（机械工程专业论文）基于solidworks的机电仪器壳体类零件型腔参数化设计系统的开发.pdf

摘要 论文题目：基于s o l i d w o r k s 的机电仪器壳体类零件型腔参数化 设计系统的开发 学科专业：机械工程 研究生：惠烨 指导教师：黄玉美教授 摘要 8 1 4 3 9 m 9 吣 y 1 签名：盟 签名：生杰：差一 随着数控机床的广泛应用，小型壳体的型腔在数控机床上的) j 口- r - 应用越来越广泛。随 着产品更新换代的速度加快，对小批量、多品种产品的小型壳体设计效率和设计质量提出 了更高的要求，采用c a d 技术进行壳体零件的辅助设计是必然的趋势。因此，本文针对 这一企业需求，以三维造型软件s o l i d w o r k s 为开发平台，以v i s u a lb a s i c 6 0 为编程工具 进行开发，对某研究所需要加工的一类小型壳体零件的计算机辅助设计系统的开发方法进 行了研究，主要研究内容和成果如下： ( 1 ) 对壳体零件模型库的建模原理和关键技术进行了深入的研究，并在此基础上， 充分基于服务c a p p 、c a m 考虑，创建了基本壳体零件信息模型库和壳体零件特征集信 息模型库。 ( 2 ) 对s o l i d w o r k s 用v i s u a lb s i a c 6 0 进行二次开发技术进行了深入地研究，利用特 征参数，完成了在s o l i d w o r k s 界面下生成小型壳体类零件的型腔设计专用的用户界面的 制作。 ( 3 ) 开发了基于s o l i d w o r k s 的采用自动设计与人机交互设计相结合的壳体零件快速 设计原型系统，并给出了系统的运行实例。 ( 4 ) 采用了基于尺寸驱动的壳体零件自动建模方法，实现了壳体类零件型腔专用的 参数化三维图库的建立。 本文的研究成果将会为其他类似零件的计算机辅助设计和合作伙伴的后续的计算机 辅助工艺规程设计( c a p p ) 和计算机辅助制造( c a m ) 的研究奠定了一定的研究基础。 关键词：s o l i d w o r k s 二次开发；壳体零件模型库；参数化设计 西安理工大学工程硕士学位论文 t i t l e ：d e v e l o p m e n to ft h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g ns y s t e m f o rs h e l lp a r t s c a v i t yo fm e c h a i t r o n l cl n s t u r m e n t s w i t hs ol i d w o r k s 一 m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ： n a m e ：y eh u i ? s u p e r v i s o r ：p r o f y u m e ih u a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： w i t ht h eb r o a da p p l i c a t i o no ft h en cm a c h i n et o o l s ，s m a l ls h e l lp a r t sc a v i t yi sm a c h i n e d b yt h e mm o r ea n dm o r e t h es p e e d u pu p d a t eo fi n d u s t r i a lp r o d u c t sh a sp u tf o r w a r dh i g h r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e s i g n i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo fs m a l l - v o l u m ea n dv a r i o u sp r o d u c t so f s m a l lp a r t ss h e l l ，s oi ti si n e v i t a b l et r e n dt oa d o p tc a dt e c h n o l o g yi nd e s i g n i n gs m a l lp a r t s s h e l la c c o r d i n gt oi t sd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i ci nd i f f e r e n ta p p l y i n gf i e l d s i no r d e rt os a t i s f yt h i s r e q u i r e m e n t ，r e g a r d ss o l i d w o r k s a st h e d e v e l o p i n gp l a t f o r ma n dv i s u a lb a s i c 6 0a st h e p r o g r a m m i n gt o o l ，t h em e t h o d so fd e s i g nt h e o r ya n dd e v e l o p m e n to fs y s t e mf o rt h ep a r t ss h e l l a r es t u d i e d t h em a i nr e s e a r c h e dc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea u t o m a t i cm o d e l i n gt h e o r ya n dc r i t i c a lt e c h n i q u e sf o rm o d u l a rb a s eo fs h e l lp a r t s b a s e do ns o l i d w o r k sa r ei n v e s t i g a t e dd e e p l y c o n s i d e r i n gs e r v i c i n gf o rc a ma n dc a p p ， e l e m e n ta n dc o m p o n e n tl i b r a r ya n df e a t u r e s e tl i b r a r yo f b a s i cs h e l lp a r t sa r ee s t a b l i s h e d ( 2 ) t h er e d e v e l o p m e n ta p p r o a c h e so fs o l i d w o r k sw i t hv i s u a lb a s i c6 0a r es t u d i e d u s i n g f e a t u r ep a r a m e t e r s ，t h eu s e r si n t e r f a c ef o rc a v i t yd e s i g n i n gs p e c i a l l yo ft h es m a l ls h e l lp a r t s u n d e rs o l i d w o r k s sp l a t f o r mi sr e a l i z e d ( 3 ) t h er a p i dp r o t o t y p i n gs y s t e mo ft h es m a l ls h e l lp a r t sw i t ha u t o m a t i cd e s i g na n d h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i n gd e s i g ni sd e v e l o p e d ，b a s e do nw h i c ht h es i m u l a t i o ne x a m p l e sa r e g i v e n ( 4 ) t h e3 - d i m e n s i o n a lp a r a m e t e r i z e dg r a p h i cl i b r a r yo f t h es h e l lp a r t si sc r e a t e du t i l i z i n g a u t o m a t i c a l l ym o d e l i n gm e t h o dw i t hs i z e - d r i v i n gt e c h n o l o g y t h er e s e a r c h e dr e s u l t so ft h e d i s s e r t a t i o n w i l lp l a yaf o u n d a t i o nf o rc o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) a n dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t o r y ( c a m ) k e yw o r d s ：r e d e v e l o p m e n to fs o l i d w o r k s ，m o d e ll i b r a r yo fs h e l lp a r t s ，p a r a m e t e r i z e dd e s i g n 一 i 一 目录 2 3 4 目录 l 者论1 1 1 概j 2 睦1 1 2 c a d 的发展1 1 2 1 国外c a d 概况简述2 1 2 2国内c a d 概况简述2 1 2 3 壳体零件c a d 的概况。