五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與研究

周 航，千學(xué)明，段 蘭，李林瀚

（西安工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

0 引言

在五金件零部件中，存在大量相同結(jié)構(gòu)不同尺寸的零件，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，會(huì)消耗大量繪圖時(shí)間，而且很難保證模型質(zhì)量。隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了基于三維設(shè)計(jì)環(huán)境的模塊化、參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究，但是很少出現(xiàn)關(guān)于五金件三維參數(shù)化研究。本文在SolidWorks三維繪圖軟件環(huán)境下，采用VB編程語(yǔ)言，對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立了五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以及五金件參數(shù)化模板、零件庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)的研發(fā)縮短了五金件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)工作難度。

1 功能結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)五金件設(shè)計(jì)特點(diǎn)，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)可分為方案選擇模塊、幾何建模模塊和裝配模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能如下：①用戶(hù)可以通過(guò)人機(jī)界面輸入五金件相關(guān)信息，查找相應(yīng)設(shè)計(jì)模板；②通過(guò)調(diào)用零件庫(kù)零件與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)尺寸參數(shù)，快速創(chuàng)建三維模型；③能夠完成裝配。

根據(jù)功能需求，建立參數(shù)化設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基礎(chǔ)層包括硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和支撐軟件；系統(tǒng)中間層包括零件庫(kù)、裝配體庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖2所示。硬件系統(tǒng)由個(gè)人計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備組成，個(gè)人計(jì)算機(jī)硬件配置的CPU為1GHz以上，內(nèi)存為1GB以上，安裝識(shí)別的最低內(nèi)存為512MB硬盤(pán)，20GB以上可用空間。

采用目前最新的Windows操作系統(tǒng)，其具有直觀、高效的面向?qū)ο蟮膱D形用戶(hù)界面，易學(xué)易懂；面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想；非常多的軟件開(kāi)發(fā)工具，可實(shí)現(xiàn)快速軟件開(kāi)發(fā)。選用SolidWorks軟件作為系統(tǒng)軟件平臺(tái)，它是一款三維可參數(shù)化軟件，可生成工程圖、三維圖和裝配圖，且SolidWorks三維參數(shù)化為用戶(hù)提供開(kāi)發(fā)接口，即SolidWorksAPI（應(yīng)用程序接口）。

五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用CAD軟件二次開(kāi)發(fā)的方式來(lái)完成。利用SolidWorks提供的API接口，結(jié)合VB面向?qū)ο蟮木幊誊浖?shù)化五金件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)中間層框架結(jié)構(gòu)

2 五金件參數(shù)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 參數(shù)化過(guò)程

圖3為五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)流程。系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面獲取用戶(hù)信息，從零件庫(kù)中查找設(shè)計(jì)模板模型，再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)獲取尺寸數(shù)據(jù)，通過(guò)VB程序調(diào)用SolidWorksAPI參數(shù)化函數(shù)，驅(qū)動(dòng)軟件改變尺寸，重新生成新的零件。

2.2 建立五金件參數(shù)化模板

參數(shù)化模板是五金件參數(shù)化系統(tǒng)的重要組成部分，是一個(gè)包含了五金件設(shè)計(jì)知識(shí)的三維零件模型。

模板圖形幾何約束的完整性是參數(shù)化的關(guān)鍵，幾何約束關(guān)系不能出現(xiàn)欠定義或過(guò)定義，否則在參數(shù)化之后尺寸發(fā)生變化時(shí)，線與線之間位置關(guān)系也發(fā)生變化，導(dǎo)致無(wú)法生成合格的零件模型。

2.3 建立零件庫(kù)

零件庫(kù)中存儲(chǔ)著大量五金件參數(shù)化模板模型，當(dāng)用戶(hù)需要對(duì)某個(gè)零件進(jìn)行參數(shù)化時(shí)，系統(tǒng)從五金件庫(kù)中選取模板進(jìn)行參數(shù)化，圖4所示為拉手類(lèi)、角鐵類(lèi)模板。

2.4 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

模板只有通過(guò)參數(shù)化程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的尺寸數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。五金件數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，其主要存放內(nèi)容包括零件的材料屬性表、零件的尺寸數(shù)據(jù)和名稱(chēng)等。

圖3 五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

圖4 拉手類(lèi)、角鐵類(lèi)模板

2.5 零件參數(shù)化主要程序

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與SolidWorks軟件連接，在VB“工程”菜單下，“引用”中加載“SldWorks 2012Type Library”、“SolidWorks 2012Commands type library”、“SoliodWorks 2012Commands type library”。五金件零件參數(shù)化程序主要包括：

2.6 五金件參數(shù)化方法關(guān)鍵技術(shù)

在對(duì)五金件零件進(jìn)行參數(shù)化時(shí)主要采用尺寸驅(qū)動(dòng)法，應(yīng)用SolidWorksAPI參數(shù)化函數(shù)part.parameter（"尺寸名稱(chēng)＠草圖名稱(chēng)"）.Systemvalue＝變量。由于五金件需要參數(shù)化的尺寸過(guò)多，會(huì)產(chǎn)生大量的編程工作量，通過(guò)研究，提出了復(fù)式參數(shù)化方法。復(fù)式參數(shù)化方法是將尺寸驅(qū)動(dòng)法與SolidWorks帶的方程式相結(jié)合，零件的主要外形結(jié)構(gòu)尺寸采用尺寸驅(qū)動(dòng)法，零件尺寸之間的關(guān)系采用SolidWorks方程式進(jìn)行參數(shù)化，這種方法能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。T型角鐵參數(shù)化方法如圖5所示。

2.7 零件裝配設(shè)計(jì)

在零部件設(shè)計(jì)完成之后，必須進(jìn)行裝配才能形成產(chǎn)品。如何實(shí)現(xiàn)五金件零件自動(dòng)裝配是個(gè)難題，通過(guò)對(duì)SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的研究，首先將設(shè)計(jì)之后的零件在SolidWorks環(huán)境下進(jìn)行裝配，確定裝配關(guān)系，保存在裝配體庫(kù)。當(dāng)零件參數(shù)化之后，VB調(diào)用SolidWorksAPI打開(kāi)裝配體的函數(shù)OpenDoc（），軟件有自動(dòng)更新零件功能，生成新的裝配體。

圖5 T型角鐵參數(shù)化方法

2.8 創(chuàng)建人機(jī)交互界面

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，人機(jī)交互界面功能包括顯示模型示意圖片、用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)窗口、數(shù)據(jù)查詢(xún)窗口和三維模型生成命令按鈕。拉手的人機(jī)交互界面如圖6所示。

圖6 拉手的人機(jī)交互界面

3 五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

系統(tǒng)以DLL插件形式加載在SolidWorks菜單中，其工作界面如圖7所示。

圖7 五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作界面

4 結(jié)語(yǔ)

專(zhuān)用化CAD系統(tǒng)是三維CAD技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)三維參數(shù)化技術(shù)的研究，以Window為操作平臺(tái)，以SolidWorks為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了五金件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸入?yún)?shù)自動(dòng)生成零件模型，為開(kāi)發(fā)專(zhuān)用化CAD系統(tǒng)提供了依據(jù)。

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