo软件下的3D模型进行控制，所以将Excel与Creo软件联合应用到冶金机械零件参数化设计中，需要完成两种设计要素，即Creo软件制作的冶金机械零件3D模型和Excel表格。需要对3D模型实施参数化设计，同时还要在Excel之中对相关数据进行存储，因此可将参数化设计流程做如下安排，见图1所示。

参数化设计的基本思路主要包含以下三个方面：首先，应该对目标零件进行设计，使用Creo软件对冶金机械零件进行参数化建模，后期若出现尺寸修改，均采用参数进行表示，将参数表示的尺寸称之为参数尺寸[3]，其他尺寸则可采用关系式的方法或者是指定方法对其进行表示和确定。采用Program将参数尺寸项待输入尺寸列表处添加;其次，使用Excel2016新建表格，将Creo软件中添加的待输入参数尺寸向新建表格中输入，同时赋初值，通过Excel表格中的开发工具完成VBA程序按钮创建，通过该按钮将Excel表格之中的参数转化成txt文件;最后，通过Creo完成模型再生，使用Program功能对txt文件进行调用，完后将模型参数予以更新，从而将零件设计变更予以完成。

2.2参数化设计所采用的方法

2.2.1冶金机械零件的3D建模

为了表现出Excel联合Creo软件对冶金机械零件设计的质效，本研究以齿轮这一零件为例，对联合设计方法的效果进行探讨。之所以选择齿轮零件主要是因为齿轮零件在冶金机械零件中具有代表性，与上述转轴零件相比，其参数更多，属于标准化零件中的典型代表，因此，本文选择了标准化直齿圆柱齿轮来对联合设计方法进行探讨。在对此类齿轮进行3D建模时，添加了与该类齿轮相关的一些参数，具体参数见表1所示。

为了使表述更加方便，本次选择的齿轮参数均为代表性参数，按照这一方法还可对其他参数进行添加，从而对零件的各种形状、各种尺寸进行有效控制。如表1所示，表中一些参数已经赋初值，其中“-”标识代表参数值是通过关系式进行控制的，无需给出，齿顶高系数、压力角以及顶隙系数通常取标准值，通过各参数则能够得到各种尺寸的齿轮。

在对Creo软件之中各类参数以及关系式进行添加时，齿根圆、齿顶圆、分度圆、基圆等直径是采用关系式来进行计算的，具体见表1中“-”后面内容所示。在本次参数化设计之中，齿轮齿廓通过Creo软件构建了渐开线曲线，该曲线主要是以方程曲线来完成构建的，通过笛卡尔坐标将渐开线方程输入，从而对曲线创建得以完成，齿轮渐开线示意图见图2所示。

其中，t属于Creo内定变量，取值范围为0～1之间，α等于90乘以t，r代表基圆半径，即dB的一半，s代表AB线长，则齿廓曲线[4]为：

根据公式（6）便可完成该齿轮的3D建模，然后利用Creo软件中的Program选项对程序进行编辑，并且需要将需修改变量输入到INPUT与END INPUT中间位置，所输入的变量应属于长修改的一类齿轮参数，并且还要和Excel表格文件中的变量之间相互对应。当模型再生的情况下会将程序菜单弹出，该菜单中包含显示设计、编辑设计、允许替换、不允许替换、实例化、J-Link、完成/返回几个选项，菜单管理器还包括得到输入选项，其中包括当前值、输入以及读取文件三个选项，其中，当前值指的是对当前值保持不变，输入指的是对程序之中包含的各项参数依次输入，读取文件指的是对外部文件进行读取。

2.2.2 Excel与Creo软件之间的数据传输

进入到Excel表格文件之中对数据进行修改，完成数据修改之后点击数据更新按钮，生成txt文本文件。进入Creo软件打开齿轮3D模型，寻找“再生”按钮，点击再生按钮，弹出窗口后选择“读取文件”，从而对txt文本文件进行读取，对txt文件读取之后，使齿轮模型再生，使齿轮参数得以更新，并产生新参数值，从而使Excel文件的数据向Creo软件中传输，具体的数据传输流程见图3所示。

2.3 Excel表格与Creo软件在冶金非标准机械零件设计中的运用

冶金机械零件的种类非常丰富，既包含标准化机械零件，又包含非标准化机械零件，在上述内容中，采用Excel表格工具与Creo软件联合设计了标准化机械零件，即齿轮零件的设计，通过研究证实，采用Excel表格与Creo软件能够对标准化齿轮零件进行有效设计，能够建立3D模型弥补传统CAD软件制出的2D平面图之不足。但仍需进一步对冶金非标准机械零件的设计展开研究，因此，本文选取了非标准模架作为研究对象，再次将Excel表格与Creo软件进行联合应用于冶金非标准机械零件的设计。

非标准模架是基于用户特殊要求的情况下，需要对模架进行自定义设计，或者是根据客户需求以及公司需求对标准化模架进行修改，仍可使用Excel表格对模架参数进行修改，然后将修改后的数据传输到Creo软件之中的模架参数表，根据参数表之中的数据对模架3D模型进行更新，从而根据实际需求将模架的形状以及尺寸进行更新，最终获得客户所需的新模架或是自定义模架，其数据传输流程与图3大致相同，借助图3最后一步形成的零件参数表便可以对模架的尺寸进行控制，最终对模架进行更新。

3.结束语

综上所述，Excel表格在冶金机械零件设计工作中的运用一直被重视，无论是在传统CAD软件2D制图时代，还是在当前采用类似Creo软件实现3D制图时代，Excel表格在零件设计计算和校核等方面仍发挥着突出作用，并且近年来Excel表格的功能也在不断的更新发展，今后在冶金机械零件设计工作中将会有着更加重要的应用。

参考文献

[1] 赵慧艳， 鲁昌国， 李传奇. Excel在机械加工误差分析教学实践中的应用[J]. 机械工程与自动化， 2022（1）：117-119.

[2] 王俊. 机械设计过程中零件结构合理性的问题研究[J]. 内燃机与配件， 2022（3）：184-186.