基于SolidWorks的陶瓷模具參數(shù)化設(shè)計(jì)

王 宣，代曉波，董玉德

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 數(shù)字化設(shè)計(jì)與研究中心，安徽 合肥230000；2.阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程科技學(xué)院，安徽 阜陽236031）

我國的陶瓷墻地磚模具制造業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為規(guī)模型產(chǎn)業(yè)［1］，但項(xiàng)目調(diào)研發(fā)現(xiàn)，模具的設(shè)計(jì)普遍沿用二維CAD軟件，不能充分滿足當(dāng)前模具設(shè)計(jì)系列化、快速化的市場需求.基于三維CAD軟件的模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將會減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性工作，提高設(shè)計(jì)效率，是模具行業(yè)提高設(shè)計(jì)手段的發(fā)展趨勢.

SolidWorks作為目前主流三維CAD軟件之一，不僅具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新的特色，而且SolidWorks還提供了開發(fā)性和兼容性良好的應(yīng)用程序開發(fā)接口 （SolidWorks API），凡是支持OLE和COM的編程語言如Visual C＋＋、Visual Basic、Delphi等均可用于SolidWorks的二次開發(fā)［2］.VC＋＋6.0是當(dāng)今流行的軟件開發(fā)工具之一，是程序員的首選編程利器［3］.使用VC＋＋6.0對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，能夠充分利用SolidWorks API，而且開發(fā)出的DLL應(yīng)用程序作為插件直接嵌入到SolidWorks內(nèi)部，加載成功后專用系統(tǒng)菜單直接出現(xiàn)在SolidWorks主菜單上，如SolidWorks原有菜單一樣操作方便，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，但使用VC＋＋進(jìn)行二次開發(fā)對開發(fā)人員的要求較高.目前，對金屬和塑料模具二次開發(fā)的研究已有不少先例，如姚敏敏等人利用Visual Basic開發(fā)了基于SolidWorks的精沖模設(shè)計(jì)系統(tǒng)［4］；李凱嶺等人在Visual Basic環(huán)境下開發(fā)了一個基于SolidWorks的智能注塑模具CAD系統(tǒng)［5］等，而采用VC＋＋二次開發(fā)陶瓷模具專用系統(tǒng)的研究卻較少.因此，根據(jù)模具市場需求，本文研究用VC＋＋6.0基于SolidWorks二次開發(fā)的陶瓷墻地磚模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法

在SolidWorks中，由二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要是尺寸驅(qū)動法和程序驅(qū)動法［6］.尺寸驅(qū)動法需要先建立零件模板再通過程序生成新零件，而程序驅(qū)動法不需要建立零件模板就可以通過程序驅(qū)動生成新零件.尺寸驅(qū)動法程序代碼簡潔高效，是目前參數(shù)化設(shè)計(jì)較常用的方法，選用此方法作為陶瓷墻地磚模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示.實(shí)現(xiàn)這種參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是SolidWorks API、ATL技術(shù)、參數(shù)化建模技術(shù)、數(shù)據(jù)庫建立與訪問技術(shù).

1.1 SolidWorks API

SolidWorks通過OLE（Object Linking and Embedding，對象鏈接與嵌套）技術(shù)為用戶提供了強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)接口API.在SolidWorks API內(nèi)封裝了大量的采用COM（Component Object Model，組件對象模型）技術(shù)構(gòu)造的接口對象，每個接口對象都是由接口、屬性、方法與事件組成［3］.在進(jìn)行SolidWorks二次開發(fā)時，需要先得到SolidWorks API對象的接口，然后才能使用對象的方法和屬性.這些對象呈樹狀層次結(jié)構(gòu)分布，位于頂端的SolidWorks對象是所有其它接口對象的父類，如果想要訪問某一對象，必須先從SolidWorks對象對其子對象進(jìn)行遍歷，直到找到該對象［3］.