2 1 3论文工作的选题背景3 1 3 1生产中壳体零件的数控加工情况3 1 3 2 小型壳体零件的结构情况及数控加工和参数化设计必要性。4 1 4 论文主要工作4 1 5 论文结构5 壳体零件设计c a d 系统开发实现的若干关键技术一6 2 1 支承软件的选择6 2 1 1 s o l i d w o r k s 简介6 2 1 2 s o l i d w b r k s 的二次开发可行性8 2 1 - 3s o l i d w o r k sa p i 对象概述8 2 2 系统二次开发工具的选择。1 0 2 2 1v i s u a lb a s i c 简介1 0 2 2 2v i s u a lb a s i c 可视化编程的特点1 l 2 3 s o l i d w o r k s 软件的二次开发技术1 1 2 3 1a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术1 l 2 3 2 基于s o l i d w o r k s 的二次开发技术1 2 2 4参数化特征建模。1 3 2 4 - 1 参数化设计1 3 2 4 2 参数化特征建模。1 4 2 5 用户界面技术1 5 2 5 1用户界面的功能1 5 2 5 2 用户界面的设计的一般原则。1 5 2 6本章小结。1 6 壳体零件c a d 系统体系框架设计1 7 3 1壳体零件特征模型库的建立。1 7 3 1 1壳体零件的分类1 7 3 1 2壳体零件参数化建模的原理1 8 3 1 - 3壳体零件模板的建立。：2 l 3 1 4 壳体零件特征集模型库的建立2 4 3 2壳体零件参数的尺寸驱动。2 6 3 2 1 尺寸驱动的方法2 6 3 2 2 壳体零件的尺寸驱动2 7 3 3 本章小结3 1 壳体零件c a d 的实现3 2 4 1 用户界面和应用程序的建立3 2 4 1 1s o l i d w o r k s 调用v b 界面的实现3 2 4 1 2 系统主界面及程序代码3 4 4 2 系统的运行操作实例与功能代码3 6 西安j e _ r - 大学工程硕士学位论文 4 2 1 基本壳体零件生成运行实例及部分程序。3 6 4 2 2 利用特征集生成壳体零件运行实例及部分程序代码：3 8 4 3软件测试：4 2 4 3 1测试内容4 3 4 3 2 测试中存在的问题_ 4 3 4 4 本章小结点4 4 5结论与展望4 5 5 1 结论4 5 5 2 展望4 5 致谢4 6 在校期间发表的论文：4 7 参考文献4 8 i i 1 绪论 1 绪论 1 1 概述 计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最 引人注目的高级技术之一，它已成为工业生产现代化的重要标志。它对加速工程和产品的 开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新 能力发挥着重要作用。它的应用及发展正引起一场产品工程设计与制造深刻的技术革命， 并对产品结构、产业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方面带来巨大影响。 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 简称c a d ) 技术是现代产品设计中广泛采 用的现代设计方法和手段。它的发展经历了从二维绘图到三维线框造型再到现在的特征造 型，从某些企业的专用设计工具到在整个设计领域的全面普及的发展过程。c a d 技术作 为信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化，促进传统产业和学科的 更新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上的竞争能力，也是进一步向计 算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g 简称c a m ) 、计算机辅助工艺规程设计 ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g 简称c a p p ) 、计算机集成制造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 简称c i m s ) 发展的重要技术基础。 壳体类零件是机械设计、机械加工中应用非常广泛的一大类零件，品种繁多，形状 各异，结构复杂，随着数控加工技术的发展，一些小型壳体零件多采用数控机床加工型腔， 对小型壳体零件进行计算机辅助设计的研究，实现特征的参数化造型，对缩短产品设计周 期，实现计算机编程以及进一步的计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助制造是有实际意 义的。