（油气井工程专业论文）pdc钻头三维设计技术研究.pdf

t h er e s e a r c ho ft h 代e d i m e n s i o n a lr 】k c h n i q u e f o rp d cb i td e s i g n i n g l i uc h e n g ( o i l & g a sw e l le n g m e 血g ) d i r e c t e db yp r o z o ud e y o n g a b s t r a c t i l lo r d e rt or e a c h 吐i eg o a lo fi n l p r 0 v 血gp d cb i td e s i 口e m c i e n c y ，t l l i s 也s i sh a ss t u d i e d 吐屺p 血c i p l eo fc o r r e s p o n d i i l gc a da n di l n p l e m e n t a t i o nm e m o do nt l l eb a u s i so fs o l i d w r o r k s 2 0 0 6 劬c t i o na n dm o d u l e ，h a sp u tf o r w a 叫t h es y s t e m a t i cs c h e m e 趾di i n p l e m e n t 撕o n i n e l o do fp d cb i tt l l r e e - d i l n e l l s i o nd e s i 咖n gs y s t e mb a s e d0 ns o l i d w b r l ! 【s2 0 0 6s o f t 、聊e p l a 仃o n n 1 ks y s t e ma d o p t s 砌b a s i c6 od e v e l o p i i l gi i l ! 仃啪e n ta n dd e v e l o p m e n tw a y w l l i c hb a s e0 nc h 柚：血gt h es t o r e h o l l s ed y n 锄i c a l l y ( 宰d l lf i l e ) ( 1 ) a c c o r d i n gt 0 也ep d cb i t s 仇l c 删c h a r a c t e r i s t i c ，t 1 1 i s 也e s i sh a ss e tu pt b ec o m p o u n dc o o r d i l l a t es y s t e mo fd e s 嘶b i i l g m eg e o m e t i r cs 仃u c t u r eo fp d c b i t ，h a ss e tu p 廿1 es e “o n a lf b md e s i 弘m o d e lo fp d cb i t ，h a s p r o v i d e dt h e 枷o i l a lc l o 也t o o t hp a r a r n e t e rd e s i g nm e t h o d ( 2 ) t h i s 也e s i sh a u sc u ta p a r tt h e s 仃u i c t u r eo fp d cb i tt ot h ep d cb i ts t n l c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c ，h a sc a r r i e do nt h e n l r e e - d i i n e n s i o n a lm o d e lt ob o d yo f b i t ，b l a d e ，c o g g i n gs e p 砌e l y b i tc r o 啪a 1 1 dt h em o d e l s b u i ha r e 仕l em o d e l st h a tt h ev a r i a b l ep a r ；m l e t e ri sd r i v e n 1 1 1 i st 1 1 e s i sh a sa s s e 瑚【b l e d 廿l e m o d e l s “hu n d e rt h ec i r c 眦s t a n c e s 曲ts o l i d w _ 0 r k sa s s 锄b l e dm ee n v i l o n m e n t ，h 舔 f i i l i s h e dt 1 1 ep d cb i t 缸e e - 曲n e 嬲i 伽融m o d e l ( 3 ) 1 k s 仕屺s i sh a sr e c o 衄e n d e dc a n 了i n go n 龇r e d e v e l o 】) m e mm 弛o dt 0s 0 1 i d w o 旭埘t 1 1 刚b a s i c ，t 0 恤觥i n g - u p ，0 p e n 啦， k e 印i i l go fs o l i d w b r k sf i l e ss 印蹦l 钯l y ，c h a i l lt l l e 蛐a s