接口對象的方法或?qū)傩跃褪茿PI函數(shù)，這些API函數(shù)可被Visual C＋＋、Visual Basic、Delphi等編程工具調(diào)用，使得開發(fā)出的程序具有直接訪問SolidWorks的能力.用戶通過對這些對象屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用，就可以在自己開發(fā)的程序中對SolidWorks進(jìn)行各種操作，完成零件草圖的繪制和修改，零件各種特征的建立和修改，零件的特征信息、裝配信息及工程圖紙信息的提取等.

圖1 零件參數(shù)化設(shè)計(jì)流程圖

1.2 ATL技術(shù)

微軟公司推出的COM開發(fā)工具ATL實(shí)質(zhì)上是一套C＋＋模板庫，它采用特定的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)（包括COM技術(shù)、C＋＋模板類技術(shù)及C＋＋多重繼承技術(shù)等）.由于其擺脫了大量冗余代碼，開發(fā)出來的COM應(yīng)用程序代碼簡潔高效，因而迅速成為開發(fā)COM組件的得力工具.從SolidWorks2006版本開始，在該軟件提供的二次開發(fā)向?qū)е校琕isual C＋＋6.0平臺上的向?qū)Ь褪腔贏TL技術(shù)構(gòu)造的［7］.

使用ATL開發(fā)一個COM組件一般有以下幾個步驟［8］：（1）創(chuàng)建一個新的ATL工程.（2）向工程添加新的ATL對象.（3）根據(jù)COM應(yīng)用要求向新的ATL對象添加接口.（4）完成代碼編寫，編譯鏈接工程，注冊COM組件.

1.3 參數(shù)化建模技術(shù)

參數(shù)化建模是以約束來表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征，通過定義一組參數(shù)控制設(shè)計(jì)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整參數(shù)修改設(shè)計(jì)模型的目的，從而設(shè)計(jì)一簇在形狀或功能上具有相似性特征的零件設(shè)計(jì)方案.目前，參數(shù)化建模可分為基于尺寸驅(qū)動的參數(shù)化建模，基于約束驅(qū)動的參數(shù)化建模，基于特征的參數(shù)化建模3種方法［9］.基于尺寸驅(qū)動的參數(shù)化建模，是指通過修改模型的幾何尺寸，達(dá)到改變模型形狀的目的，它是目前最基本的、應(yīng)用最為廣泛的建模方法，本文模具零件模板就是采用這種三維建模方法的.零件模板參數(shù)化建模時，應(yīng)注意：（1）合理設(shè)計(jì)建模思路，使實(shí)體模型生成的驅(qū)動尺寸為參數(shù)尺寸.（2）滿足草圖全約束，保證尺寸驅(qū)動模型重建的可靠性.（3）對于與參數(shù)尺寸有數(shù)學(xué)關(guān)系的其它模型尺寸，利用So1idWorks的方程式功能，建立以參數(shù)尺寸為自變量的關(guān)系式使之關(guān)聯(lián).

1.4 數(shù)據(jù)庫建立與訪問技術(shù)

為了方便快捷地通過參數(shù)化設(shè)計(jì)生成相似零件，需要將參數(shù)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，目前可供選擇的數(shù)據(jù)庫很多.其中Access簡單易用，接口靈活，完全滿足零件參數(shù)化設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)管理的要求，因此常選用Access作為管理數(shù)據(jù)的工具，本文采用Access建立尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)庫.

對數(shù)據(jù)庫的訪問就是通過建立與數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)通道，利用此通道實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，完成對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改等操作.VC＋＋提供了多種數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，如ODBC、DAO、OLE DB、ADO等.考慮ADO功能強(qiáng)大，編程簡潔高效，本實(shí)例使用ADO訪問數(shù)據(jù)庫.ADO包含了3個獨(dú)立對象和4個非獨(dú)立對象，其中獨(dú)立對象Connection（連接對象）代表與數(shù)據(jù)源的連接，是ADO對象模型的基礎(chǔ)；獨(dú)立對象Recordset（記錄集對象）用于建立記錄集，并負(fù)責(zé)處理記錄集中的數(shù)據(jù)，是ADO對象模型的核心；獨(dú)立對象Command（命令對象）主要用于查詢數(shù)據(jù)庫，并返回記錄集對象中的記錄［10］.

