换热翅片级进模冲孔机构参数化设计研究

祝梦臣，汪洪峰，2

(1.安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南232001；2.黄山学院 机电工程学院，安徽 黄山245041)

1 引 言

冲压模具产品广泛应用于机械工业、日常用品等众多领域，在国民经济体系中占有举足轻重的地位。换热翅片级进模作为一种“精密、复杂、长寿命”的连续冲压模具，产品主要应用于制冷散热领域的诸多设备中，如空调、冰箱、船舶和汽车的热交换器[1]。我国空调、冰箱、汽车的保有量及生产量均居世界前列，换热翅片需求量巨大。传统模具的二维设计效率低下，从设计到拆图费时费力。此外，为了加快模具生产周期和节约加工成本，设计人员往往大量使用标准件。市场上虽然存在很多含有标准件的插件，但是它们不具备针对性，模具设计人员甚至安装数个插件也很难满足标准件的全部调用，换热翅片级进模所用到的标准件包括各类厂家生产的紧固件、定位零件、轴系零件、卸料零件、气动零件和导向零件等。因此，企业有针对性地开发换热翅片级进模标准件库和参数化装配体具有重要的现实意义。

CAD是工程设计人员必不可少的设计工具，随着现代制造业的发展，面对专业建模人员的紧缺和软件功能提升的需求[2]，二次开发技术应之而来。众多学者对CAD二次开发技术进行了研究，促进了机械参数化设计领域的长足进步。阮勤超等[3]基于SolidWorks 平台，采用 VB 语言结合 Access 数据库，通过配置技术和尺寸驱动法，实现了斜楔机构的参数化建模。朱增宝等[4]采用VB 语言以独立运行EXE软件方式开发了集计算、强度校核和装配为一体的行星齿轮系统。姚慧等[5]利用Visual C++开发出友好的人机交互界面，实现了滚动轴承标准件库的建立。

二次开发技术在机械产品设计中的应用越发广泛，前人虽然开展了大量的研究，但对换热翅片级进模的二次开发却鲜有报道。为此，本文选择换热翅片级进模典型性的四步进冲孔机构进行二次开发，以SolidWorks为平台利用尺寸驱动法，通过创建插件的形式实现了标准件的快速建模调用和冲孔机构装配体的参数化设计。

2 标准件库的二次开发

2.1 标准件库的结构设计

在开发标准件库时通过分析企业所需标准件的结构和尺寸参数，实现标准件模板精确建模，以保证驱动参数时生成的新模型准确可靠。标准件二次开发结构图如图1所示。

图1 标准件库二次开发结构图

标准件库二次开发模块包括二维结构图库、人机交互界面、标准件数据库、标准件模板模型库和参数化程序5个部分。将标准件的二维结构图插入到人机交互界面中，可以使其结构简单明了地呈现在设计者面前，方便设计。标准件模型的关键尺寸是与数据库中数据对应的变量，从人机交互界面调用数据库中的标准件零件名称和驱动数据后，参数化程序将驱动标准件模板关键尺寸，最终生成所需要的新模型。

2.2 标准件人机交互界面设计

Visual Studio 以 VB.Net、C++、C#等为编程语言[6]，囊括了整个软件生命周期所需的大部分工具，集成化的开发环境、敏捷开发项目模板和可视化编程方式使其成为最流行的Windows 开发平台[7，8]。C#是一种运行于.NET Framework 之上的面向对象的高级程序语言[9]，它既有VB.Net 简单易学的优点又有C++强大的功能[6]，是.NET 开发的最佳语言之一。文中通过Visual Studio2013 建立C#的SwCSharpAddin 模板，在此基础上开发出友好的人机交互界面。限于篇幅，本文只展示部分标准件人机交互界面，内六角螺钉和钢制压入式台阶式导套的人机交互界面如图2、图3所示。每个标准件均为独立的对话框窗体构成，界面由图像、超链接标签、组合框、文本框、标签和按钮控件组成，简洁直观，使用方便。设计者通过组合框选择数据库中的标准件零件名称，对应的驱动数据会自动更新并填充到文本框中。因此，人机交互界面对标准件数据库和模板模型库的连接起到至关重要的作用。

图2 内六角螺钉人机交互界面

图3 钢制压入式台阶式导套人机交互界面

2.3 标准件数据库建立与连接

换热翅片级进模冲孔机构标准件种类较多，通过查阅国家标准、机械行业标准和供应商零件图库，准确详细地对各个标准件的驱动数据进行统计。采用SQL Server2014 创建标准件数据库，每一个零件数据对应一个数据表。

系统采用C#语言结合Visual Studio2013 实现了SQL Server 数据库与SolidWorks 的连接。利用ADO.NET 访问 SQL Server 数据库[10]，通过 Connection 对象连接SQL Server 标准件数据库，通过Com-mand对象来操作数据，应用数据适配器DataAdapter对象实现DataSet对象存取数据。

2.4 尺寸驱动法驱动标准件

启动程序获取由SQL Server 建立的标准件数据库中零件名称和驱动数据，调用Directory：：Exists(string path)判断新模型保存路径文件夹是否存在，如果不存在则利用 Directory：：CreateDirectory(string path)新建保存路径文件夹；然后通过 File：：Exists(string path)判断新零件名称是否已经在保存路径文件夹下，若存在则利用 File：：Delete(string path)删除；再将标准件库中的模型利用File：：Copy(string sourceFileName, string destFileName, bool overwrite)以新零件名称复制到指定保存路径文件夹下，最后调用ModelDoc2：：Parameter()获取和修改标准件的尺寸，生成新模型。

