压力机参数化自动设计方法的开发

文／余绍虎，杨柳·金丰（中国）机械工业有限公司冲压装备研究院

21世纪以来，我国汽车、电子行业日益蓬勃发展，它们对钣金冲压件的需求也越来越大。而压力机作为重要的生产制造装备，发展势头迅猛，市场需求量日益膨胀，尤其是机械压力机。本文将讨论的就是机械压力机的日常设计工作如何使用电脑程序来实现自动设计。

SolidWorks作为一个三维设计软件，拥有二次开发API接口，为客户提供了开放的、自由的、功能完整的开发工具。我们利用其这项功能，开发了压力机设计系统，实现压力机的参数化自动设计的功能。包括建立标准零件库、规范设计步骤以及自动打印制造图纸这几个部分。

SolidWorks软件二次开发功能简介

SolidWorks本身所提供的功能非常强大，但要使其在我国企业中真正发挥作用，就必须对其进行本地化、专业化的二次开发工作。为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了几百个API函数，这些API函数是SolidWorks的OLE或COM接口。SolidWorks API是一个自上而下的多层次的树形网络结构，编程时对SolidWorks API的调用实行逐级寻访，即先调用能实现所需功能对象的父对象，逐级遍历直到找到完成相应功能的属性和方法为止。用户可以使用高级语言对其进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的SolidWorks功能模块。

SolidWorks是一个非常开放的系统，提供了VB、VC++和其他支持OLE的开发语言接口。提供给用户必要的工具（宏语言、库函数等）以开发个人化的应用模块，并且易于将它集成到系统中去。用VB或VC++调用SolidWorks的API函数，可以完成零件的建模、修改；零件各特征的建立、修改、删除、压缩等各项控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的设置与提取；装配体中应用高级选择功能提取零件信息；零件工程图纸中的各项信息；还可在SolidWorks主菜单上增加按钮，将自己开发的应用模块嵌入到它的管理系统里。

开发步骤

规范设计标准

众所周知，进行三维设计的前提是必须建立统一、标准的设计环境，所设计的零件、装配体和工程图等必须有统一的工作模板保存在服务器的网络位置，标准的设计环境可以将图样统一为一种模式，减少个人设计的随意性。统一设计模式，具体概括为以下几点。

⑴建立标准的压力机设计环境，包括颜色、精度、单位及标注尺寸、文字大小等，使用SolidWorks的零件模板功能和尺寸收藏功能，储存常用的零件环境。同时运用SolidWorks的材质库管理功能，建立企业自己常使用的材质库（图1），管理材质名称及其属性、外观和剖面线等信息。

图1 企业自建材质库

⑵建立标准压力机工程详图模板（图2），根据企业标准制定明细表、标题栏等，储存在SolidWorks工程图模板中，方便新建工程图时选用。

图2 企业标准工程图模板

⑶使用SolidWorks的属性标签编制程序建立压力机三维模型及工程图文件的标准属性模板（图3），统一文件所列属性，比如零件名称、项目号、材质、重量、设计人员、检核人员等。

图3 企业标准属性标签模板

压力机设计标准的形成，可以保证设计的标准化，提高零件使用的准确程度和设计效率，它是压力机设计的基础工程。

对压力机零件进行分类

⑴建立标准零件库。

将确定性的零部件，固化为标准零部件，建立标准库。按吨位、扭矩、台面等参数进行系列规划。标准零件库有：⑴组件库。包括传动组立、传动箱组件、踏板栏杆组件、离合刹车器组件、滑块组件、蜗轮箱组件、平衡器组件、中台身组立、底座组立、补强杆部分组件、译码器部分组件等；⑵零件库。包括传动部分、滑块部分、中台身、底座、补强杆部分、译码器部分零件等；⑶外购件库。包括马达、轴承、油封、螺丝、螺帽等。

⑵建立变动零件模板。

将不确定性的零件建成标准模板，通过系列零件设计表实现参数驱动设计。例如底座、中台身、补强杆、曲轴、中间轴、锯牙、滑块导板、滑块嵌条、滑块调整轴、平衡器等。曲轴零件模板如图4所示。

