基于SolidWorks二次開發(fā)的鈑金箱體三維建模

趙鵬德 閆棟 閆玲

摘? 要： 以VB為開發(fā)工具，通過調(diào)用solidworks對(duì)象和API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的鈑金箱體的三維建模及自動(dòng)裝配。通過對(duì)鈑金箱體實(shí)際產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類管理，總結(jié)出通用的設(shè)計(jì)流程。模擬主特征面逐步添加面上輔助特征及階梯面特征的設(shè)計(jì)過程，調(diào)用相應(yīng)特征函數(shù)實(shí)現(xiàn)鈑金件的三維建模。通過改變鈑金件在裝配環(huán)境下的位姿矩陣達(dá)到虛擬裝配的目的。此輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，減少了設(shè)計(jì)過程中大量重復(fù)勞動(dòng)，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞： SolidWorks;二次開發(fā);參數(shù)化設(shè)計(jì);自動(dòng)裝配

中圖分類號(hào)： TP39? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.10.028

本文著錄格式：趙鵬德，閆棟，閆玲. 基于SolidWorks二次開發(fā)的鈑金箱體三維建模[J]. 軟件，2019，40（10）：125128

The 3D Modeling of Sheet Metal Box Based on Secondary Development of SolidWorks

ZHAO Peng-de1， YAN Dong1， YAN Ling2

（1. School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Sicence， Shanghai 201620， China;

2. Department of mechanical and electrical， Yanzhou Coal Mining Company Limited Dongtan Coal Mine， Shandong 273512， China）

【Abstract】： Using VB as a development tool， the 3D modeling and automatic assembly of the size-driven sheet metal case is realized by calling the solidworks object and the API function. Through the classification and management of the actual product data of the sheet metal cabinet， the general design process is summarized. The main feature surface of the simulation is gradually added to the design process of the surface auxiliary features and the step surface features， and the corresponding feature function is called to realize the three-dimensional modeling of the sheet metal parts. The purpose of virtual assembly is achieved by changing the pose matrix of the sheet metal in the assembly environment. This auxiliary design system reduces the amount of repetitive work in the design process and improves the design efficiency of the product.

【Key words】： SolidWorks; Secondary development; Parametric design; Automatic assembly

0? 引言

如今日常生活中，鈑金箱體被廣泛使用。配電箱、操作柜、機(jī)箱等箱體型號(hào)多樣，結(jié)構(gòu)、工藝都有所不同。因?yàn)闆]有統(tǒng)一的歸類管理和分析，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)存在大量重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)大多企業(yè)仍采用手工方式進(jìn)行板金件的展開，這勢(shì)必降低了設(shè)計(jì)的正確率和效率。鈑金零件在工業(yè)中往往作為輔助零件使用，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，故很少有專業(yè)的軟件來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。

常用的三維軟件，例如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等都具有鈑金模塊，但只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單鈑金件的展開，并不能減少設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)工作量。所

以有必要結(jié)合市場(chǎng)中的鈑金箱體實(shí)例數(shù)據(jù)，對(duì)solidworks進(jìn)行二次開發(fā)[1]，來達(dá)到輔助設(shè)計(jì)、減少工作量、提高設(shè)計(jì)效率的目的。

較以往軸類零件、齒輪零件等傳統(tǒng)零件[2]的二次開發(fā)不同，鈑金箱體多為裝配結(jié)構(gòu)，需要零件建模[3]之后再實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配，且箱體中的零件樣式多變不固定。所以，需要通過對(duì)鈑金箱體的實(shí)例進(jìn)行分析，總結(jié)出零件的通用設(shè)計(jì)流程，以便生成各類箱體零件[4]的模型。

1? 問題描述

鈑金箱體的按結(jié)構(gòu)分為兩種[5]，焊接結(jié)構(gòu)和拼裝結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)的鈑金箱體通常僅包括箱體和箱門兩部分。箱體由一個(gè)鈑金件經(jīng)過裁剪、折彎、開孔后焊接而成。拼裝結(jié)構(gòu)則由多個(gè)鈑金件裝配而成，主要分為底板、左側(cè)板、右側(cè)板、上蓋板、前門板等。箱體由多個(gè)鈑金件進(jìn)行分開加工后組裝而成，各鈑金件再由螺絲和三通進(jìn)行連接。焊接結(jié)構(gòu)箱體的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，本文以拼裝結(jié)構(gòu)箱體進(jìn)行說明。

拼裝結(jié)構(gòu)箱體的設(shè)計(jì)流程如下圖1所示。

首先是選擇需要的基體樣式，而后提取出所有方向的主特征面，在每個(gè)主特征面上添加孔特征、沖壓特征等面上輔助特征，之后對(duì)所有主特征面進(jìn)行分配，每組特征面再添加階梯面特征后構(gòu)成獨(dú)立鈑金件。最后對(duì)所有鈑金件進(jìn)行裝配得到需要的箱體設(shè)計(jì)方案。

其中，每個(gè)鈑金件都包含主特征面、面上輔助特征、階梯面特征三個(gè)部分，拼裝結(jié)構(gòu)箱體中的右側(cè)板鈑金件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

其主特征面是右上切角的矩形面，面上輔助特征包括20個(gè)沖壓特征，4個(gè)?8圓孔，2個(gè)?40圓孔。階梯面由solidworks中的斜接法蘭功能生成，所需要繪制的草圖為階梯面的截面形狀。圖3中右側(cè)為零件的階梯面截面，左側(cè)為階梯面特征的表示形式。

