基于SolidWorks二次开发的球阀阀体参数化设计

张小鹏，王洪申，王学丰

(1. 兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050； 2. 维都利阀门有限公司，浙江 温州 325024)

0 引言

SolidWorks是一款基于windows的三维CAD软件，因其具有操作简单、易学易用的特点而广泛运用于各行各业[1]。阀门是工业生产中不可缺少的流体设备之一。球阀被广泛应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药等行业。在国家标准中定义球阀为阀杆带动球体、球体绕球阀轴线作旋转运动的一类阀门[2]。球阀形状特点是结构相对固定，同类球阀拓扑结构具有高度一致性，产品型号具有系列化特征，是进行参数化设计的理想对象。通过二次开发三维软件的方法将同一型号的阀门参数归纳、整理，并通过可视化窗口统一输入，自动生成三维模型，可提高阀门的设计效率，降低开发成本，缩短新产品的开发周期。

1 球阀的结构及工作原理

球阀是带有圆形通道的启闭件，通过手柄绕垂直于通道的轴线旋转，球体随着阀杆的转动从而达到启闭通道的作用[3]。设计时，阀体的流道孔中心与球体(启闭作用)流道中心对准时为全开状态，通过阀杆传力将球体绕转轴转动90°时，球阀将处于完全关闭状态，如图1所示。球阀的结构使得它有以下几点优点：

1) 因球阀左右通道相同，故其安装位置相对自由，介质的流向可以任意给定，流体阻力小；

2) 结构简单，密封性能良好且容易维修；

3) 球阀适用于经常操作、启闭迅速方便的场合，适用范围广。

图1 球阀工程图

2 SolidWorks二次开发原理和关键技术

SolidWorks的应用程序接口(application program interface，API)是一个基于对象的嵌入与链接(object linking and embedding, OLE)或组件对象模型(component object model， COM)的编程接口[4]。目前对于SolidWorks的二次开发大概分为两种，SolidWorks内置宏和微软的Visual Studio(支持VB.NET、C#、C++)。SolidWorks API是一个多层次的自上而下的树形网络结构，如图2所示。因此，对于SolidWorks类对象的访问也是通过自上而下访问的方法。SldWorks是根目录对象类，位于应用程序的底层，是访问SolidWorks API所有对象的入口[5]。本文使用SolidWorks-API-SDK 2016提供的接口，通过Microsoft Visual Studio 2010进行二次开发。

图2 SolidWorks API接口对象

3 球阀阀体参数化设计

3.1 二次开发流程

基于SolidWorks的二次开发思路有两种，一种是完全程序化参数建模，这种方法是一种自下而上的建模方法，由最底层的点、线、面构成图形，该方法的缺陷是若零件较为复杂，则编程量太大，且专业要求较高。另一种方法是在三维模型的基础上驱动尺寸，这种方法是一种自上而下的建模方法，即在保证零件结构不发生变化的情况下，建立好零件模板，运行时只需指定尺寸值，由尺寸自动定位到相应的尺寸变量。该方法的优点是编程量少，特征间约束由模型自动产生，采用这种方法可以利用SolidWorks自身的参数化及编程技术优势，因此所需编写的程序代码相对简单[6]。图3为阀门参数化流程。

图3 阀门参数化设计流程

3.2 阀体的三维建模

作为参数化设计的基础，零件的三维建模显得尤为重要，建模的方法及顺序会直接影响参数化设计的结果。为确保参数化的正确性，在建模过程中必须要添加合理的约束，以实现参数的全约束，包括几何约束和工程约束。几何约束分为结构约束和尺寸约束，如长度、宽度、角度等约束为尺寸约束；如平行、垂直等指几何元素之间的拓扑关系的约束为结构约束[7]。绘制完成后，在特征树中右键单击【注解】，选中显示特征尺寸，并在【立即视图工具栏区】选中显示尺寸名称，也可以通过设计需要改变名称。在球阀的设计过程中，涉及的主要参数包括法兰尺寸、壁厚、球阀结构长度等，将这些参数作为全局变量，如表1所示。

表1 全局参数 单位：mm

全局变量可以用于驱动尺寸作为唯一的数值，通过SolidWorks自带的方程式功能将参数之间建立关联，在SolidWorks中方程的形式是：因变量=自变量。

例如在方程式“D9@草图1”=“D8@草图1” / 2中，系统会根据尺寸D8求解尺寸D9，一旦方程式写好并应用到模型之后，尺寸D9就不能直接修改，方程式建立完成之后的模型如图4所示。