图4 曲轴零件模板

⑶建立变动组件模板。

将不确定性的组件装配体建成模板，通过替换零部件，实现设计的变更。例如传动组立、踏板栏杆组立、滑块组立等。

通过压力机零组件的分类管理，将会极大提高效率并保证设计的准确性。

建立压力机主参数表

在接到一个压机制造规范时，首先要建立主参数表，列出压机的所有会影响压机零件尺寸的参数。比如公称能力、行程、能力发生点、台面长宽、最大上模重量等。同时将每个参数所影响到的零件尺寸关系做好关联公式，在输入压力参数的同时会自动计算出对应改变零件的尺寸数值，以备后续程序调用。

图5所示为平衡器组件示意图。以平衡器组件为例，设计计算步骤如下：

图5 平衡器组件示意图

⑴根据最大上模重量和滑块本体及滑块零部件重量，以及最大气压不大于6.5kg/cm2，计算出平衡器气缸直径。公式如下：

式中：W1——最大上模重量；W2——滑块本体重量；W3——滑块零部件重量。

计算出平衡器气缸直径以后，提前规划好的平衡器系列标准组件，由主参数表自动选择出与计算结果最接近的那一缸径的标准平衡器组件。

⑵根据选择好的那一款标准平衡器组件零件清单列表，选出需要设计修改的零件，包含缸体、主轴杆、固定座三个零件。在主参数表里预设其对应计算关系。

编制程序设计软件

⑴设计软件界面制作。

本文以VB为编程工具，编制了自动程序设计软件。软件首先需要有一个输入界面（图6），输入内容包含设计担当信息、压力机主参数信息、压机配置信息以及设计文件存放目录位置信息。输入以上相关信息以后，设计软件才允许进入设计界面（图7）。

图6 软件输入界面

设计界面有两个选项，可以选择整机连续设计，也可以选择分步设计。整机连续设计模式下，点击设计按钮，程序会自动按预设的顺序执行各个部件的设计工作。分步设计模式下，会出现各个部件分别设计按钮，对应点击相应的按钮，即可进行相关部件的设计工作。分步设计为了避免操作者设计顺序搞乱，程序提前做了预设，只有前工程的部件设计完成后，才能进行后工程的部件设计。

⑵设计程序编写。

制作好设计软件界面之后，需要在对应的设计按钮下编写设计程序，以选择调用零件模板、设计尺寸参数、驱动标准零件模板修改成特殊的设计零件。下面以曲轴为例简单介绍程序设计流程。

图7 软件设计界面

1)首先创建曲轴零件存放的文件夹。

在设计输入界面已经选择了整个订单文件夹存放的位置，以此位置为根目录，通过Mkdir命令创建曲轴存放的子目录文件夹。

2)用CopyFile命令调用标准曲轴零件和工程图模板，并将其文件名称修改为特殊指令订单的项目号名称存放在子目录文件夹内。

3)调用SolidWorks软件的API函数，程序自动打开曲轴零件，并调出预先编制好的设计驱动表格，导入曲轴零件所需要的相关参数，比如压机台面长度、压机行程长、订单流水码等参数。根据压机台面长度修改曲轴长度，根据压机行程长修改曲轴曲拐偏心量，订单流水码可以编写曲轴零件的项目号。

⑶最后设计完成以后，程序弹出对话框，询问是否打印工程图。如果选择打印工程图，执行打印程序段，将工程图打印出来，同时还可以选择同步转出PDF版图纸进行保存，方便后期检图。

设计前工程与后工程的衔接

此程序自动设计系统同时预留了订单实绩表数据库系统和零件项目号导出系统。实绩表数据库系统可以查询以往订单参数信息，包括机型、台面尺寸、行程、SPM、特殊配置、机器重量等数据。业务员在与客户洽谈订单过程中，遇到特殊参数时可以查询此系统，是否有做过实绩，以确定能否接单，是否需要设计部门评审，从而提高接单效率。营业报价人员可以查询相似规格的压机重量，以给新订单参考报价。

零件项目号导出系统可以将此订单压机所需要借用的标准图项目号和程序自动设计出来的特殊零件项目号导出清单，如果制造BOM或ERP系统有开放的接口，可以直接将清单导入制造系统，不用再手工键入。提高设计效率的同时，可以为后工程的制造管制提供准确无误的零组件清单信息。

结论

通过多年的实际订单设计应用，充分表明基于SolidWorks软件的API函数开发平台所建立的自动化程序设计方法，能有效的降低产品设计周期，可以缩短原来人工设计周期的三分之二。最主要的优点是提高了设计图纸的准确性，理论上可以实现零异状。随着锻压设备客制化程度高、产品需求时间短等特性的日益激化，这一参数化自动设计方法将成为攻坚克难的利器。