e ，e s t a b l i s hp l u g i np a c l 【a g e ，h a s i n c r e a s e d 如n c t i o n ss u c ha st l l et o o lb 瓯e t c a r l dc 蕊e do nr e s e 疵h ，h 嬲r e a l i z e dt l l ei l l t e r f a c e o fp d cb i tm o d e lm a tv 撕a b l ep a r a m e t e rd d v e sb 1 1 i l tw i 也n l e 五吣n t ，l 璁s 丘1 1 i s h e dc 出c l l l a t i l l g a n d 嘶v i n gt 1 1 e c o u r s eo f 也em o d e l 廿1 1 o u 曲d e s i 印i n g ( 4 ) 1 k sm e s i sh a sd e v e l o p e da n d d e s i 印e d 舭s o 胁a r et 0d e s i 驴f o rp d c b i tt h r e e - 妇l e n s i o no f 也ep l a t f o m 埘也s o l i d w o 舨 n l r e e d i n l 蜘s i o ns o f t 、张r e t h es o f h ) l ，a r ei n c l u d e s 矗l em 锄g e m 肋t ，b i tb o d yd e s i g n ，b l a d e d e s i g i l ，c u tt o o 廿1d e s i 印，b i tc r o 吼d e s i 班e t c t h ed e s i 萨h a sd e v e l o p e ds 切n d a r de x e p r o c e m h et 1 1 i st i i n e ，a tt h es 锄舱劬ef o rb e i i 培e 嬲yt 0u s e ，h 弱i i l l p r o v e dt h ep r o j e c t ，h a s d e v e l o p e dm em e 肌p l u g - i 1 1p a c k a g ef o rs o l i d w | o r l ( s t h ed e s i 印h a sh u n g 廿l e r f 配eo f e v e r ym o d u l eo nt h em a i nm e 肌o fs o l i d w b d ! ( ss o f h a r e ( 5 ) a c c o r d 堍t 0 仕屺r o c k 吐l a r a c t e r i s t i co f 廿1 eb l o c ko fx i f e n g ，铂h i st 1 1 e s i sh 嬲d e s i g n e df o u rb l a d ep d cb i t st 1 1 a tm e s u i t a b l ed i r e c t i o n a l 、e uc r e 印si n t o ，h a sm a d eb e t t e rr e s u l t k e yw o r d s ：p d cb i t ，n 鹏e - d i m e n s i o n a ld e s i 印，m o d e l ，m e m o d ，p r o 伊锄 n l 主要符号表 主要符号表 d 一钻头直径，n 1 i i l ； d 一切削齿( 复合片直径) ，m m ； 兀一钻头剖面冠顶半径设计系数，无因次； 万一钻头剖面内锥高度设计系数，无因次； 疋一钻头剖面外锥高度设计系数，无因次； 七一钻头剖面内锥斜率； 日一钻头柱面坐标系的纵坐标( 沿钻头轴线方向) ，l 啪； 鼠一钻头剖面内锥高度，n h n ； 凰一钻头剖面外锥高度( 剖面高度) ，衄； 皿一切削齿中心在钻头柱面坐标系中的高度坐标，n 1 1 n ； k j 一地层可钻性级值，无因次； m 一钻头刀翼数量； 一钻头冠部切削齿数量； 万一钻头转速，印m ； r 一钻头柱面坐标系的横坐标( 沿钻头半径方向) ，衄； 尺b 一钻头剖面半径( 钻头冠部半径) ，m m ； r ，一切削齿在钻头柱面坐标系中的横坐标，m m ； 如一钻头冠顶半径，即冠顶在钻头柱面坐标系中的横坐标，m m ； 以- 切削齿( 复合片) 半径，n 吼； 形一钻头钻压，1 武； 盯一切削齿的后倾角，度； 一切削齿的侧转角，度； y 一切削齿的法向角，度； 9 一钻头柱面坐标系中的极角，规定从钻头冠部看时逆时针为正，度； 以一切削齿中心在钻头柱面坐标系中的极角( 周向角，规定同口) ) ，度； p 一钻头上刀翼的周向位置角( 规定同p ) ，度 4 一同一刀翼上相邻切削齿的最小间距，呦 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：功船年上月 学位论文使用授权书 刃日 | 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：撕上月刁日 醐洲计月7 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究的目的及意义 第一章前言 实现机械加工数控化，将c a d 计算机辅助设计技术与c a m 计算机辅助制造技术 联网，实现c a d 、c a e 、c 触订集成系统，这是今后p d c 钻头设计与加工发展的方向【l 】。 