本文结合某研究所的小型机电产品所需的一类外型为四方型的小型壳体，以v b 为 开发工具，对s o l i d w o r k s 进行二次开发，进行了计算机辅助设计，并以此次研究为起点， 为以后的这一类其他壳体类零件的计算机辅助设计探索出一种设计思路和设计方法。 1 2c a d 的发展 c a d 是借助计算机系统在工程和产品设计的各个阶段提供快速、有效工具和手段， 辅助设计人员加快和优化设计过程和设计结果，达到最佳的设计效果的一种技术。计 卜 算机辅助设计技术的核心是计算机图形处理，它的发展是伴随着计算机及其外围设备和计 算机图形学的发展而发展的。目前，c a d 技术日趋成熟、应用日益广泛，有力地促进了 全球高新技术的发展和新产品的迅速更新换代。c a d 技术的使用使产品和工程设计、制 造的工作内容和方式发生了根本性变革，这一技术成为工业发达国家的制造业保持竞争优 势、开拓市场的重要手段。近些年由于计算机硬件、图形技术、智能模拟等方面取得了巨 大进步，使得c a d 技术已成为工程设计和科学研究不可缺少的重要组成部分。现在，c a d 的 西安理工大学工程硕士学位论文 应用水平与普及程度已成为衡量一个国家工业水平或一个企业技术水平的重要标志之一。 1 9 9 0 年美国国家工程科学院将c a d 技术评为当代十项最杰出的工程技术成就之一【2 1 。 1 2 i 国外c a d 概况简述 1 9 6 2 年，美国麻省理工学院林肯实验室的i v a ne s u t h e r l a n d 在其博士论文中首次提 出了计算机图形学和交互式技术的概念，由此促成了各大公司对计算机图形学的研究，使 得c a d 技术迅速发展。六十年代中期，美国的一些大公司研制了具有实用功能的c a d 系 统，如通用汽车公司用于汽车车身设计的d a c 一1 系统，贝尔公司用于印刷电路设计的 g r a p h i c 一1 系统。从二十世纪六十年代末期到七十年代，随着计算机硬件技术的快速发 展，使c a d 技术的应用进一步扩大，在电子和机械工业领域中被企业普遍接受，同一时期， 二维设计系统得到比较广泛的应用。但二维设计系统的建库方式，已很难满足现代制造业 的需要，在三维c a d 系统平台上建立三维参数化实体模型也开始了研究p 1 七十年代末 以后，工作站和微型计算机的普及，有力地推动了c a d 的发展。八十年代到九十年代， c a d 技术飞速发展，日趋完善，其应用范围也几乎渗透到所有工业部门中去。c a d 技术 由绘s u - 维工程图发展到三维造型、自由曲面设计、有限元分析、机构的分析与仿真，出 现了许多成熟的c a d 软件p 1 。二维c a d 系统主要完成二维工程图的绘制。产品以 a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 系统为代表。针对产品的三维实体模型建立、三维实体零件 的加工、以及设计产品的有限元分析等开发的软件包括s o l i d w o r k s 公司的s o l i d w o r k s 、 p t c 公司的p r o e n g i n e e r 、u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的u g 、c n c s o w a c o r e 公司的 m a s t e r c a m 等优秀的软件。 1 2 2 国内c a d 概况简述 我国c a d 技术的研究及应用开始于二十世纪六十年代。研究单位主要是为数不多的 军工企业研究院所和高等学校。八十年代初，有些大型企业和研究所引进了c a d 系统， 并进行了研究和开发，取得了初步成果。到了八十年代中后期，我国的c a d 技术有了较 大发展，国家科委等有关部门将c a d 技术的应用提到了重要日程，推广实施“c a d 应用 工程”，以将c a d 技术转化为生产力。进入九十年代，国内c a d 的发展与普及进入高速 运行阶段。各高校与研究机构对c a d 基础理论和软件开发进行了大量的研究，取得了丰 硕的成果，开发了一些具有计算机辅助绘图支撑系统、机械设计及绘图系统、工艺设计系 统、三维几何造型系统、产品数据管理系统及自动数控编程系统的软件，代表的有c a x a 、 金银花系统、高华c a d 等软件。 1 2 3 壳体零件c a d 的概况 2 壳体零件是在机器、仪器中应用很广泛的一大类零件，但因其品种繁多、形状各异、 1 绪论 结构复杂，使得通用的c a d 软件不能满足各个企业壳体零件的特殊要求，壳体零件因其 复杂多样性决定了它不能像标准件一样在c a d 软件中设计通用的标准模块来调用，所以 目前市场上还没有专门用于所有壳体零件的计算机辅助设计软件问世，大多数的研究是各 个壳体零件制造企业根据其实际使用情况在通用辅助设计软件的基础上进行二次开发，研 究开发出自己企业所需的壳体c a d 系统。 