基于SolidWorks 的加農(nóng)炮身管三維參數(shù)化建模

梁振剛，劉 耀，王 冬

(1.沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，沈陽 110168;2.齊齊哈爾北方機(jī)器有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

長期以來，火炮身管建模是較復(fù)雜的工作。在分析火炮身管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，開發(fā)火炮身管參數(shù)化建模程序，可以簡化火炮身管設(shè)計(jì)的步驟，提高火炮身管設(shè)計(jì)的效率。

1 身管結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)身管結(jié)構(gòu)特征確定如何對(duì)個(gè)各部分尺寸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方案。一般線膛炮身管從膛內(nèi)可分為3 大主要部分:藥室部、坡膛和膛線部［1］。

藥室是火炮放置發(fā)射藥和保證發(fā)射藥燃燒的空間。其容積取決于內(nèi)彈道設(shè)計(jì)，而藥室的結(jié)構(gòu)形式和尺寸則取決于彈丸的裝填方式和彈丸外形尺寸。坡膛的幾何結(jié)構(gòu)為一截圓錐，在繪制草圖時(shí)，由一條斜線來控制其幾何尺寸。只要確定這條斜線2個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)即可驅(qū)動(dòng)坡膛部分的幾何尺寸。膛線是指在身管內(nèi)表面上制造出的與身管軸線具有一定傾斜角度的螺旋槽。膛線結(jié)構(gòu)參數(shù)指膛線的寬度、深度和條數(shù)。因?yàn)樯砉艿奶啪€部內(nèi)徑是保持不變的，且與口徑相等，在平面草圖上，其尺寸靠一條平行于中心線的直線控制，即3 個(gè)參量:內(nèi)徑半徑和前后2 個(gè)端面與身管后端面的距離。所以，想要驅(qū)動(dòng)膛線部的尺寸只需改變這3 個(gè)參量的值即可。

將該加農(nóng)炮身管模型進(jìn)行劃分，可以得到14 個(gè)截面(如圖1)，這14 個(gè)截面就是構(gòu)成身管主體模型的所有參數(shù)，通過對(duì)身管主體剖面草圖上各截面上端點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行賦值的方法來對(duì)身管進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。

圖1 身管截面劃分

2 建立模板

2.1 約束關(guān)系

通過對(duì)身管內(nèi)膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和身管外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析研究可知，加農(nóng)炮身管尺寸存在一定的約束關(guān)系，所以在身管建模時(shí)，尺寸參數(shù)的輸入要滿足以下幾點(diǎn):①無論在身管的哪個(gè)截面上，外徑都必須大于內(nèi)徑，且比值不能超過3;②身管坡膛錐度的范圍為0.1 ～0.2;③身管膛線纏角α =5.0° ～7.2°;④身管膛線深度與口徑的比值t/d=2;⑤身管膛線條數(shù)是4 的倍數(shù)，陰線寬度均大于陽線寬度。

部分尺寸約束代碼:

If Cy2 ＜By2 Or Cy3 ＜By3 Or Cy4 ＜By4 Or Cy12 ＜By12 Or Cy13 ＜By13 Then

MsgBox "外徑R2 過小"，"提示"

2.2 生成膛線

膛線是身管設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，決定著身管建模的復(fù)雜程度。在炮口端面處插入一基準(zhǔn)面，約束該基準(zhǔn)面與炮口端面重合，在該基準(zhǔn)面上進(jìn)行草圖繪制，生成一個(gè)新的草圖后，首先繪制一個(gè)矩形，然后分別將該矩形的下邊上兩頂點(diǎn)與炮口內(nèi)徑所在邊線添加重合的幾何關(guān)系，將左右兩邊分別添加沿y 軸的幾何關(guān)系，上下兩邊分別添加垂直于左右兩邊的幾何關(guān)系，得到膛線的輪廓。插入螺旋線，調(diào)整方向?yàn)樘啪€方向，在屬性管理器中設(shè)置螺距為膛線的長度，圈數(shù)為1。使用插入菜單下的特征→切除掃描，在左側(cè)的屬性管理器中選擇輪廓和路徑，在輪廓輸入框中選擇所繪制的矩形膛線草圖，在路徑輸入框中選擇所插入的螺旋線。完成第1 條膛線的生成后，通過插入菜單中的陣列/鏡像→圓周陣列進(jìn)行特征圓周陣列操作，繪畫出最終所要生成的膛線條數(shù)。由此，我們就可以通過尺寸驅(qū)動(dòng)的方法對(duì)膛線條數(shù)進(jìn)行賦值，改變膛線的條數(shù)。在膛線繪制結(jié)束后可以修改螺旋線的長度和半徑、輪廓矩形的邊長，尺寸變更后所對(duì)應(yīng)的特征尺寸也會(huì)隨之更新，于是達(dá)成了尺寸驅(qū)動(dòng)的目的。

3 身管的參數(shù)化設(shè)計(jì)

使用VB 編寫程序建立與SoildWorks 的連接，根據(jù)輸入的尺寸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，生成新的身管模型［2-3］。

實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的工作流程如圖2 所示。

圖2 工作流程

3.1 建立與SolidWorks 的連接

Visual Basic 不能直接調(diào)用SolidWorks 的應(yīng)用程序并與其建立連接，他需要先創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象Object 用來“盛放”SldWorks.Application 即SldWorks 的應(yīng)用程序，通過這樣的方法獲得Solid-Works 的對(duì)象，建立了與SolidWorks 應(yīng)用程序的連接。

部分代碼:

Set swapp = CreateObject swapp.Visible

Set part = swapp.ActiveDoc

3.2 參數(shù)化驅(qū)動(dòng)

通過VB 界面輸入尺寸參數(shù)，利用已編程序判斷尺寸是否滿足約束條件，如果尺寸參數(shù)滿足約束條件，通過語句Set Part =swApp.ActiveDoc 將當(dāng)前的工作環(huán)境作為對(duì)象傳遞給Part。在soildworks 應(yīng)用程序中自動(dòng)重新生成三維身管模型。

部分代碼:

MsgBox "正在重建中"，，"提示"

part.Parameter("Bx1@草圖2").Value = Val(Ax1.Text)

part.Parameter("Bx2@ 草圖2"). Value = Val(Ax2. Text)+ Val(Ax1.Text)

4 應(yīng)用實(shí)例

輸入數(shù)據(jù)如圖3 所示，重新生成的三維身管模型如圖4所示。

5 結(jié)束語

本文在火炮身管結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，以某加農(nóng)炮身管為例，確定了建模尺寸參數(shù)。使用VB 語言在SolidWorks 基礎(chǔ)上編寫了身管三維參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)了對(duì)身管模型的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，提高了火炮設(shè)計(jì)工作的效率。

［1］潘玉田.炮身設(shè)計(jì)［M］.兵器工業(yè)出版社，2007.

［2］王東.Visual Basic 為基的SolidWorks 標(biāo)準(zhǔn)零件庫設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代制造工藝，2008(8):52 -54.

［3］陳家兌.基于solidworks 的斜齒輪參數(shù)化三維建模［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2010(2):31 -32.