何西登,沈景鳳
(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,上海 200093)
基于Web的鋁管加工專用機(jī)床參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)
何西登,沈景鳳
(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,上海 200093)
利用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)鋁管加工專用機(jī)床是個(gè)繁雜的工作,且效率低下,文中在總結(jié)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行研究,利用Visual Basic.Net程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,結(jié)合SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)SolidWorks軟件進(jìn)行二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了鋁管加工專用機(jī)床的本地單機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)。并在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用Java語(yǔ)言,結(jié)合Web開發(fā)技術(shù),開發(fā)了鋁管加工專用機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了鋁管加工專用機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的快速設(shè)計(jì),提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。
鋁管加工機(jī)床;二次開發(fā);參數(shù)化設(shè)計(jì);網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)
鋁管加工機(jī)床是用于鋁管端面內(nèi)外倒角的專用機(jī)床,對(duì)于鋁管加工專用機(jī)床,由于其的設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜,按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)勞動(dòng),開發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),可充分利用已有的設(shè)計(jì)成果,大幅提高鋁管加工專用機(jī)床的設(shè)計(jì)效率。但傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)通常只能在單機(jī)中使用,其應(yīng)用的范圍較小,限制了使用價(jià)值。通過采用Web開發(fā)技術(shù),建立基于Web服務(wù)的鋁管加工專用機(jī)床參數(shù)化系統(tǒng),能夠擴(kuò)大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的高效化,達(dá)到充分利用系統(tǒng)的目的。
1.1 SolidWorks二次開發(fā)方法
在SolidWork三維軟件中,產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)可采用兩種方法:第一種是尺寸驅(qū)動(dòng)法,尺寸驅(qū)動(dòng)法通過改變所建立的模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模型的特征參數(shù)使模型得以重新構(gòu)建[1];第二種是完全編程的方法,這種方法要通過SolidWorks API函數(shù),來自動(dòng)完成模型的構(gòu)建。本文中使用設(shè)計(jì)變量與編程技術(shù)相結(jié)合的方式來對(duì)鋁管加工專用機(jī)床進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。
SolidWorks通過COM技術(shù)為用戶提供了API應(yīng)用編程接口,該接口中有大量可實(shí)現(xiàn)各種功能的函數(shù),用戶可使用這些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)自身的設(shè)計(jì)功能。SolidWorks API編程接口可被Visual Basic、C/C++以及其它支持OLE的開發(fā)程序調(diào)用,以擴(kuò)展SolidWorks的功能。本系統(tǒng)對(duì)SolidWorks二次開發(fā)的工具為VB.NET面向?qū)ο笳Z(yǔ)言,其能方便的訪問數(shù)據(jù)庫(kù),支持對(duì)象的嵌入與鏈接,在SolidWorks中利用宏錄制所形成的代碼只需稍加修改就能在VB.NET環(huán)境中運(yùn)行[2]。
1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過對(duì)鋁管加工專用機(jī)床各方面資料分析,結(jié)合以往開發(fā)經(jīng)驗(yàn),明確了鋁管加工專用機(jī)床的目標(biāo)功能、系統(tǒng)組成、各個(gè)模塊之間的關(guān)系和應(yīng)用環(huán)境等各種因素,確立了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
筆者開發(fā)的基于Web服務(wù)的鋁管加工專用機(jī)床CAD系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)將整個(gè)系統(tǒng)分為客戶端和服務(wù)器端兩個(gè)基本層[3]。
