五金件参数化设计系统开发与研究

2014-12-31千学明李林瀚

机械工程与自动化 2014年2期

周航，千学明，段兰，李林瀚

（西安工业大学机电工程学院，陕西西安 710021）

0 引言

在五金件零部件中，存在大量相同结构不同尺寸的零件，如果采用传统设计方法，会消耗大量绘图时间，而且很难保证模型质量。随着CAD技术的不断发展，国内外开展了基于三维设计环境的模块化、参数化、标准化设计研究，但是很少出现关于五金件三维参数化研究。本文在SolidWorks三维绘图软件环境下，采用VB编程语言，对SolidWorks进行二次开发，建立了五金件参数化设计系统，以及五金件参数化模板、零件库、数据库。该系统的研发缩短了五金件产品的设计周期，降低了设计工作难度。

1 功能结构模块的设计

根据五金件设计特点，系统功能结构可分为方案选择模块、几何建模模块和装配模块。系统功能结构如图1所示。

五金件参数化设计系统功能如下：①用户可以通过人机界面输入五金件相关信息，查找相应设计模板；②通过调用零件库零件与数据库相关尺寸参数，快速创建三维模型；③能够完成装配。

根据功能需求，建立参数化设计管理系统。系统基础层包括硬件系统、操作系统和支撑软件；系统中间层包括零件库、装配体库和数据库，如图2所示。硬件系统由个人计算机和外围设备组成，个人计算机硬件配置的CPU为1GHz以上，内存为1GB以上，安装识别的最低内存为512MB硬盘，20GB以上可用空间。

采用目前最新的Windows操作系统，其具有直观、高效的面向对象的图形用户界面，易学易懂；面向对象的设计思想；非常多的软件开发工具，可实现快速软件开发。选用SolidWorks软件作为系统软件平台，它是一款三维可参数化软件，可生成工程图、三维图和装配图，且SolidWorks三维参数化为用户提供开发接口，即SolidWorksAPI（应用程序接口）。

五金件参数化设计系统应用软件采用CAD软件二次开发的方式来完成。利用SolidWorks提供的API接口，结合VB面向对象的编程软件建立参数化五金件设计系统。

图1 系统功能结构

图2 系统中间层框架结构

2 五金件参数化系统实现的关键技术

2.1 参数化过程

图3为五金件参数化设计流程。系统通过人机界面获取用户信息，从零件库中查找设计模板模型，再从数据库中自动获取尺寸数据，通过VB程序调用SolidWorksAPI参数化函数，驱动软件改变尺寸，重新生成新的零件。

2.2 建立五金件参数化模板

参数化模板是五金件参数化系统的重要组成部分，是一个包含了五金件设计知识的三维零件模型。

模板图形几何约束的完整性是参数化的关键，几何约束关系不能出现欠定义或过定义，否则在参数化之后尺寸发生变化时，线与线之间位置关系也发生变化，导致无法生成合格的零件模型。

2.3 建立零件库

零件库中存储着大量五金件参数化模板模型，当用户需要对某个零件进行参数化时，系统从五金件库中选取模板进行参数化，图4所示为拉手类、角铁类模板。

2.4 建立数据库

模板只有通过参数化程序调用数据库的尺寸数据才能实现参数化。五金件数据库采用Access数据库，其主要存放内容包括零件的材料属性表、零件的尺寸数据和名称等。

图3 五金件参数化设计流程

图4 拉手类、角铁类模板

2.5 零件参数化主要程序

为实现系统与SolidWorks软件连接，在VB“工程”菜单下，“引用”中加载“SldWorks 2012Type Library”、“SolidWorks 2012Commands type library”、“SoliodWorks 2012Commands type library”。五金件零件参数化程序主要包括：

2.6 五金件参数化方法关键技术

在对五金件零件进行参数化时主要采用尺寸驱动法，应用SolidWorksAPI参数化函数part.parameter（"尺寸名称＠草图名称"）.Systemvalue＝变量。由于五金件需要参数化的尺寸过多，会产生大量的编程工作量，通过研究，提出了复式参数化方法。复式参数化方法是将尺寸驱动法与SolidWorks带的方程式相结合，零件的主要外形结构尺寸采用尺寸驱动法，零件尺寸之间的关系采用SolidWorks方程式进行参数化，这种方法能提高设计质量。T型角铁参数化方法如图5所示。

2.7 零件装配设计

在零部件设计完成之后，必须进行装配才能形成产品。如何实现五金件零件自动装配是个难题，通过对SolidWorks二次开发的研究，首先将设计之后的零件在SolidWorks环境下进行装配，确定装配关系，保存在装配体库。当零件参数化之后，VB调用SolidWorksAPI打开装配体的函数OpenDoc（），软件有自动更新零件功能，生成新的装配体。