多種CAD環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化方法

郭靜靜，杜寶江，馬 群，魏 雄

(上海理工大學(xué)虛擬制造技術(shù)研究院，上海 200093)

我國生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品中，有30% ～70%的零件，是標(biāo)準(zhǔn)件或者常用的非標(biāo)準(zhǔn)件，如螺栓、螺母、軸承、彈簧、齒輪等［1］。同種類型的標(biāo)準(zhǔn)件，通常都具有相似的形狀，僅尺寸不一樣。在設(shè)計過程中，若對這些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行反復(fù)建模，就會造成人力物力的浪費(fèi)。雖然在常用的三維 CAD 軟件中，如 AutoCAD，UG，CATIA，Solidworks，Pro/Engineer都會自帶標(biāo)準(zhǔn)件庫，而這幾種建模軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫有些只有少部分標(biāo)準(zhǔn)件如CATIA等，而有些則沒有符合我國國標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)件 Solidworks［2］。況且有些企業(yè)又有各自的公司標(biāo)準(zhǔn)。雖然各軟件都具有一定自帶的建立標(biāo)準(zhǔn)件庫的方法，比如Pro/Engineer通常應(yīng)用組表方法建立標(biāo)準(zhǔn)件庫，UG應(yīng)用部件族的方法，CATIA中的CATALOG庫方法等［3］。但這些方法都是在特定的軟件環(huán)境中使用，不具有通用性［4］。對于一些公司，在設(shè)計不同的機(jī)械產(chǎn)品需要根據(jù)實際情況應(yīng)用不同的軟件，而跟其它公司合作時，可能會根據(jù)對方提出的要求應(yīng)用相應(yīng)的軟件。如果有一種建立標(biāo)準(zhǔn)件庫的方法，能應(yīng)用在多種三維CAD軟件下，那么在產(chǎn)品設(shè)計中，就可以避免大量的重復(fù)勞動，從而可以縮短了設(shè)計的周期，同時節(jié)省了設(shè)計成本。

1 整體思想和功能框架

文中希望探索一種能建立一個標(biāo)準(zhǔn)件信息庫和一種標(biāo)準(zhǔn)件對應(yīng)一個系統(tǒng)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)在不同種CAD軟件下建立的標(biāo)準(zhǔn)件模型，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用公用信息庫中的原有參數(shù)信息實現(xiàn)參數(shù)化的方法，以節(jié)省每個軟件在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)件庫時，都要建立標(biāo)準(zhǔn)件信息庫，以滿足目前企業(yè)對產(chǎn)品的快速設(shè)計需求。而且由于本系統(tǒng)具有一定的通用性，對于設(shè)計者來說，一些非標(biāo)準(zhǔn)的零部件的建模也適用［5］。

根據(jù)實際應(yīng)用需求進(jìn)行分析，開發(fā)了多種CAD環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下功能模塊，其中工程信息添加模塊是對標(biāo)準(zhǔn)件相關(guān)信息的添加，可根據(jù)需要進(jìn)行確定。

根據(jù)系統(tǒng)功能，給出相應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)與應(yīng)用流程如圖2所示。

2 基礎(chǔ)模型和尺寸庫的建立

2.1 基礎(chǔ)模型庫的建立

基礎(chǔ)模型是在CAD軟件下預(yù)先制作的三維模型，在制造基礎(chǔ)模型前，把零件的驅(qū)動尺寸建立參數(shù)，如CATIA軟件下的參數(shù)工具，在里面建立驅(qū)動尺寸的參數(shù)，然后在模型的制作過程中，把圖形中的尺寸按照公式依次與驅(qū)動尺寸建立聯(lián)系?；A(chǔ)模型建立完成后，按產(chǎn)品序列規(guī)定的圖號文件儲存在數(shù)據(jù)庫中，設(shè)計人員可以在此基礎(chǔ)上通過改變一定范圍下的參數(shù)，生成新模型。標(biāo)準(zhǔn)件，按企業(yè)常用的零件標(biāo)準(zhǔn)大類建立基本模型庫，按照標(biāo)準(zhǔn)件號進(jìn)行索引分類［6］。

2.2 信息庫的建立

零件模型中的尺寸，包括驅(qū)動尺寸，關(guān)聯(lián)尺寸和輔助尺寸。

(1)驅(qū)動尺寸是指影響圖形的主要特征的尺寸。在標(biāo)準(zhǔn)手冊中，根據(jù)不同型號，有相應(yīng)的數(shù)值，而且標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸一般有特定的字符表示，在建立信息庫，按照手冊中給定的參數(shù)名稱命名，此處，設(shè)驅(qū)動尺寸為Ai，0＜i≤N在庫中定義為字符串類型。

(2)關(guān)聯(lián)尺寸Bj， 0＜j≤M，它在模型的制作中已經(jīng)定義它與驅(qū)動尺寸的方程公式。驅(qū)動尺寸發(fā)生改變時，它會隨之發(fā)生改變，而且對于標(biāo)準(zhǔn)件，因為它的形狀相似，一般驅(qū)動尺寸與關(guān)聯(lián)尺寸的關(guān)系一定，所以在信息庫中，就不再對關(guān)聯(lián)尺寸建立相應(yīng)的參數(shù)信息。

(3)輔助尺寸CS，0＜S≤K指在圖形設(shè)計中雖然不會影響圖形的整體形狀，但也不可缺少，比如在標(biāo)準(zhǔn)手冊中未定義的倒角圓角尺寸，退刀槽尺寸等，在手冊中未給定數(shù)值，同時沒有必要隨驅(qū)動尺寸而變化。輔助尺寸信息沒必要建立在尺寸信息庫中。零件的驅(qū)動尺寸在信息庫中如表1所示，表中第一列代表這個類型零件的具體零件型號，如本表代表螺栓C040133具體的型號01220，它并與本行其他尺寸一一對應(yīng)，除第一行，其他每一行，代表一組標(biāo)準(zhǔn)件的一組參數(shù)尺寸，相對應(yīng)一個模型零件，具體構(gòu)建如表1所示。