本系統(tǒng)的客戶端提供給用戶人機(jī)交互的界面,包括用戶服務(wù)模塊、用戶管理模塊、發(fā)布模塊、在線幫助模塊[4]。
本系統(tǒng)的服務(wù)器端集成了以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、計(jì)算公式等知識(shí)庫(kù),內(nèi)嵌了需要開發(fā)系統(tǒng)的各種軟件工具如:SolidWorks2013、VB.NET、AutoCAD等,可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能、管理功能,通過以太網(wǎng)結(jié)合計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù),實(shí)現(xiàn)了基于Web的網(wǎng)絡(luò)化。
鋁管加工專用機(jī)床參數(shù)化CAD系統(tǒng)部署于Web服務(wù)器內(nèi),這個(gè)服務(wù)器處理具體的業(yè)務(wù)邏輯,數(shù)據(jù)庫(kù)則安裝在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中,而機(jī)床的三維模型和二維AutoCAD工程圖則保存到文件服務(wù)器中,當(dāng)用戶提交請(qǐng)求完成以后,根據(jù)請(qǐng)求的具體內(nèi)容,訪問不同的服務(wù)器,以及不同服務(wù)器之間的交互,服務(wù)器經(jīng)過分析處理請(qǐng)求,將請(qǐng)求結(jié)果反饋給客戶端[5]。
圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
2.1 系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)
模塊化設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品按照結(jié)構(gòu)和功能劃分成不同的模塊,產(chǎn)品在模塊化設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)計(jì)各個(gè)子模塊,再通過模塊的組合形成個(gè)性化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法[6]。模塊化設(shè)計(jì)主要分為側(cè)重功能的和基于特征的兩種設(shè)計(jì)方法。側(cè)重功能的設(shè)計(jì)方法是指從產(chǎn)品系統(tǒng)全局考慮,以產(chǎn)品子系統(tǒng)的功能為依據(jù)來進(jìn)行模塊劃分,建立產(chǎn)品的模塊庫(kù),然后當(dāng)有客戶需要此類產(chǎn)品時(shí),直接調(diào)用模塊庫(kù),驅(qū)動(dòng)生成目標(biāo)產(chǎn)品即可[7]?;谔卣鞯脑O(shè)計(jì)方法則是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),將產(chǎn)品按照零部件劃分為不同的模塊。
本文設(shè)計(jì)的鋁管加工機(jī)床系統(tǒng)采用側(cè)重功能的模塊化設(shè)計(jì)方法,可分為標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)模塊,參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊,圖紙調(diào)整模塊。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)流程如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)流程
(1)鋁管加工機(jī)床參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中第一步就是建立各個(gè)零部件的基本模型,在SolidWorks中通過將機(jī)床劃分為不同的功能和結(jié)構(gòu)模塊,建立起機(jī)床的基本模型并裝配[8]。由于相同系列的零部件具有相同的結(jié)構(gòu)特征和不同的尺寸參數(shù),對(duì)同一模塊的零部件只需使用同一個(gè)基本模型,當(dāng)需要改變?cè)撃P偷某叽鐣r(shí),只需通過程序驅(qū)動(dòng)該基本模型進(jìn)行重建即可。
在建立基本模型時(shí)要考慮模型本身所具備的約束,包括模型在尺寸上和結(jié)構(gòu)上的約束,尺寸上的約束一般有長(zhǎng)度,角度,直徑等方面的約束,尺寸上的約束必須滿足數(shù)值上和邏輯上的合理性。結(jié)構(gòu)上的約束一般包括對(duì)稱、平行等,結(jié)構(gòu)上的約束需要使模型滿足所需要的特定的拓?fù)潢P(guān)系。
VR自誕生以來,總被認(rèn)為是一款實(shí)用性不高的“花瓶”。市面上較多較便宜的VR眼鏡是需要借助手機(jī)的,將智能手機(jī)放入VR眼鏡中,在手機(jī)中下載相應(yīng)的APP(application)便可使用。由于手機(jī)被置入眼鏡中使用者將無法操作手機(jī),所以必須配備一個(gè)藍(lán)牙手柄進(jìn)行操作。市面上還有較貴的VR一體機(jī)使用較為方便。但目前的VR設(shè)備大都仍處于開發(fā)者版本,并不夠成熟。
在鋁管加工機(jī)床建模過程中要抽離出如:送料機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度、機(jī)床的長(zhǎng)度、寬度、高度、夾具的直徑、傳動(dòng)凸輪的基圓半徑、滾子半徑、偏距、升程、近休止角、遠(yuǎn)休止角等參數(shù),當(dāng)用戶在界面輸入好參數(shù)后,將界面參數(shù)存入到數(shù)據(jù)庫(kù),驅(qū)動(dòng)程序從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得參數(shù),驅(qū)動(dòng)程序,即可生成滿足設(shè)計(jì)要求的機(jī)床模型和二維工程圖紙;