3 冲孔机构的参数化设计

3.1 冲孔机构方程式的约束

在装配体的设计过程中，方程式约束可以达到尺寸关联的目的。用添加方程式的方式来体现冲孔机构步距、列距和列数为全局变量参数下的关联尺寸，可以减少交互界面数据输入工作。如图4 为冲孔机构示意图，其主体为垫板、凸模固定板、凹模套固定板、卸料板、压板和凹模固定板，建模时对主体零件和装配体添加方程式，通过装配体中的全局变量关联主体零件的方程式，达到尺寸联动效果。但过多的添加方程式会使得手动修改尺寸较为麻烦，因此通过参数化程序计算并赋值尺寸和添加方程式结合可使二次开发高效、实用。

图4 冲孔机构示意图

3.2 冲孔机构参数化结构设计

图5 所示为冲孔机构装配体参数化结构图，装配体参数化模块由零件二维结构图库、人机交互界面、替换零件库、装配体模板、工程图模板和参数化程序组成。装配体模板中的标准件和非标准件并非固定不变的，可以根据设计需求进行替换和修改。当设计人员通过人机交互界面选择需要的标准件型号和输入合适的参数时，参数化程序会替换标准件、打包装配体、遍历装配体和修改零件尺寸，最终达到生成所需装配体的目的。

图5 冲孔机构装配体参数化结构图

3.3 人机交互界面设计

冲孔机构人机交互界面如图6 所示，为独立窗口，由图像、组合框、文本框、标签、超链接标签、按钮和分组框控件组成。导套、导柱、滚珠架和弹簧的型号以及内六角螺钉的个数、间距由组合框下拉选择；分组框控件分别将冲孔凹模、冲孔翻边凹模套、冲孔凸模、导正凸模、导正凹模套和制件分割成可供单独识别的部分，便于区分。翅片制件的双眼皮高度、双眼皮直径、翻边孔直径、最大翻边高度和最大料厚与分组框内各零件的部分尺寸有关联，通过按钮控件“计算”体现相关尺寸，可以避免人工计算带来的失误和节约设计时间。在人机交互界面开发了二维结构图，以方便准确识别、填写分组框内各个零件的尺寸信息。在打包装配体时添加前缀、后缀对零件和装配体更改名称，避免与装配体模板及零件重名。设计人员通过修改文本框中的数据和选择组合框中的型号就能实现冲孔机构的设计。

3.4 冲孔机构参数化设计的实现

AssemblyDoc 对象提供操作装配体的方法，参数化驱动装配体可以通过ModelDoc2 得到AssemblyDoc 对象。冲孔机构三维模型如图7 所示，其参数化过程分为以下步骤。

1.在按钮控件“计算”下，对于有“双眼皮”结构的翅片制件写出双眼皮高度、双眼皮直径、翻边孔直径、最大翻边高度和最大料厚与各零件尺寸的计算关系。无“双眼皮”结构的制件不影响分组框内零件驱动模具中对应孔尺寸。

图6 冲孔机构人机交互界面

图7 冲孔机构三维模型

2.不同列距、步距和列数下冲孔机构的标准件的型号和数量往往有所差异，调用AssemblyDoc：：ReplaceComponents()选择对应的标准件替换掉现有装配体中的标准件，调用 ModelDoc2：：EditDelete()删除多余的零件和装配体特征。

3.调 用 SwAddin：：PackAndGo(ModelDoc2 swDoc,string sPackPath, string sPrefix, string sSuffix)打包装配体、零件和工程图模板至指定位置。在打包时程序读取到人机交互界面输入的前缀、后缀，自动添加到零件和装配体的名称中，避免了更改名称的问题。参数化完成后打开工程图会自动更换新结构尺寸，减少了出图工作量。

4.调 用 EquationMgr：：Equation(int Index, string Equation)获取与修改相应索引位置的方程式。冲孔机构装配体中存在“冲孔列距”、“冲孔步距”和“冲孔列数”3个方程式全局变量，并对应人机交互界面3 个文本控件，通过人机交互界面直接修改方程式全局变量，方便操作。

5.遍历冲孔机构装配体，获取子装配体和每一个零件的名称。调用AssemblyDoc：：GetComponents(bool ToLevelOnly)获得当前配置中的所有部件对象，通过 Componet2：：GetModelDoc2()获得该部件的文档对象，再由 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)从路径字符串中得到零件名称。

6.调 用 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)得到需要修改尺寸的零件名称，再用ModelDoc2：：Parameter()方法获取或修改相关零件的尺寸。

4 结 论

本文采用C#语言在Visual Studio2013 环境下结合SQL Server2014 数据库，通过创建插件的形式开发了换热翅片级进模冲孔机构CAD系统。

1.通 过 ADO.NET 结 合 Visual Studio 实 现 了SolidWorks 与SQL Server 数据库的连接，完成了标准件库的开发，设计者通过人机交互界面选择标准件型号即可对标准件快速调用。

2.建模时对主体零件和装配体添加方程式，通过装配体的全局变量关联主体零件的方程式，达到尺寸联动效果。利用ModelDoc2 下AssemblyDoc 对象提供的操作装配体的方法完成了冲孔机构装配体的参数化设计。参数化后打开零件工程图会自动更换新结构尺寸，减少了出图工作量。

3.在人机交互界面开发出计算功能，解决了设计和计算相互脱节问题，计算结果通过程序直接赋值并驱动对应的零部件尺寸，减少了设计人员单独计算出错的概率。

4.本文所述方法具有参考性，对其他机械产品的二次开发具有借鉴意义。