图4 建立模型

3.3 配置及创建系列零件表

在SolidWorks软件中，配置管理器是SolidWorks中非常独特的一部分功能，它提供了简便的方法来开发和管理一组尺寸不同、特征相似的一系列零件。在工具栏【插入】中点击设计表，在弹出的对话框中选择上一步的全局尺寸作为参数添加到设计表中，如图5所示。

图5 系列零件表

4 系统实现

根据上述步骤，通过SolidWorks二次开发接口，对配置管理进行二次开发，创建人机交互对话框，输入参数生成不同尺寸的零件，从而实现参数化。

4.1 新建项目

在SolidWorks二次开发过程中，非模态对话框创建的过程如下：

1) 插入一个新的对话框，ID默认即可；

2) 可以直接双击对话框空白处或者在右键为对话框添加类，在弹出的类对话框中输入类名(BallDlg)，点击确定；

3) 在工程.cpp文件中添加包含对话框头文件的语句#include “FirstDlg.h”，并添加非模态对话框的初始化代码：

BallDlg dlg=new BallDlg (AfxGetMainWnd());

4) 将设计好的对话框与SldWorks对象联系起来，即为对话框添加成员函数。

在BallDlg.h中定义：

voidgetSW(ISldWorks *Sw)；

在BallDlg.cpp中声明：

void BallDlg::getSW(ISldWorks *Sw)

this->ball_iSldWorks_dlg=Sw;

}

4.2 添加对话框控件

添加如图6所示控件，在资源管理器选项卡bitmap中，将球阀阀体的位图加入到界面中。为生成三维图按钮添加事件处理程序，关键代码如4.3节所述。

图6 球阀参数输入界面

4.3 程序及函数说明：

UpdateData(TRUE);

CComBSTRfileName(_T("..\ball valve.SLDPRT")); //打开文件

CComPtr m_iModelDoc;

VARIANT_BOOL retval=VARIANT_TRUE;

计划建设是执行实施的基础，执行实施是评价检查的前提，评价检查是优化改进的关键，上一环是下一环有序开展的先决条件。优化改进阶段是内控闭环建设的核心和关键点，是内控闭环形成的重要环节。

m_iSldWorks_dlg->OpenDoc6(fileName,swDocPART,Options,NULL,&Errors,&Warnings,&m_iModelDoc); //打开文件

CComPtrpConfigurationManager;

CComPtrpConfiguration;

m_iModelDoc->get_ConfigurationManager(&pConfigurationManager); //获得配置名

CString a0=L"D1@草图2";

CString a1=L"D111@草图14";

CString a2=L"D2@草图14";

……

pConfigurationManager->ISetConfigurationParams ( Name, paramCount, paramNames, paramValues, &retval);

m_iModelDoc->ViewZoomtofit( ); //视图设定

在本程序中，首先输入配置的名称和各尺寸的参数值，获得当前模型的配置管理器对象并使用程序接口添加一个新的配置，然后通过程序更改三维模型的参数，实现零件的参数化设计。表2说明了在SolidWorks API函数中打开文件函数OpenDoc6各参数的意义。

表2 SldWorks->OpenDoc6各参数的说明

4.4 添加菜单

在Addmenus()函数中，将自动生成的代码改为

hret = icmdGroup->AddCommandItem2(L“阀体参数化”, -1, L“阀体参数化对话框”, L“阀体参数化”, 0, callback, enable, MAIN_ITEM_ID1, menuToolbarOption, &cmdIndex0)。

4.5 异常处理

在程序中增加条件语句，对其进行判断，不仅可以有效地提示用户出现错误的类型和位置，还可以通过return()函数实现跳转，避免SolidWorks出现运算错误而重启。例如：

If(swPart=NULL)

{

AfxMessageBox(“阀体参数化设计失败！”);

Return;

}

4.6 编译并加载.DLL文件到SolidWorks

将设计好的阀体参数输入到可视化界面中，尺寸参数通过从人机交互界面读取并驱动模型得到如图7所示结果。

图7 运行结果

5 结语

本文介绍了在visual studio 2010环境下开发动态连接库的方法，最终将编译生成的DLL文件注册到SolidWorks软件中，实现了基于SolidWorks平台的球阀阀体参数化设计，使同类球阀的设计难度降低，加快产品的设计效率。