开展p d c 钻头三维设计技术研究，旨在提高p d c 钻头的设计与加工效率，也是在顺应 这种p d c 钻头的设计与加工趋势。 p d c 钻头是用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件的切削方式破碎岩石的。它结构 简单，无运动部件，整个钻头是一个整体，在软到中等硬度均质地层中破岩能力强、钻 速高( 为牙轮钻头的2 倍以上) 、进尺快( 为牙轮钻头的“倍) 、工作寿命长、钻进成 本低、事故少，因此倍受业内人士的关注。我国的p d c 钻头生产技术与国外先进水平 相比有很大差距，尤其是在设计方面【2 】。所以开展p d c 钻头设计技术方面的研究是一项 极有意义的工作。 s o l i d w b r k s 是一套基于w m d o w s 的c a d 、c a e 、c 砧、p d m 桌面集成系统，是 由美国s o l i d w 础【s 公司在总结和继承了大型机械c a d 软件的基础上，在呲w s 环境 下实现的第一个机械三维c a d 软件，它全面采用非全约束的特征建模技术，其设计过 程有全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变【3 j 。 s o l i d w o r k s 的这种特点恰好与p d c 钻头设计过程中的大量修改数据的要求相吻合。 近年来国内p d c 钻头的设计理论与手段发展迅速，但与国外相比还有较大差距， 尤其设计技术和制造手段都明显落后【4 】。我国钻头企业大多处在单纯的模仿和简单的发 挥阶段，这极大地制约了国产p d c 钻头的进一步发展。目前，国内p d c 钻头的基础设 计阶段基本上还停留在二维平面设计程度。迫切需要开发专用的三维环境下的p d c 钻 头设计软件，以改变传统的二维设计方法，打破国外垄断，建立起一套自己的科学的 p d c 钻头设计制造体系。这对于提高国产p d c 钻头的技术水平和市场竞争力有着重要 的现实意义和明显的经济效益。 s o l i d w | o r 】( s 作为一款引进的三维c a d 软件，目前用于p d c 钻头的设计中也只是简 单地应用了s o l i d w b r l l 【s 的三维绘图功能。本课题根据p d c 钻头的结构特点，对p d c 钻 头进行了合理的结构划分，共分为钻头体、刀翼、切削齿、钻头冠部等4 个结构单元， 并对每个结构单元进行了三维实体建模和参数化设计，完成了s o l i d w b r l ( s 在p d c 钻头 第一章前言 设计上的二次开发，并用v b 编写了“p d c 钻头三维设计”计算机软件，大大提高了 p d c 钻头的设计效率。这正是本论文研究的理论意义和实用价值所在。 1 2 国内外研究现状 1 2 1s o l i d w b r k s 二次开发情况 国外商品化的c a d 系统是面向国际标准并提供了通用的设计平台，但其不可能全 面满足生产各色各类产品的不同企业的具体需求。这样问题的客观存在，促使我国工程 设计人员、高校研究人员纷纷对国外商品化的c a d 系统进行标准化和本土化的二次开 发【5 】。c a d “二次开发 是指由熟悉产品设计和掌握计算机应用技术的人员共同开发出 的针对企业特殊功能要求的c a d 应用软件。作为适合p d c 钻头设计平台的s o l i d w b d ( s 也并不是十全十美的，不可能完全满足p d c 钻头设计的特殊要求。例如，由于该软件 是外国人编写的，不适合中国的国标( 如标题栏、明细表、放大图的标注、剖视图的标 注、装配图的序号、标题栏等) ，也没有适合我国国标的标准件库。因此，为了适合特 定企业的特殊需求，形成企业自己的特色，使s 0 1 i d w b r k s 在我国的企业中有效地发挥作 用，并使常用的或重复的任务自动化，提高效率，就必须对其进行本地化和专业化的二 次开发工作。 尽管该软件面世较晚，但也有学者及工程开发人员对其进行了初步的二次开发尝 试，如辽宁工学院的李卫民、刘淑芬以及淮安市广播电视大学的张莉分别探讨了“基于 s o l i d w o r k s 平台的二次开发技术”；华北水利水电学院的杜明侠、吴鲁纪、李刚研究了 “基于s o l i d w b r k s 的三维c a d 系统二次开发方法”；合肥工业大学材料科学与工程学院 谢玉敏和董定福进行了“基于s o l i d w o d ! 【s 2 0 0 1 的标准件库的二次开发”；天津工业大学 的孙建军、黎旭、唐慧海和天津大学机械工程学院的黄艳群共同进行了“基于s o l i d w r o r l l 【s 二次开发的非标准件参数化设计 ；南京理工大学的李东波教授【6 】及其研究生刘萍萍进行 了s o l i d w 6 d ( s 关于尺寸公差动态查询的研究。