基于SolidWorks 沖模標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

張信群

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)工程系，安徽 滁州 239000)

隨著三維CAD 技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了模具工業(yè)的發(fā)展，使模具零件設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在非常直觀的三維環(huán)境下進(jìn)行。SolidWorks 作為一種簡(jiǎn)單、易用的三維設(shè)計(jì)軟件，在我國(guó)模具企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

由于沖壓模具屬于標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的工藝裝備，如果各種模具標(biāo)準(zhǔn)件能夠直接從CAD 系統(tǒng)中建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中直接調(diào)用，則可以縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。在我國(guó)模具企業(yè)推廣沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化的有效途徑。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理和方法

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理

對(duì)于某一種規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件建立起來(lái)的三維幾何模型中包含著幾何約束，這些幾何約束又可以分為結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指零件各幾何元素之間的固定關(guān)系，如各幾何元素之間的相對(duì)位置關(guān)系(平行、相切、對(duì)稱(chēng)等)、建模過(guò)程中的“拉伸”、“倒角”等特征關(guān)系，結(jié)構(gòu)約束對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件的系列零件是均保持不變的。尺寸約束是零件各幾何元素之間的數(shù)值關(guān)系，通過(guò)尺寸標(biāo)注來(lái)表示，包括數(shù)值相同的不變尺寸和控制零件形狀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的尺寸，后者稱(chēng)為特征尺寸。參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理是先建立標(biāo)準(zhǔn)件的初始幾何模型，將特征尺寸設(shè)定為可以任意調(diào)整的變量參數(shù)，當(dāng)變化一個(gè)參數(shù)值，系統(tǒng)將自動(dòng)改變所有與它相關(guān)的尺寸;用戶通過(guò)賦予變量參數(shù)不同的數(shù)值來(lái)修改和控制幾何形狀，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)零件模型的完全更新。

沖模標(biāo)準(zhǔn)件是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系列零件，如圖1 所示為在SolidWorks 環(huán)境下創(chuàng)建后角導(dǎo)柱下模座的三維模型，完整過(guò)程包括:建立4 個(gè)“草圖”文件和2 個(gè)“基準(zhǔn)面”、3 次“拉伸”、1 次“拉伸—切除”和6 次“倒角”，整個(gè)建模過(guò)程比較繁瑣，共需要標(biāo)注31 個(gè)控制模型各部分形狀結(jié)構(gòu)的尺寸(其中包括有一部分尺寸是重復(fù)的)，但不是每一個(gè)尺寸在建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)時(shí)都需要調(diào)用的。

圖1 后角導(dǎo)柱下模座的三維模型

經(jīng)過(guò)分析和換算，該實(shí)體造型的特征尺寸共有12 個(gè)，如圖2 所示。參數(shù)化設(shè)計(jì)就是著眼于對(duì)這12 個(gè)特征尺寸所對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)賦予不同的數(shù)值，后角導(dǎo)柱下模座零件結(jié)構(gòu)就會(huì)隨之改變，因此是一種高效的設(shè)計(jì)方法。

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法

1.2.1 傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法及其不足

模具標(biāo)準(zhǔn)化在企業(yè)已經(jīng)越來(lái)越得到重視，目前在模具企業(yè)中也逐步開(kāi)始引導(dǎo)技術(shù)人員在模具標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)中引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法是直接通過(guò)C、VB、VC 等高級(jí)程序調(diào)用SolidWorks API 函數(shù)繪制三維造型，三維造型完全由程序生成，這種方法稱(chēng)為編程法。

SolidWorks 提供了幾百個(gè)API 函數(shù)，用戶SolidWork 軟件自帶的宏工具錄制零件造型的全過(guò)程，通過(guò)修改宏程序代碼將選定的變量參數(shù)與API函數(shù)對(duì)接，用指定的數(shù)值或程序計(jì)算出的數(shù)值作為API 函數(shù)變量的值，并按該值重新完成整個(gè)三維造型過(guò)程。

編程法的主要不足在于:

(1)完全依賴(lài)錄制的宏程序代碼來(lái)描述建模的過(guò)程，程序代碼繁雜、冗長(zhǎng)。零件重新造型時(shí)，需要從頭到尾地執(zhí)行一遍程序，時(shí)間比較長(zhǎng)、效率低，并且系統(tǒng)的可維護(hù)性差。