在企业开发适应本企业壳体零件的专用壳体c a d 软件的过程中，研发的专用c a d 软件必须结合企业自身的实际情况，建立符合国家标准、企业标准的壳体零件图形库，为 能实现模块化设计、参数化造型奠定基础，从而提高壳体零件的设计效率。 当前，三维实体造型软件逐步取代二维软件，因此选择三维软件的二次开发也就成 了研究重点，各企业针对实际使用状况相继开发了基于不同三维设计软件的各种专用壳体 c a d 软件，国家在“十五”攻关项目中也有针对特殊的复杂壳体参数化建模技术的研究项 目。目前，有很多的企业针对各自的需求，采用在u g 、s o l i d w o r k s 、p r o e 、i - d e a s 等 三维软件的平台上相继开发了汽车壳体零件、航空发动机壳体零件、液压泵壳体零件、军 工产品的壳体零件、模具型腔壳体零件等复杂壳体零件的专用c a d 系统，并且在壳体零 件的模块化设计、参数化建模、二次开发界面的设计等方面已经做了大量的研究工作，也 有许多的研究成果已经应用于企业的生产实践中。 1 3 论文工作的选题背景 1 3 1 生产中壳体零件的数控加工情况 壳体零件在机器、仪器中应用非常广泛，壳体零件的形状、结构都根据所安装设备 的不同而品种多样、各不相同，我们根据壳体零件的用途将这些壳体大体分三大类： ( 1 ) 大型机器壳体，如变速箱体，机床主轴箱体等。 ( 2 ) 中型电器设备壳体，主要是罩子类，由薄壁板料组成，如家电壳体等。 ( 3 ) 小型仪器壳体，一般是仪器壳体和小型机电设备壳体。 这些壳体零件根据其用途的不同，大小形状各异，其加工方法也各不相同。 大型机器的壳体加工大多采用铸造或焊接件制造壳体的毛坯，然后对壳体需要加工 的平面、孔等进行机加工，这些需要进行机加工的形状比较简单。 中型电器设备的罩子类壳体，多采用钣金冲压件，用铁皮压制成型，形状相对来说 不是很复杂，所以也基本不用数控加工和参数化设计。 小型仪器壳体中，电器设备的壳体也有用钣金冲压件，不需要进行数控加工；但一 些机电设备的壳体，尤其是承受一定载荷的设备壳体，用机加工件或铸造毛坯然后机加工 成型，机加工往往需要加工壳体零件的型腔，由于型腔内有许多曲线、曲面加工，这就需 要用数控机床加工，并进行参数化设计了。 西安理工大学工程硕士学位论文 1 3 2 小型壳体零件的结构情况及数控加工和参数化设计必要性 本论文所涉及的小型仪器壳体零件主要用于某航空研究所的机电产品，其内部主要 是安装一些线路板和其它一些小型机械，因此，其结构比较复杂。这一类壳体结构比较典 型，一般外形为方形，内腔有圆形组合、方形、菱形等，在型腔的内部多有凸台、岛等， 凸台上多有螺纹孔或通孔，用于安装线路板等电子设备或机械轴承等。我们在为某航空研 究所加工这一类壳体的过程中，发现这种壳体型腔比较复杂，用普通机床加工有困难，所 以我们采用加工中心来加工型腔，而且在加工过程中发现采用数控加工有以下优势： ( 1 ) 壳体零件的型腔内有凸台，凸台上有螺纹孔，一般是用于固定电器线路板用，凸 台的形状有圆形，方形等，加工时需要躲开凸台，因此采用数控加工就会发挥出巨大的优 势。 ( 2 ) 壳体型腔内部形状不太规矩，型腔内形随线路板的使用特点可能不一定是规整 的，有方的、有菱形的、有圆弧组合的。这些不规整的曲线形状，使得型腔加工更需要数 控加工。 ( 3 ) 壳体类零件有些是作为底座用的，这就需要一定的强度，因此，有的型腔底部是 带有筋板的，结构比较复杂，这些筋板需要用铣削方法加工底部型腔，用数控铣削加工可 以提高加工效率和精度。 但是，我们在用数控机床加工的机电类产品壳体零件时，遇到了下列的诸多问题。 在数控加工中，关于型腔的编程问题比较突出，主要是由于型腔编程用手工编程比较困难， 排刀时，刀具轨迹的坐标点不易计算，而且每次型腔尺寸变化，哪怕是其中的一个尺寸发 生变化，都必须重新计算坐标，重新编程，大大的影响了生产周期，而采用计算机编程就 能解决这一问题。 在用计算机编程时，一般都用图形编程软件，如c a x a 制造工程师，m a s t e r c a m 等， 这些软件，在编制型腔加工的程序时，绘图造型比较困难。因此，我们针对这种壳体零件， 设计一个专用的c a d c a p p c 舢系统，采用模块化设计和参数化造型，然后，根据零件 的造型，生成刀具轨迹和g 代码。这样可以大大提高编程的效率以及简化编程工作中所 必需做的绘图工作，大大提高生产效率。 1 4 论文主要工作 经过和航空研究所的技术人员共同分析和讨论，决定开发壳体零件c a d 系统软件应 具备的功能有： ( 1 )由零件图提出所需参数，制作壳体类零件的型腔零件专用的用户界面。 ( 2 )壳体类零件的型腔专用零件参数化三维图库建立，二维工程图的自动生成。 为壳体类零件型腔的c a d 实现与后续的c a p p c a m 间实现集成打好基础。 ( 3 ) 得到相应的工艺方案，生成加工轨迹。 4 1 绪论 ( 4 )生成适合机床数控系统参数设置的加工程序。 本论文工作主要完成壳体c a d 系统软件的第一、第二部分内容，主要做的工作有以 下几个方面： ( 1 )深入的研究了建立壳体零件c a d 系统的相关理论建模工具s o l i d w o r k s 的建模方法、s o l i d w o r k s 的应用程序界面及二次开发语言v i s u a lb a s i c 6 0 的可视化编程技 术，深入调研了企业中壳体零件的加工、生产状况； ( 2 )在调查分析企业壳体零件生产现状的基础上，构建了c a d 系统软件的功能模 型： ( 3 )在分析壳体零件结构特点的基础上，对零件进行了分类，从零件图提出所需参 数，在s o l i d w o r k s 下建立了壳体类零件的型腔模型库和特征集模板库； ( 4 )在模型库的基础上，采用v i s u a lb a s i c6 0 开发工具对系统进行编程实现，设计 了专用的用户界面，并对系统进行了测试。 ( 5 )在满足企业对现阶段所涉及的壳体零件实现c a d 以外，探索了以特征集通过装 配形成更多类型的壳体零件的方法。 1 5 论文结构 论文共分五章，各章主要内容如下： 第1 章：绪论 主要介绍了国内外c a d 技术的发展及现状，并且对壳体零件的加工状况以及壳体零 件c a d 的现状进行了简述，对机电仪器小型壳体零件的结构及参数化建模的可能性进行 了详细地分析，简述了本论文的研究内容。 第2 章：壳体零件设计c a d 系统开发实现的若干关键技术 对本论文相关的技术基础进行了深入的研究，主要包括：支撑软件和二次开发工具 的选择，s o l i d w o r k s 的二次开发技术、参数化特征建模技术、用户界面技术的研究。 第3 章：壳体零件c a d 系统体系框架设计 在总体上初步确定了系统的功能模块，在对壳体零件分类的基础上，在s o l i d w o r k s 下建立了符合企业加工要求和二次开发参数化设计要求的壳体零件标准模型库，并且研究 了尺寸参数驱动的方法和壳体零件尺寸驱动设计思想。 第4 章：壳体零件设计的实现 完成了v i s u a lb a s i c 用户界面和应用程序的建立，实现了用户界面与s o l i d w o r k s 的链 接，实现了系统的集成，对软件进行了测试，解决了测试中出现的问题，并且以一种壳体 零件的两种生成方法为例对壳体零件c a d 系统进行了操作实例演示说明。 第5 章：结论与展望 对本论文完成的工作进行简要的总结，并指出进一步研究的方向。 西安理工大学工程硕士学位论文 2 壳体零件设计c a d 系统开发实现的若干关键技术 2 1 支承软件的选择 一个好的支撑软件是软件开发的必备基础，本系统开发准备选用三维c a d 软件作为 开发的支承软件，参考目前国内较为流行的商用三维c a d 软件，诸如u g 、p r o e 、 s o l i d w o r k s 等，在充分比较国内外图形软件的基础上，并结合研究所实际情况和我们现有 的机床特点，三维软件的广泛应用性和其性价比等几个方面，最终选择了以s o l i d w o r k s 为 开发平台，用v i s u a lb a s i c6 0 进行开发的方案。s o l i d w o r k s 是美国s o l i d w o r k s 公司推出 的一套w i n d o w s 平台下非常优秀的特征造型软件，是三维机械设计软件市场中的主流软 件p 1 。除了可以十分方便的实现三维零件的造型，还具有很强的数据接口支持，支持各 种数据在软件间的格式和数据的转换传递。s o l i d w o r k s 的应用开发程序接口 a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e 运用程序界面) 使得用户可以利用它通过编程开发 软件( 如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 等) 对s o l i d w o r k s 进行二次开发，建立适合用户 需要的、专用的功能模块。 2 1 1s o l i d w o r k s 简介 s o l i d w o r k s 是美国s o l i d w o r k s 公司研制的一套基于w i n d o w s 平台开发的三维设计软 件，s o l i d w o r k s 能最大限度的反映设计者的意图，操作简单，功能强大，容易上手，可 以完成复杂的产品设计、高性能的大型装配、高级曲面造型和设计修改，显示动态装配关 系，集设计、分析、加工和数据管理于一体；它可以实现由三维实体造型向二维工程图的 转化，能够使零件设计、装配设计和工程图保持时刻的全相关和同步。