这些研究成果尽管均是在2 0 0 3 年发表的， 但也促进了s o l i d w o d ( s 二次开发研究工作的进展。 1 2 2p d c 钻头计算机设计软件的研究进展 美国s a i l d i a 国家实验室r f a s l l m o r e 【7 】等人早在1 9 7 8 年就研制了一个名为 “s t r a r a p a xc 伽咖p r o g r a m 的p d c 钻头设计软件。1 9 8 2 年，e a 舢o n 等 人又对该软件进行了升级【蚋。据调查，目前国外比较大的钻头公司，如 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 h u 曲e s - c l l r i s t s e n 、h y c a l o g 、d b s 、s m i t h 、r e e d 等，都已采用计算机设计与自动绘图 技术对p d c 钻头进行优化设计，大大提高了p d c 钻头的设计水平和质量。 国内李树盛【9 】等人对p d c 钻头优化设计及自动绘图技术进行初步研究，以 w d d o w s3 1 为开发平台，开发出p d c 钻头q 设计与绘图软件，基本实现了p d c 钻头设计和绘图过程的电算化。 中国石油大学( 华东) 机电工程学院的肖广生教授指导的硕士生鲁桂荣与胜利钻井 工艺研究院合作完成了基于p r o e 的p d c 钻头三维设计软件。 综上所述，国内外在p d c 钻头设计理论与方法方面做了很多的研究工作，并取得 了一定的进展。这些研究成果对p d c 钻头的发展起到了积极的推动作用，钻头设计由 原始的套用传统金刚石钻头设计模式逐步向建立自己的设计体系发展，大大提高了p d c 钻头的设计水平，使钻头性能和质量有了明显的改善。 1 3 研究内容及技术路线 本文将通过建立p d c 钻头的坐标系统、冠部形状、刀翼形状、切削齿等数学模型， 在s o l i d w b r k s 中构建钻头体、刀翼、切削齿、钻头冠部等三维实体模型，完成p d c 钻 头结构单元三维模型库；通过编写计算机程序，实现s o l i d w | o r l ( s 与模型库的对接， 完成s o l i d w o r l 【s 在p d c 钻头三维设计上的二次开发；编制p d c 钻头三维设计软件，提 高p d c 钻头的设计效率。主要的研究内容有： ( 1 ) s o l i d w b d ( s 在p d c 钻头三维设计上的关键技术研究 在深入了解s o l i d w 0 r l 【s 软件功能及特点的基础上，结合p d c 钻头的设计特点，确 定了用s o l i d w b d ( s 开发p d c 钻头应用程序的方法和步骤。 ( 2 ) p d c 钻头数学模型的建立 p d c 钻头数学模型是利用s 0 1 i d w b d 心对p d c 钻头进行参数化造型及配置管理的基 础，本文对p d c 钻头的坐标系统、冠部剖面、刀翼形状、切削齿等进行了数学模型建 立。 ( 3 ) p d c 钻头三维实体模型的构建 p d c 钻头三维实体建模就是利用s o l i d w o r l 【s 的参数化造型、配置管理等技术，建 立一个可实现参数驱动的p d c 钻头零件及其装配体模型，为s o l i d w | 0 r l c s 在p d c 钻头设 计上的二次开发做准备。 ( 4 ) p d c 钻头三维设计 第一章前言 运用v b 编写计算机程序，实现p d c 钻头模型库与s o l i d w o r l ! 【s 的连接，实现了p d c 钻头三维设计。 ( 5 ) p d c 钻头三维设计软件 在p d c 钻头三维设计的相关数学模型及设计方法的研究基础上，开发了p d c 钻头 三维设计软件。软件以w i n d o w s x p 为开发平台，采用v i 删b a s i c6 o 、a c c e s s 编程工 具编写。 由于三维实体造型软件s 0 1 i d w o d ( s 以参数化和特征建模技术为核心，具备参数化功 能，本文将采用s o l i d w b r k s 建立p d c 钻头零件模型，借用数据库管理系统a c c e s s 数据 库存放钻头模型的参数数据。最后用s u a lb a s i c 6 0 编辑应用程序，调用a c c e s s 数据库 中的参数数据，传递给s o l i d w | o d ! 【s ，修改模型的相关尺寸，对p d c 钻头模型进行驱动 后生成新的p d c 钻头。 s o l i d w b r k s 二次开发的组织结构如图1 1 所示，每个p d c 钻头零部件设计模块组成 一个独立的单元，单元内分别包含有自己的可执行程序、模型库和数据库，模型库构成 了部件的基本几何特征，是实现参数化设计的数据前提；数据库为零部件的设计计算依 据，并且可以根据需要进行扩展和删改；设计计算程序得到零部件的设计参数，同时也 是模型更新的入口数据，是s o l i d w 6 r k s 二次开发的重要部分f l o 】；a p i 接口技术实现了设 计数据和模型数据的链接。