(2)對(duì)于復(fù)雜零件的建模過(guò)程，使用宏工具錄制時(shí)難免會(huì)有遺漏，導(dǎo)致宏程序代碼不完整，因此重新造型生成的零件結(jié)構(gòu)會(huì)有殘缺。

(3)如果要得到?jīng)]有殘缺的再造型零件，用戶就必須使用SolidWorks API 函數(shù)自行編寫(xiě)程序代碼，來(lái)補(bǔ)齊宏工具錄制遺漏的過(guò)程。但是Solid-Works 內(nèi)部有幾百個(gè)API 函數(shù)，對(duì)于沒(méi)有熟練掌握高級(jí)編程語(yǔ)言的設(shè)計(jì)人員而言，難度很大，并且查找、核對(duì)宏代碼的過(guò)程非常繁瑣，也影響了模具設(shè)計(jì)的效率。

1.2.2 尺寸驅(qū)動(dòng)法的原理和優(yōu)勢(shì)

由于我國(guó)中、小型模具企業(yè)的設(shè)計(jì)人員主要來(lái)自本科和高職院校的機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生，在校期間學(xué)校均高度重視培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)軟件的實(shí)際操作能力，而對(duì)程序語(yǔ)言類(lèi)課程則是忽略或淡化。工作后企業(yè)以生產(chǎn)為第一要?jiǎng)?wù)，也鮮有這方面的培訓(xùn);同時(shí)繁重的工作任務(wù)也使他們沒(méi)有精力再深入學(xué)習(xí)程序語(yǔ)言類(lèi)課程。因此設(shè)計(jì)人員雖然能夠熟練操作SolidWorks 軟件，也能夠認(rèn)識(shí)到編程法在參數(shù)化設(shè)計(jì)中的重要性，但是實(shí)際應(yīng)用卻是力不從心。

本文主要探索另外一種參數(shù)化設(shè)計(jì)途徑——尺寸驅(qū)動(dòng)法，它只需要設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單掌握任一種程序語(yǔ)言，就可以在SolidWorks 平臺(tái)上完成。

尺寸驅(qū)動(dòng)法是在編程法基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，尺寸驅(qū)動(dòng)法的原理是對(duì)零件標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行尺寸分析，確定變量參數(shù)，尺寸驅(qū)動(dòng)程序只需修改這些變量參數(shù)的值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)模型完全更新。

尺寸驅(qū)動(dòng)法的優(yōu)勢(shì)在于:

(1)不需要使用宏工具錄制零件整個(gè)造型過(guò)程，編寫(xiě)的程序代碼是針對(duì)特定的變量參數(shù)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，避免了部分過(guò)程被遺漏。

(2)重新建模省去了編程法中重復(fù)所有造型步驟的過(guò)程，而只是更新改變的尺寸數(shù)值所對(duì)應(yīng)的模型部分的結(jié)構(gòu)，所以系統(tǒng)運(yùn)行速度快，設(shè)計(jì)效率高。

(3)編寫(xiě)的程序代碼總量大大減少，程序代碼具有比較固定的格式，不要求設(shè)計(jì)人員掌握SolidWorks API 函數(shù)的具體含義也能完成。

由此可見(jiàn)，在模具企業(yè)推廣參數(shù)化設(shè)計(jì)，應(yīng)該優(yōu)先選擇尺寸驅(qū)動(dòng)法。

2 沖模標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)的流程

在沖壓模具中，模座是最復(fù)雜的沖模標(biāo)準(zhǔn)件。本文以后角導(dǎo)柱下模座:250 × 200 × 50 GB/T2855.6－1990 為例，將尺寸驅(qū)動(dòng)法與數(shù)據(jù)庫(kù)Microsoft Access 相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化造型。

2.1 建立后角導(dǎo)柱下模座參數(shù)化模型

2.1.1 在SolidWorks 界面建立初始零件模型

在SolidWorks 界面建立后角導(dǎo)柱下模座的零件模型，如圖1 所示。

2.1.2 將特征尺寸設(shè)定為變量參數(shù)

后角導(dǎo)柱下模座零件模型的特征尺寸共有12個(gè)，只要對(duì)它們指定不同的數(shù)值，零件結(jié)構(gòu)就會(huì)隨之改變。

SolidWorks 系統(tǒng)會(huì)為標(biāo)注的尺寸自動(dòng)賦予尺寸名稱(chēng)，但是這種命名是隨機(jī)的，沒(méi)有規(guī)則可循，并且可以重復(fù)，不可以作為變量參數(shù)的名稱(chēng)。所以為了在程序代碼中調(diào)用尺寸方便，應(yīng)該將后角導(dǎo)柱下模座實(shí)體圖中特征尺寸的命名為變量參數(shù)，其名稱(chēng)應(yīng)盡量與國(guó)標(biāo)的規(guī)定保持一致，如導(dǎo)柱孔直徑命名為D1、D，其他變量參數(shù)還有:A1、R、S、A2、L1、b、L2、H、h、H1 (注:尺寸單位均為mm)，如圖2 所示。

