基于SolidEdge的灰斗参数化三维模型设计

2010-08-23赵宏伟郭天德

制造业自动化 2010年10期

王劲，赵宏伟，郭天德

WANG Jin, ZHAO Hong-wei, GUO Tian-de

（西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安 710048）

0 引言

Solid Edge是Siemens PLM Software公司面向中端市场推出的Velocity Series解决方案中的三维CAD软件，Velocity Series解决方案包括Solid Edge、Femap、CAM Express和Teamcenter共4个产品，涵盖了产品开发过程中的产品设计、仿真分析、数控加工和产品数据管理。

机械设计处理的对象都是三维实体，采用三维CAD软件进行机械产品设计不仅使设计过程直观、方便，同时也为机械产品后续作业，如工程分析、工艺设计、物性计算、运动仿真、数控编程等各领域的应用提供了方便，对实现CAD/CAM技术的集成、保证产品数据的一致性和完整性提供了技术支持。近年来三维CAD技术已经在国内企业有了比较广泛的应用，三维CAD软件大有取代AutoCAD等二维CAD软件之势。

某环保企业为提高企业的设计技术水平，采用三维CAD软件替代目前使用的CAXA二维CAD软件，在CAD软件选型招标中，通过对UG NX、Pro/E、SolidWorks和Solid Edge四种软件在软件价格、参数化设计、标准件库、可开发性和支持中文等方面的反复比较，最终选定了Solid Edge软件。

灰斗是该环保企业产品中的一个重要部件，图1所示为某型号产品的灰斗组，灰斗组是由多个灰斗构成的矩阵，根据设备要求不同，灰斗的高度、宽度、倾斜角度、灰斗组的数量和各灰斗板上筋板的数量等会发生变化。图2所示为单个两层灰斗，下面以图2所示灰斗为例，说明灰斗参数化三维模型设计的方法。

图1 灰斗组

图2 灰斗

1 灰斗参数化三维模型的设计要求

灰斗设计参数包括下口的长度和宽度、上口的长度和宽度、高度、面板上横筋的间距、面板上竖筋的间距等。为方便运输要求每块面板的高度不能超过2.9m，为此高度比较大的灰斗必须分层，灰斗分层高度的确定需要设计员根据工程实际情况确定，一般不会超过4层。图2所示的灰斗的高度为3728.65mm，为保证运输和提高材料利用率，将灰斗分成2层，底层高度为1997.65 mm，第2层高度为1731.00 mm，这样该灰斗一共由8块灰斗板围成。

当灰斗的上下口尺寸和每层高度确定后，每块灰斗板的外形尺寸就可以确定下来，面板上横筋和竖筋的数量需要根据其间距要求来确定。

根据以上分析，为提高灰斗参数化三维模型的适应性，不同层数的灰斗模型应该分别建立，每种灰斗模型层高的确定需要有较高的人机交互性。当灰斗模型的参数变化后，灰斗参数化三维模型能够发生相应的改变，相应的灰斗和灰斗板的工程图纸也自动发生相应的改变，从而提供产品设计效率。

2 灰斗参数化三维模型的设计方法

Solid Edge提供了较多参数化三维模型的设计和开发方法，在工程实际中用的较多的有变量表编辑、Excel电子表格复制链接、VBA编程、和VB、VC二次开发编程等。每种方法各有特点，在灰斗参数化三维模型的设计中使用了多种方法。

2.1 变量表编辑

Solid Edge模型的所有变量都可以通过变量表进行访问和编辑，变量表中变量可以是建模过程中自动生成的，包括尺寸变量、特征变量和用户变量，也可以在变量表中通过键入变量名和变量值的方法建立变量，变量表中的变量可以建立函数关系，利用同级变量还可以通过变量表建立零件或部件之间的链接关系。变量表编辑是Solid Edge建立参数化模型应用最简便的方法，图6所示灰斗板3中有横筋和竖筋，当灰斗板3的宽度尺寸和高度尺寸变化时，横筋和竖筋的数量会发生变化，建立模型时，可以采用固定方式的矩形阵列，x，y方向的间距和数量作为变量，可以通过灰斗板3的变量表进行修改。为保证矩形阵列后筋板对称排布，需要从中间向两侧进行阵列，阵列的数量与排列距离尺寸之间可以按fix(距离/x或y向间距)建立函数关系。图3所示为图2灰斗的变量表，变量表中列出了灰斗的各个参数；图4为该灰斗的第2层部件变量表，从图中可以看出第2层部件中一些变量的值是通过粘贴链接与灰斗的变量表相链接；图5所示为第2层灰斗中的灰斗板3部件的变量表，从表中可以看出灰斗板3部件的一些变量值是从第2层部件变量表链接来的。通过建立零部件变量表之间的链接关系，可以构建起灰斗的参数化模型。