表1 信息表建立模式

3 零件參數(shù)化程序設(shè)計

在設(shè)計終端上使用零件參數(shù)化生成程序，使用采用面向?qū)ο缶幊陶Z言Visual Basic編程，其功能由以下幾個模塊組成。

3.1 CAD軟件連接程序

設(shè)計人員在Windows系統(tǒng)的終端上打開所使用的CAD軟件，連接程序自動檢測CAD軟件，并建立參數(shù)化控制程序與CAD軟件之間的連接關(guān)系，其流程圖如圖3所示。

圖3 程序與軟件連接流程圖

圖中，循環(huán)連接嘗試，使用預(yù)先定義的i，常用的CAD軟件在Windows系統(tǒng)中的注冊表名稱列表控制變量 CAD Reg［i］，其中i=1，2，…，N，N表示系統(tǒng)可能運(yùn)行的CAD軟件的最大個數(shù)。通過Activity X連接機(jī)制依次做連接嘗試。CADAPP=getobj(CADReg(i))，部分常用的CAD注冊表項，如表2所示。

表2 常用CAD軟件注冊表名稱

連接成功與否，可通過VB的ERR系統(tǒng)變量的值判斷。

3.2 打開模型文件

連接CAD軟件成功，并可打開模型窗口，程序根據(jù)提供基礎(chǔ)模型號，在已有產(chǎn)品的目錄樹和輸入式條件檢查功能中找到模型庫的基礎(chǔ)模型。一旦查詢到基礎(chǔ)模型文件，便可以使用VB語句，調(diào)入到CAD軟件中，并立即儲存新模型文件。

3.3 參數(shù)化模型生成

基礎(chǔ)圖形被調(diào)入后，相應(yīng)的驅(qū)動參數(shù)也被顯示出來，表中的所有數(shù)據(jù)都能夠在此圖形上不改變結(jié)構(gòu)的情況下可以改變的尺寸信息。然后程序根據(jù)名稱連接到尺寸信息庫中，查找該文件的尺寸信息表，信息表中每行代表一種可能的尺寸信息。通過選擇所需的數(shù)據(jù)行來重構(gòu)圖形。需要對圖形的尺寸進(jìn)行識別，然后對尺寸變量進(jìn)行賦值，最后通過更新來達(dá)到重構(gòu)。

(1)模型尺寸變量的識別。

尺寸表第一行的字符，如表1所示，記錄了每一個尺寸的名稱，它與模型中的尺寸一一對應(yīng)。一旦名稱相同，就可以建立聯(lián)系，以便進(jìn)行進(jìn)一步賦值。

(2)尺寸驅(qū)動與圖形更新。

按尺寸信息庫中的行，自左到右，依次給驅(qū)動尺寸L(i)進(jìn)行賦值。

對于表格中的確切數(shù)值，驅(qū)動尺寸去掉第一個類別字符后，后面的數(shù)值即可直接賦值給尺寸變量。

對可改變數(shù)值的尺寸，比如一些模型的長度，可以根據(jù)范圍和需求自定義，即類別碼A后有“，”的，會自動彈出對話框，讓用戶輸入尺寸值，并按“下限，上限”規(guī)定校驗輸入值的合法性。

(3)賦值完成后，應(yīng)用Update語句更新圖形元件即可。

3.4 工程信息的導(dǎo)入

工程信息表由選擇圖形的相同文件名相對應(yīng)的工程表提供，設(shè)計者可選擇相應(yīng)的工程信息表格單元，數(shù)據(jù)被賦予給圖形中的相應(yīng)參數(shù)，如材質(zhì)、重量等。

4 應(yīng)用實例

利用上述技術(shù)和系統(tǒng)，對在CATIA中做出的螺栓模型進(jìn)行了參數(shù)化。

(1)螺栓的二維圖如圖4所示，這個模型中的A，L，U，M，TD，A，B是主要尺寸零件手冊都已給定了不同尺寸的參數(shù)。但對于尺寸E，U，R可以作為關(guān)聯(lián)尺寸，既可以用驅(qū)動尺寸的公式表示也可以作為定值，作輔助尺寸處理。

圖4 螺栓的二維圖

(2)然后在信息庫中建立數(shù)據(jù)信息表，驅(qū)動尺寸的數(shù)據(jù)錄在給定的零件名稱數(shù)據(jù)庫中，如表1所示。

(3)打開CATIA軟件，VB程序通過識別連接，打開模型窗口，并根據(jù)程序中提供的零件號，通過程序調(diào)出數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息表，利用程序段A.Value=Val(DataGridView1.Rows(i).Cells(“A”).Value.ToString().Trim())把表中的A尺寸賦給模型中的A，然后利用其它程序把表中驅(qū)動尺寸的值賦給模型并更新，即可得到新零件。

本項技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用到用UG軟件中，用以建立印刷機(jī)虛擬樣機(jī)中標(biāo)準(zhǔn)件，以及用CATIA建立的飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫。

5 結(jié)束語

通過對多種CAD環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化系統(tǒng)的開發(fā)，為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計，節(jié)省了設(shè)計時間，縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率，同時也為快速設(shè)計提供了新的思路新和方法。

［1］萬久團(tuán).黃翔.基于UG的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立［J］.機(jī)械制造與自動化，2002(6):82 －84.

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