圖2 后角導(dǎo)柱下模座的尺寸名稱(chēng)

2.2 建立人機(jī)對(duì)話窗口

2.2.1 選擇合適的程序語(yǔ)言

任何支持OLE 或COM 的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都可以作為編程工具，常用的有C、VB 、VC 等，相比之下，VB 語(yǔ)言更加大眾化，它保留了Basic 語(yǔ)法簡(jiǎn)潔、直觀簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，又充分利用了windows 平臺(tái)的圖形優(yōu)勢(shì)，為用戶提供了一個(gè)直覺(jué)的、全新的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和嶄新的可視化軟件開(kāi)發(fā)工具。

針對(duì)每一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(開(kāi)發(fā)工具)，Solid-Works 軟件提供了不同的接口連接方式。實(shí)現(xiàn)VB與SolidWorks 軟件連接的程序代碼如下:

(1)打開(kāi)一個(gè)新的SolidWorks 實(shí)例

Sub main ()

Dim swApp As SldWorks. SldWorks.

Set swApp=GreateObject(，“SldWorks.Application”)

(2)連接一個(gè)已經(jīng)運(yùn)行的SolidWorks 實(shí)例

Sub main ()

Dim swApp As SldWorks. SldWorks.

Set swApp=GetObject(，“SldWorks.Application”)

2.2.2 建立人機(jī)對(duì)話窗口

建立一個(gè)VB 工程文件，將VB 窗體的界面設(shè)計(jì)成為一個(gè)人機(jī)對(duì)話窗口。在VB 窗體上添加如下控件:

(1)一個(gè)Image 控件?？梢詾橛脩麸@示圖片。VB 程序運(yùn)行時(shí)，適當(dāng)?shù)夭迦胍恍﹫D形，會(huì)使VB窗體豐富多彩，且更加直觀。

(2)一個(gè)Data 控件。作用是建立VB 工程文件與數(shù)據(jù)庫(kù)Access 之間的聯(lián)系。

(3)一個(gè)MSFlexGrid1 控件。它是微軟的一個(gè)網(wǎng)格控件，用于數(shù)據(jù)庫(kù)文件的顯示及交互操作。

但是在VB 標(biāo)準(zhǔn)工具箱沒(méi)有這個(gè)控件，需要用戶添加，方法是打開(kāi)“工程”菜單，在二級(jí)菜單中點(diǎn)選“部件”，在彈出的對(duì)話框中勾選Microsoft FlexGrid control 6.0 (SP6)選項(xiàng)即可。

(4)兩個(gè)Command 按鈕。分別命名為“建?！?、“退出”，單擊Command 按鈕，可以達(dá)到程序執(zhí)行和終止的目的。簡(jiǎn)單易操作，并且一目了然。

2.3 建立標(biāo)準(zhǔn)模座變量參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的后角導(dǎo)柱下模座的規(guī)格較多，在參數(shù)化造型過(guò)程中所涉及的數(shù)據(jù)量很大，為了便于管理和調(diào)用，可以將標(biāo)準(zhǔn)模座的特征尺寸數(shù)值存儲(chǔ)到用Access 建立的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，構(gòu)成參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

在本例中，運(yùn)行Access 2000，建立一個(gè)空數(shù)據(jù)庫(kù)文件，文件命名為“后角導(dǎo)柱下模座. mdb”，和后角導(dǎo)柱下模座的零件模型保存在同一個(gè)文件夾中。建立數(shù)據(jù)表如圖3 所示，這種數(shù)據(jù)表實(shí)際上就是后角導(dǎo)柱下模座的變量參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖3 后角導(dǎo)柱下模座數(shù)據(jù)表

2.4 編寫(xiě)的VB 程序代碼

2.4.1 用Dim 語(yǔ)句定義變量

將后角導(dǎo)柱下模座實(shí)體造型的12 個(gè)變量參數(shù)定義為VB 程序變量，如對(duì)導(dǎo)柱孔直徑D1、D 定義變量的程序語(yǔ)句為:

Dim swApp As Object

Dim swPart As Object

Dim D1 As Double

Dim D As Double

2.4.2 窗體加載圖片程序語(yǔ)句

Private Sub Form_ Load ()

Image1. Picture=LoadPicture(App. Path ＆“下模座. JPG”)

本程序語(yǔ)句的作用是增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話窗口的視覺(jué)效果，在程序運(yùn)行之初，窗口中就能顯示后側(cè)導(dǎo)柱下模座零件的三維造型圖片。

2.4.3 建立參數(shù)變量和參數(shù)數(shù)據(jù)表連接的程序語(yǔ)句

Data1. DatabaseName =App. Path ＆“ 下模座. mdb”

Data1. RecordSource= “表1”

本程序語(yǔ)句的作用是伴隨著程序開(kāi)始運(yùn)行，在窗口中立即顯示后側(cè)導(dǎo)柱下模座零件的參數(shù)數(shù)據(jù)表。

用MSFlexGrid1 控件讀取數(shù)據(jù)表中參數(shù)數(shù)值，如讀取導(dǎo)柱孔直徑D1、D 定參數(shù)值的程序語(yǔ)句為:

Private Sub MSFlexGrid1_ SelChange ()MSFlexGrid1.Col=2:D1=CDbl(MSFlexGrid1.Text)MSFlexGrid1.Col=3:D=CDbl(MSFlexGrid1.Text)

2.4.4 對(duì)參數(shù)變量重新賦值的程序語(yǔ)句

如對(duì)導(dǎo)柱孔直徑D1、D 重新賦值:

swPart. Parameter(“D1@草圖4”). SystemValue=D1 / 1000

swPart. Parameter(“D@ 草圖4”). SystemValue=D / 1000

注:由于在VB 程序中參數(shù)的數(shù)值是以米為單位，所以各參數(shù)變量的取值必須除以1000。

2.4.5 重新建模并調(diào)整到全屏顯示的程序語(yǔ)句

swPart. EditRebuild

swPart. ViewZoomtofit2

從以上程序代碼可以看出，主要的程序語(yǔ)句都是VB 編程語(yǔ)言中固定的語(yǔ)句格式，可以直接套用;針對(duì)變量參數(shù)的程序代碼相似度很高，設(shè)計(jì)人員只需要掌握一些常規(guī)的、通用的程序段，達(dá)到開(kāi)發(fā)整個(gè)程序要求的難度并不高。

2.5 生成可執(zhí)行的EXE 文件

EXE 格式的文件，可以在沒(méi)有安裝VB 軟件的計(jì)算機(jī)上直接在SolidWorks 界面運(yùn)行，并且操作人員看不到程序代碼，能夠很好地保護(hù)企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)機(jī)密。

本例中生成的EXE 文件，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行命名。該文件也提供了一個(gè)人機(jī)對(duì)話窗口，在窗口中可以看到數(shù)據(jù)表(即參數(shù)庫(kù))，能夠使用戶在參數(shù)化造型之前就對(duì)各種型號(hào)模座零件的相應(yīng)尺寸有全面了解。執(zhí)行EXE 文件時(shí)只要在數(shù)據(jù)表中選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)，點(diǎn)擊“建?！卑粹o，就可以得到相應(yīng)的下模座造型，如圖4 所示。

圖4 后角導(dǎo)柱下模座造型

3 結(jié)論

企業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)出符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的需求越來(lái)越高，本文中探討的沖模標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)際上就是建立起沖模標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。編寫(xiě)的程序代碼簡(jiǎn)單、易學(xué)，人機(jī)對(duì)話窗口簡(jiǎn)潔、友好，設(shè)計(jì)人員很容易掌握。模座參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，完全可以推廣到其他沖模標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)中，從而在企業(yè)設(shè)計(jì)人員之間建立起共享資源。經(jīng)過(guò)在滁州市兩家模具企業(yè)內(nèi)應(yīng)用，效果很好。

［1］季忠，王曉麗，劉韌. 沖壓模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化－SolidWorks應(yīng)用［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］魏錚，牟林.SolidWorks 2004 冷沖模設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［3］趙萬(wàn)龍.Visual Basic 程序設(shè)計(jì)［M］. 北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［4］張信群.SolidWorks 二次開(kāi)發(fā)在沖模標(biāo)準(zhǔn)件中的應(yīng)用［J］. 制造業(yè)自動(dòng)化，2010，(12 上):70－72.