(2)鋁管加工專用機(jī)床系統(tǒng)有獨(dú)立的CAD軟件SolidWorks平臺(tái),并通過利用VB.NET語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì),即系統(tǒng)可根據(jù)用戶提交的參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)鋁管加工專用機(jī)床各部件的尺寸和數(shù)量并驅(qū)動(dòng)SolidWorks進(jìn)行重新建模,生成模型CAD工程圖紙最終裝配完成整個(gè)鋁管加工專用機(jī)床的設(shè)計(jì),并可將設(shè)計(jì)結(jié)果以多種格式的文件進(jìn)行保存,包括*.sldasm, *.wrl, *.jpg等格式,以便于網(wǎng)絡(luò)程序的調(diào)用;
(3)在鋁管加工機(jī)床的設(shè)計(jì)平臺(tái)中,通過模型驅(qū)動(dòng)完成了三維模型及工程圖的構(gòu)建和更新,能自動(dòng)生成.SLDDRW格式的二維圖紙。模型在驅(qū)動(dòng)后采用SolidWorks三維模型直接映射導(dǎo)出的.SLDDRW二維工程圖會(huì)出現(xiàn)視圖比例及視圖位置不合理[9],尺寸、標(biāo)注及序號(hào)漂移等問題,需要對(duì)自動(dòng)生成的SolidWorks工程圖進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整[10],才能轉(zhuǎn)化成專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化CAD工程施工圖紙。
圖紙調(diào)整技術(shù)主要有4個(gè)方面:視圖位置的調(diào)整、視圖比例的調(diào)整、工程圖尺寸標(biāo)注的調(diào)整、工程圖注釋的調(diào)整,圖紙調(diào)整完成后是標(biāo)準(zhǔn)的CAD圖紙模式,可直接用于實(shí)際生產(chǎn)[11]。
2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)的流程
本文中,以Tomcat+ Java+ SQL Server組合作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái),Web服務(wù)器為Tomcat,以SQL Server作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),Web程序開發(fā)使用Java語(yǔ)言。
以鋁管加工專用機(jī)床系列化產(chǎn)品為基礎(chǔ)模板,結(jié)合系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)[12],系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)的流程如圖3所示,具體如下。
圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)流程
(1)根據(jù)鋁管加工機(jī)床各部分的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行模塊劃分,劃分為支撐功能模塊,送料功能模塊,夾工件功能模塊,傳動(dòng)功能模塊4個(gè)模塊,并確定零部件的主從動(dòng)參數(shù)和模塊間的裝配約束關(guān)系;(2)根據(jù)基礎(chǔ)模型,通過添加方程式和約束關(guān)系,建立標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù),包括三維模型和二維圖紙;(3)通過對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)分析,分理出所需要的各種參數(shù),通過編程軟件搭建參數(shù)設(shè)置界面,并添加功能按鈕;(4)進(jìn)行產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)模塊的開發(fā),編輯程序使零件和裝配體按照用戶需求或數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊;(5)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化接口劃分,服務(wù)器與客戶端之間進(jìn)行信息傳遞的接口和服務(wù)器端與鋁管加工專用機(jī)床參數(shù)化系統(tǒng)之間的交互通道,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的傳遞參數(shù)、發(fā)送請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求均可以兩個(gè)接口完成;(6)運(yùn)用Java程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)交互并處理所得的結(jié)果;(7)本地化系統(tǒng)完成后,將其封裝成.exe文件,編寫Java程序調(diào)用,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。
3.1 系統(tǒng)登錄界面
本系統(tǒng)的注冊(cè)用戶可在瀏覽器中鍵入系統(tǒng)域名,找到系統(tǒng)的登陸界面,正確輸入用戶名和密碼即可登錄系統(tǒng),系統(tǒng)登錄界面如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)登錄頁(yè)面
3.2 目標(biāo)產(chǎn)品參數(shù)設(shè)置