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

陶瓷墻地磚模具是一種生產(chǎn)一定形狀和尺寸要求的陶瓷墻地磚坯的模具［11］.陶瓷墻地磚坯品種變化多樣，為了滿足不同生產(chǎn)廠家的需求，模具企業(yè)需要不斷改變設(shè)計(jì)，快速生產(chǎn)出不同系列不同規(guī)格的模具.圖2所示為本項(xiàng)目開發(fā)的YP系列模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面，從左側(cè)樹形圖中可知，底板是模具的基礎(chǔ)零件，盡管模具系列相同，但底板尺寸規(guī)格多達(dá)近十種.底板零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，可明顯提高設(shè)計(jì)效率.下面就以底板為例，詳細(xì)說明零件參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程.

2.1 建立零件模板的三維模型

在So1idWorks中建立零件模板的三維模型時，最好重命名模型驅(qū)動尺寸使之與參數(shù)尺寸名稱一致，便于程序識別.本文以“底板.SLDPRT"保存在“D：＼模具參數(shù)化設(shè)計(jì)＼模板模型＼”為底板模型，以備調(diào)用.

2.2 建立零件尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表

在Access中創(chuàng)建“YP4000－800－800－1W.mdb”數(shù)據(jù)庫，在庫中建立底板尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表等關(guān)聯(lián)表，如圖3所示，保存路徑為“D：＼模具參數(shù)化設(shè)計(jì)＼數(shù)據(jù)庫＼YP系列＼YP4000－800－800－1W.mdb”.

2.3 二次開發(fā)編程

（1）創(chuàng)建新的ATL工程并添加ATL對象 在Visual C＋＋6.0環(huán)境中，使用ATL COM AppWizard對象向?qū)ЫLL工程，自定義名稱為mold，然后在工程中添加新的ATL對象mpd，向?qū)ё詣由山涌贗mpd，該接口是所開發(fā)的模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)插件與SolidWorks的通信接口，接下來通過添加代碼實(shí)現(xiàn)本插件所要具備的功能.

（2）添加菜單和菜單項(xiàng) 在工程資源的String Table（字串表）中定制菜單資源，在IDS－MOLD－message－ITEM欄中添加顯示內(nèi)容：YP系列模具＠模具參數(shù)化設(shè)計(jì)，其中“模具參數(shù)化設(shè)計(jì)”是添加到So1idWorks界面的菜單名稱，“YP系列模具”是該下拉菜單的菜單項(xiàng)，在IDS－MOLD－message－METHOD欄中添加顯示方法，效果如圖2所示.

圖2 模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面圖

圖3 數(shù)據(jù)庫部分關(guān)聯(lián)表展示圖

（3）創(chuàng)建用戶操作界面 首先用對話框資源編輯器創(chuàng)建底板對話框模板資源.然后利用類向?qū)lass Wizard添加對話框類dbandlg，并向?qū)υ捒蝾愄砑酉⑻幚砗瘮?shù)、成員變量等，向?qū)ё詣由稍搶υ捒蝾惖膁bandlg.h和dbandlg.cpp文件.最后聲明對話框類的對象以便激活對話框，添加的主要代碼如下：

（4）訪問數(shù)據(jù)庫 將已建立的底板尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表載入底板操作界面的列表框中，主要實(shí)現(xiàn)步驟是：①在工程的StdAfx.h文件里引入ADO庫文件，添加代碼如下：＃import"C：＼Program Files＼Common Files＼SYSTEM＼ADO＼msado15.dll"no－namespace rename（"EOF"，"adoEOF"）rename（"Parameter"，"adoParameter"）msado15.dll動態(tài)鏈接庫中定義了ADO接口對象.②連接數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)表.一般使用函數(shù)open或使用UDL文件連接數(shù)據(jù)庫.采用UDL文件的方便之處是，當(dāng)數(shù)據(jù)源改變后，只需雙擊相應(yīng)的UDI文件打開屬性對話框重置數(shù)據(jù)源即可，不用更改軟件編制的程序.實(shí)例選用了此方法，建立了TCCSH.udl文件.在dbandlg.h和dbandlg.cpp文件中添加的主要代碼是：