图3 灰斗变量表

图4 第2层部件变量表

图5 灰斗板3部件变量表

图6 灰斗板3

2.2 VBA编程

利用变量表可以很容易地建立起零部件变量之间的函数关系，但是对于一些比较复杂的关系，要直接建立变量之间的关系可能会比较困难，这时可以利用VBA(Visual Basic for Application)编写函数，通过在变量表中调用VBA程序，实现比较复杂的运算。VBA与Visual Basic的语法结构是相同的，VBA程序依附于Solid Edge主应用程序。

图7所示草图为图6灰斗板3中槽钢1的拉伸截面草图，槽钢型号确定了槽钢拉伸截面草图的尺寸，针对灰斗板中常用的10、12和14号槽钢，本文用VBA编写了CaoGang函数，该函数通过槽钢1零件模型的变量表加载后，其变量表如图8所示，当槽钢型号变量修改后，槽钢的截面尺寸会自动发生相应的变化。

图7 槽钢1拉伸截面草图

图8 槽钢1变量表

CaoGang函数的VBA代码如下：

2.3 Visual Basic.NET编程

Solid Edge是基于Windows系统开发的软件，提供了完整的基于COM（Component Object Model组件对象模型）的应用程序接口API，任何支持COM的编程语言都可以作为Solid Edge的开发工具，比较常用的开发工具有：Visual Basic、Visual C++、Visual Basic .NET和Visual C#等。Solid Edge提供的核心COM类库是操作Solid Edge的API，Solid Edge的核心API见表1；Solid Edge的功能API能够在不打开Solid Edge的情况下直接读取或修改Solid Edge模型的信息，Solid Edge的功能API如表2所。

Visual Basic语言简单易学、功能强大，是Solid Edge二次开发使用比较多的程序设计语言。Visual Basic 6.0以COM为基础进行编译和运行；Visual Basic .NET是Visual Basic 6.0的后续产品，是Visual Studio.NET的一种开发语言，可以开发.NET Framework为平台的应用软件，Solid Edge提供的类型库可以通过.NET的封装器访问，该类型库允许应用程序控制Solid Edge。

本文建立灰斗三维模型时，以Solid Edge ST2为平台，用Visual Basic .NET 2008进行了二次开发。使用二次开发的方法构建三维模型时，可以采用两种方法：1.编写程序连接并控制Solid Edge软件直接生成需要的三维模型；2.用Solid Edge预先建立好典型三维参数化模型，编写应用程序连接并修改Solid Edge中模型的变量，模型更新后生成需要的三维模型。由于灰斗模型比较复杂，且后续工作中需要利用灰斗模型来生成相应零部件的工程图纸，为了简化二次开发、并提高模型的利用效率，本文采用了第2种方法。首先用Solid Edge建立典型灰斗三维参数化模型，在该模型中设置好变量之间的函数关系，然后编写应用程序，采用交互方式计算灰斗分层高度，确定每层灰斗板的尺寸数据，通过应用程序在Solid Edge中自动修改已建立的典型灰斗三维参数化模型的变量，生成所需要的灰斗模型，由于零部件的工程图与灰斗典型模型相链接，零部件的工程图也会发生相应的更改。图9所示为灰斗设计参数计算的应用程序界面，本程序可以计算4段以内的灰斗数据；图10为应用程序按照设定的设计参数计算出的每层灰斗及灰斗板的数据显示界面，如果数据不合适可以返回图9所示界面，修改后重新计算；图11为读取典型灰斗模型变量、并对变量进行修改的程序界面。