同时s o l i d w o r k s 具有良好的开放性接1 3 和功能扩充性。它不仅可以向下兼容二维a u t o c a d ，使得以前采用 a u t o c a d 软件进行的设计得以使用和转化，同时还可以与许多其他专业软件( 如有限元 分析软件a n s y s 、数控加工软件c a m w o r k s 、数据管理系统s m a r t e a m s 、三维实体设计软 件u g 、p r o e 等) 无缝集成为功能十分强大的c a d c 创巳c a m p d m 系统p 1 。目前，各 类用户不仅在应用s o l i d w o r k s 的强大功能进行各类专业设计，同时也在不断探索 s o l i d w o r k s 的二次开发技术，从而力求扩展s o l i d w o r k s 的功能并使其用户化、专业化。 s o l i d w o r k s 软件具有如下主要功能和特点： ( 1 ) 全w i n d o w s 界面，操作非常简单方便 s o l i d w o r k s 是在w i n d o w s 环境下开发的，采用内核本地化，简易方便的全中文应用 工作界面；利用w i n d o w s 的资源管理器或s o l i d w o r k se x p l o r e r 可以直观管理s o l i d w o r k s 文 件；s o l i d w o r k s 全面采用w i n d o w s 的技术，支持特征的”剪切、复制、粘贴”操作，支持 拖动复制、移动技术。 ( 2 ) 清晰、直观、整齐的用户界面 6 2 壳体零件设计c a d 系统开发实现的若干关键技术 s o l i d w o r k s 用户界面使设计过程变的非常轻松：动态控标用不同的颜色及说明提醒 设计者目前的操作，标注可以使设计者在图形区域就给定特征的有关参数；鼠标确认以及 丰富的右键菜单使得设计零件非常容易；图形区域动态的预览，使得在设计过程中就可以 审视设计的合理性。 利用f e a t u r e m a n a g e r 设计树，设计人员可以更好地通过管理和修改特征来控制零件 图、装配图和工程图；p r o p e r t y m a n a g e r 属性管理器，提供了非常方便的查看和修改属性 操作；减少了图形区域的对话框，使设计界面简捷、明快；c o n f i g e r a t i o n m a n a g e r 属性管 理器很容易地建立和修改零件或装配的不同形态，大大提高了设计效率。 ( 3 ) 强大的特征建立能力和零件与装配的控制功能 强大的基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵 列以及打孔等操作来实现零件的设计；可以对特征和草图进行动态修改；功能齐备和全相 关的钣金设计能力。 利用钣金特征可以直接设计钣金零件，对钣金的正交切除、角处理以及边线切口等 处理非常容易；s o l i d w o r k s 提供了大量的钣金成形工具，采用简单的拖动技术就可以建立 钣金零件中的常用形状。 利用f e a t u r ep a l e t t e 窗口，只需简单地拖动到零件中就可以快速建立特征；利用零件 和装配体的配置不仅可以利用现有的设计，建立企业的产品库，而且解决了系列产品的设 计问题；可以利用e x c e l 软件驱动配置，从而自动地生成零件或装配体；按照同心、重 合、距离、角度、相切等关系的丰富多样的装配约束；动画式的装配和动态查看装配体运 动。 ( 4 ) 完整的工程图 s o l i d w o r k s 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的， 当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。它可以从三维模型中自动 产生工程图，包括视图、尺寸和标注。增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、 部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。 使用r a p i d d r a f t 技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以 加快工程图操作，但保持与三维零件和装配体全相关。用交替位置显示视图能够方便地 显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关 系的装配体而设计的独特的工程图功能。 ( 5 ) 数据交换功能 可以通过标准数据格式与其他c a d 软件进行数据交换；提供数据输入诊断功能，允许 用户对输入的实体执行几何体简化、模型误差重设以及冗余拓扑移除；利用插件形式提供 免费的数据接口，可以很方便地与其他三维c a d 软件如p r o e n g i n e e r 、u g 、m d t 、 s o l i d e d g e s 等进行数据交换；d x f d w g 文件转换向导可以将用户通过其他软件建立的工 7 西安理工大学工程硕士学位论文 程图文件转化成s o li d w o r k s 的工程图文件，操作非常方便；可以将模型文件输出成标准 的数据格式，将工程图文件输出成d x f d w g 格式。 ( 6 ) 支持工作组协同作业 s o l i d w o r k s 专门为设计人员提供的协同工作环境，利用微软技术开发的3 dm e e t i n g 可以通过i n t e r a c t 实时地协同工作；可以将设计数据存放在互联网的文件夹中，和存放在 本地硬盘一样方便；可以将工程图输出成e d r a w i n g s 文件格式，可以非常方便地交流设计 思想。 提供了自由、开放、功能完整的a p i 开发工具接口，用户可以根据实际情况利用v c 、 v b 、v b a 或其他o l e 开发程序对s o l i d w o r k s 进行二次开发。 ( 7 ) s o l i d w o r k s 合作伙伴计划和集成软件 s o l i d w o r k s 作为”基于w i n d o w s 平台的c a d c a e c a m p d m 桌面集成系统”的核心 软件，它完整提供了产品设计的解决方案。对于产品的加工、分析以及数据管理方面， s o l i d w o r k s 公司”合作伙伴计划i 贝0 大大拓展了s o l i d w o r k s 在整个机械行业中的应用。”合 作伙伴计划”提供了许多高性价比的解决方案，s o l i d w o r k s 用户可以从非常广泛的范围内 选择在产品开发、加工制造以及数据管理的各个方面的软件。s o l i d w o r k s 合作计划包括全 球大约4 0 0 多家公司，包括计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c 触) 、计算机 辅助分析( c a e ) 和产品数据管理( p d m ) 软件r 1 。 2 1 2s o l i d w o r k s 的二次开发可行性 s o l i d w o r k s 作为三维c a d 软件，为用户提供了非常方便而强大的二次开发功能，使 用户可以根据自己的需求，开发出适合自己的应用软件。任何支持o l e ( o b j e e tl i n k i n ga n d e m b e d d i n g ，对象的链接与嵌入) 和c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件对象模型) 的 编程语言都可以作为s o l i d w o r k s 的开发工具。s o l i d w o r k s 的二次开发分为两种，一种是 基于自动化技术的，此种技术只能开发e x e 形式的程序；另一种开发技术是基于c o m 的，这种技术可以使用最多的s o l i d w o r k sa p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，运用程 序界面) 。a p i 可控制s o l i d w o r k s 会话方式，生成木d n 格式的文件，即s o l i d w o r k s 插件“1 。 s o l i d w o r k s 为方便各类用户对其进行二次开发而提供的a p i 应用编程接口，是一个基于 o l ea u t o m a t i o n 的编程接口，此接口为用户提供了自由、开放、功能完整的开发工具， 其中包含了大量功能函数，这些函数提供了程序员直接访问s o l i d w o r k s 的功能。a p i 中 的函数可以被v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 、c 、c + + 、v b a 、e x c e l 、等或者是s o l i d w o r k s 宏文 件以及其他支持o l e 的开发程序调用，从而可以扩展s o l i d w o r k s 的功能，实现二次开发。 2 1 3s o l i d w o r k sa p i 对象概述 s o l i d w o r k s 作为一个o l e 服务器，提供了大量的0 l e 对象以及这些对象所拥有的方 2 壳体零件设计c a d 系统开发实现的若干关键技术 法和属性，用户可以通过应用程序对这些o l e 对象及其方法和属性进行操作，从而在自己 开发的应用软件中实现诸如定制用户区、构造实体、检查曲面参数等几乎所有s o l i d w o r k s 软件的功能。 s o l i d w o r k s 为用户提供了大量的o l e 对象用于二次开发，这些对象几乎涵