（5）參數(shù)尺寸驅(qū)動模板模型改變，生成新零件 ①將底板操作界面列表框內(nèi)的一行數(shù)據(jù)，賦值給對話框中的編輯框，獲得驅(qū)動尺寸參數(shù)，如圖4所示.

圖4 底板操作界面圖

主要代碼：

2.4 編譯鏈接，生成.dll文件，加載插件

在SolidWorks中，通過點(diǎn)擊菜單“工具／插件”，打開插件對話框，選擇mold插件完成加載；也可點(diǎn)擊菜單“文件／打開”，選擇文件類型Add－Ins，打開mold.dll文件實(shí)現(xiàn)加載.

圖5 底板三維模型圖

2.5 運(yùn)行實(shí)例

打開SolidWorks菜單欄里“模具參數(shù)化設(shè)計(jì)”下拉菜單，選擇“YP系列模具”選項(xiàng)，打開系統(tǒng)主界面，雙擊主界面樹形圖中“底板”選項(xiàng)，彈出“底板”操作界面，雙擊列表框中“圖號”是“YP4881DB－2”的一行數(shù)據(jù)，編輯框內(nèi)出現(xiàn)相應(yīng)尺寸參數(shù)，也可手動輸入尺寸參數(shù)，然后單擊“三維模型”按鈕，生成新的底板三維模型，如圖5所示.

3 結(jié)束語

以SolidWorks為平臺，運(yùn)用VC＋＋6.0二次開發(fā)工具，開發(fā)陶瓷墻地磚模具參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相似零件的快速設(shè)計(jì)，有利于滿足模具產(chǎn)品系列化、快速化的設(shè)計(jì)需求.同時零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，對其他品種規(guī)格多樣的零件實(shí)現(xiàn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)具有一定的參考價值，達(dá)到減少零件種類、縮短設(shè)計(jì)周期、減少工藝裝備、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的.

［1］姚德良，呂暉.陶瓷墻地磚模具制造業(yè)現(xiàn)狀、問題及建議［J］.陶瓷，1996（4）：3－5.

［2］董玉德，趙韓.CAD二次開發(fā)理論與技術(shù)［M］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009：7－11.

［3］王文波，涂海寧，熊君星.SolidWorks2008二次開發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)例（VC＋＋）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009：4－12.

［4］姚敏敏，陳昊哲，許樹勤.基于SolidWorks二次開發(fā)的精沖模設(shè)計(jì)系統(tǒng)［J］.液壓裝備與制造技術(shù)，2009（1）：93－95.

［5］李凱嶺，孫乃坤，朱連富，等.基于SolidWorks的注塑模具CAD系統(tǒng)［J］.山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，34（2）：22－26.

［6］王東，蒲小瓊.基于SolidWorks的機(jī)械零件參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械制造與研究，2004，33（5）：15－17.

［7］陳岳坪，高健.基于 ATL技術(shù)的SolidWorks二次開發(fā)新方法［J］.模具工業(yè)，2009，35（6）：5－7.

［8］王影.VC＋＋中訪問COM 組件的五種方法［J］.計(jì)算機(jī)時代，2005（12）：69－71.

［9］陳璐.基于SolidWorks的參數(shù)化建模［J］.CAD／CAM 與制造業(yè)信息化，2007（2－3）：72－73.

［10］李明星.起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)三維參數(shù)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［D］.太原：太原科技大學(xué)，2012：21－25.

［11］向衛(wèi)兵，王剛.陶瓷墻地磚模具類型與分析［J］.佛山陶瓷，2008（3）：29－32.