從登陸界面進(jìn)入系統(tǒng)以后,進(jìn)入到鋁管加工機(jī)床的項(xiàng)目管理界面,當(dāng)完成目標(biāo)產(chǎn)品的路徑設(shè)置之后,進(jìn)入到參數(shù)設(shè)置界面,此時(shí)需要對(duì)工作參數(shù)、總裝參數(shù)、床身整體參數(shù)、送料裝置與夾具參數(shù)、傳動(dòng)裝置參數(shù)、電主軸及凸輪參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,如圖5所示為鋁管加工機(jī)床的參數(shù)輸入界面。
圖5 參數(shù)輸入界面
3.3 目標(biāo)產(chǎn)品模型驅(qū)動(dòng)
對(duì)參數(shù)設(shè)置完成后,即可進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng),點(diǎn)擊界面上“驅(qū)動(dòng)生成模型”即可完成三維實(shí)體模型建模。圖6為在模板的基礎(chǔ)上經(jīng)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)后生成的鋁管加工機(jī)床總裝配體模型。
圖6 模型驅(qū)動(dòng)后
3.4 圖紙的調(diào)整
當(dāng)保存完模型之后,點(diǎn)擊界面上的“生成工程圖”,系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行工程圖調(diào)整的代碼對(duì)生成的SolidWorks工程圖進(jìn)行各種調(diào)整,包括:視圖位置、視圖比例、尺寸位置、注釋、材料明細(xì)表等內(nèi)容,工程圖調(diào)整完畢就將SolidWorks格式的工程圖轉(zhuǎn)化為AutoCAD格式的工程圖,如圖7為程序轉(zhuǎn)化成的AutoCAD圖紙。
圖7 程序轉(zhuǎn)化成的AutoCAD圖紙
3.5 數(shù)據(jù)的保存和處理
本系統(tǒng)采用PDM技術(shù),對(duì)文檔、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和研發(fā)過程進(jìn)行管理[13]。對(duì)于鋁管加工專用機(jī)床系統(tǒng),采用產(chǎn)品統(tǒng)一發(fā)布的形式將各零部件、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)文檔按結(jié)構(gòu)關(guān)系存儲(chǔ)在統(tǒng)一的路徑下,利用產(chǎn)品發(fā)布功能將對(duì)應(yīng)的圖紙文檔發(fā)布到指定的路徑下,完成數(shù)據(jù)保存。用戶每次設(shè)計(jì)產(chǎn)品,可調(diào)用查詢歷史保存的數(shù)據(jù),方便快捷。
本文利用VB.NET語(yǔ)言對(duì)SolidWorks軟件進(jìn)行二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了鋁管加工專用機(jī)床的參數(shù)化設(shè)計(jì)[14],并利用Java網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù),使得鋁管加工機(jī)床的設(shè)計(jì)效率有了大幅提高[15]。
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Aluminum Tube Processing Machine Parametric System Based on Web
HE Xideng,SHEN Jingfeng
(School of Mechanical Engineering,University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)
It is complicated and inefficient to design aluminum tube processing machine using traditional method. After summarizing the previous experience ,the author achieve the goal of parametric design of localization of the machine and secondary development of Solidworks software by using visual basic.net programming language, combining with SQL Server database. On this basis, the author develop a system with parametric design of network of the machine and realize the network service by using the Java language and the combination of web development technology. The system greatly improves the efficiency and quality of the machine.
aluminum processing machine; secondary development; parametric design; network design
2016- 04- 28
何西登(1988-),男,碩士研究生。研究方向:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。沈景鳳(1968-),女,副教授,碩士生導(dǎo)師。研究方向:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.032
TP311.51
A
1007-7820(2017)03-114-04