所以，輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體需要兩個(gè)部分，鈑金件的建模和箱體的裝配。首先用戶在界面上選擇模型基體、特征類型并輸入尺寸參數(shù)后，再調(diào)用solidworks的內(nèi)置函數(shù)逐個(gè)生成鈑金件的三維模型，最后按照板件的位置信息，逐個(gè)修改其位姿矩陣進(jìn)行自動(dòng)裝配。最終完成設(shè)計(jì)方案，展現(xiàn)完整的箱體模型。

2? solidworks的二次開發(fā)

2.1? 零件的三維建模

對(duì)solidworks進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)三維建模的原理是，通過調(diào)用solidworks的內(nèi)置函數(shù)[6]，實(shí)現(xiàn)草圖繪制、基體拉伸等功能，最后按一定的設(shè)計(jì)順序安排，實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)建模。、

對(duì)鈑金箱體實(shí)際零件進(jìn)行分析，總結(jié)出零件的通用建模流程如圖4所示。

具體流程為，首先繪制主特征面草圖，使用鈑金特征拉伸為鈑金薄板零件。之后選擇特征面，繪制圓孔的草圖，選擇拉伸切除，形成孔特征。然后，選擇沖壓模具，在特征面上進(jìn)行沖壓成形。再繪制斜接法蘭草圖，選擇特征面外輪廓，形成階梯面。最后如果階梯面上存在孔特征，再繪制孔特征的草圖，拉伸切除后完成建模。

在solidworks二次開發(fā)過程中可利用宏錄制功能來獲得命令函數(shù)代碼，宏文件代碼同Visual Basic代碼類似，將宏文件代碼稍加改動(dòng)便可在VB[7]中應(yīng)用。因此通過VB對(duì)solidworks進(jìn)行二次開發(fā)擁有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[8]。

VB編程主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：

Set swApp =CreateObject（"SldWorks.Application"）

'連接solidworks

swApp.Visible = True

Set Part = swApp.ActiveDoc

'新建零件

boolstatus = Part.Extension.SelectByID2（"前視基準(zhǔn)面"， "PLANE"， 0， 0， 0， False， 0， Nothing， 0）

'選擇前基準(zhǔn)面

Part.SketchManager.InsertSketch True

'插入草圖

Part.SketchManager.CreateCenterRectangle 0， 0， 0， CC， GG， 0

'插入中心矩形

Set myFeature = Part.FeatureManager.Insert SheetMetalBaseFlange2（0.0018， False， 10， 0.02， 0.01， False， 0， 0， 1， customBendAllowanceData， False， 0， 0， 0， 0.5， True， False， True， True）

'拉伸為鈑金薄板

Dim skSegment As Object

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateLine （0， GG， 0#， -SS， GG， 0#）

'繪制階梯面截面折線

Dim CBAObject As Object

Set myFeature = Part.FeatureManager.Insert SheetMetalMiterFlange（True， 10， 0.00025， True， True， 0.5， 0.001， 0.001， 1， False， 1， 0， 0， CBAObject）

'斜接法蘭生成階梯面

2.2? 箱體的自動(dòng)裝配

因?yàn)橄潴w模型不涉及后續(xù)的運(yùn)動(dòng)仿真，只有三維模型展示的作用，所以移動(dòng)各鈑金件到預(yù)定位置固定后便能達(dá)到目的。且采用面、邊、點(diǎn)配合[9]的形式，需要大量手動(dòng)選擇，依舊不能很好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的要求。所以本文采用改變零件在裝配環(huán)境下的位姿矩陣的方式來進(jìn)行虛擬裝配101]。具有簡(jiǎn)單易行、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。

該方式需要在零件建模時(shí)，對(duì)相對(duì)原點(diǎn)的位置選擇具有一定要求。對(duì)于鈑金箱體類零件，一般選擇零件中心為相對(duì)原點(diǎn)。以箱體基體的中心為絕對(duì)原點(diǎn)。根據(jù)尺寸信息來確定鈑金件在箱體中的空間位置，而后改變位姿矩陣來移動(dòng)零件進(jìn)行裝配。

該方式主要是利用了矩陣變換理論，通過矩陣變換移動(dòng)一個(gè)部件在裝配體中的物理位置。Solidworks中零件的位姿矩陣形式如圖5。

元素a到i是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣，實(shí)現(xiàn)組件在裝配體中繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，元素j、k、l是對(duì)應(yīng)組件在裝配體中沿X、Y、Z軸方向的平移量，元素m表示組件縮放因子。具體構(gòu)建的變換矩陣如表1? 所示。

其中參數(shù)a為需要繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度，b為繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，c為繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度，x為零件朝X軸正方向平移的距離，y為朝X軸正方向平移的距離，z為朝Z軸正方向平移的距離。

3? 用戶界面

簡(jiǎn)潔美觀的用戶界面[11]是一個(gè)完整的軟件系統(tǒng)必不可缺的。本文用VB進(jìn)行solidworks二次開發(fā)的同時(shí)，也構(gòu)建了相關(guān)的用戶界面，來使得系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)單易行。軟件的用戶界面包括主界面、數(shù)據(jù)管理界面、零件建模界面、自動(dòng)裝配界面等。主要界面如圖7、圖8、圖9所示。

4? 結(jié)論

基于solidworks平臺(tái)，利用VB語言對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，經(jīng)實(shí)際測(cè)試所編寫的輔助設(shè)計(jì)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)常用箱體的三維建模和自動(dòng)裝配，且具有歷史數(shù)據(jù)保存功能。后期對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后，

可為系統(tǒng)增加自學(xué)習(xí)功能，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)。本軟件提高了設(shè)計(jì)效率，可以滿足企業(yè)的實(shí)際需求。

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