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 图1 1s o 衄w o r l s 二次开发的组织结构 f i 9 1 一l o r g a n i z a t i o nn o w c h a i r to fs o l i d w o r l s p d c 钻头零部件设计模型可以单独执行，实现快速参数化设计。这些独立的模块最 终集成为插件与s o l i d w l o r l 【s 实现无缝集成，在用户进行p d c 钻头产品设计时可根据需 要随时方便地调用。 5 第二章s o l i d w b r l ( s 二次开发a p i 第二章s o l i d w o r k s 二次开发a p i 2 1s 0 1 i d w o 舾三维设计系统 s o l i ( 1 w o r k s 是一套基于w i l l d o 、s 的c a d 、c a e 、c a m 、p d m 桌面集成系统，是 由美国s o l i d w 6 r k s 公司在总结和继承了大型机械c a d 软件的基础上，在w m d o w s 环境 下实现的第一个机械三维c a d 软件，于1 9 9 5 年1 1 月研制成功【1 l 】。它全面采用非全约 束的特征建模技术，其设计过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时 牵动相关部分的改变。目前，s 0 1 i d w b r l ( s 的全球用户超过2 0 万，国外大多数制造公司 招聘时都要求应聘者具有操作s o l i d w o d ( s 的能力。国际上很多一流名校都将s o l i d w b r l ( s 定为大学本科学生的必修课目，如麻省理工学院、英国剑桥大学等院校。9 5 的西方企 业要求员工会运用s o l i d w 矾( s 软件。s o l i d w b r l 【s 连续几年被美国一些杂志评为优秀的 c a d 软件。s o l i d w b r l ( s 是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价 格比最优的软件之一。除了少数行业需要u g 、p r o e 、c a t 丛等高档c a d 软件外，中 档的s o l i d w b r l ( s 完全可以满足一般的应用，其装配分析基本满足一般企业的要求n 2 】。 因此，我们选用s o l i d w o r k s 系统作为p d c 钻头三维设计技术的开发平台。 s o l i d w b r l l 【s 系统具有如下的特点【l l 】： ( 1 ) 具有独特的特征管理员，提供的特征管理员设计历史树同具体的实体模型是实 时的动态联接； ( 2 ) 具有强大的实体建模功能和直观的w i n d o w s 用户界面； ( 3 ) 支持w i l l d o 、s 的d d e 机制和o l e 技术； ( 4 ) 支持i n t e m e t 技术，可以共享设计数据； ( 5 ) 双向关联的尺寸驱动机制； ( 6 ) 提供了v b ，v c + + 和其他支持o l e 的开发语言接口； ( 7 ) 给基于w i n d o w s 的桌面集成赋予了新的含义。 它以w i l l d o w s 为平台，集成了动态仿真软件( m o t i o n 、v o r l ( s ) 、工程分析软( c o s m o s o l i d w b r k s o r l l 【s ) 、数控加工软件( s u r f a h d 、以及工程数据管理软( s m a r t - e a m w b d ! 【s ) 等，使它们成为s o l i 撇s 家族中的一员。这些软件的数据可以相互传递共享。而且 s o l i d w | o r l ( s 公司还设有网上站点，可方便用户快速了解此系统的最新发展情况，或获得 最新的技术支持。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 造型功能 s o l i d w b r l l 【s 提供了新一代的造型功能，它包括了草图和实体，参数化特征造型技术。 提供丰富的基本特征，并且提供用户自定义特征的功能。s 0 1 i d w d r l ( s 支持强大的三维参 数化设计功能，可以方便地在设计的任何阶段修改零件。 绘图功能 工程绘图系统d r 踟曲g 主要用于三维模型的工程图纸绘制与输出，可同时编辑多张 图纸。当设计人员建图纸文件时，可以将黼文件上的特征历史树的总结点用鼠标点 取移动到图纸文件上，图纸文件上自动生成三视图。绘制的图纸上可以自动标注尺寸信 息。图纸与模型是相互关联的，当模型上的尺寸或造型变化时，图纸也相应改变【1 3 】。视 图包括标准视图、投影视图、一般视图、局部视图以及剖面视图，是零件或装配体在图 纸上的某种形式的投影。在视图上可以增加或删除符合国标的工程标注。本系统随时维 护三维模型与二维绘图的一致性。注释及辅助线段、圆注释和辅助的线段、圆用于给图 纸增加一些视图中未给出的信息，如加工注意点、材料选择等。 装配功能 s o l i d w 6 r k s 中装配的功能是由用户指定装配体中各零件之间的装配约束关系，将零 件装配成装配体。装配系统不但可以将零件装配起来，也可以读入已经装配好的装配体， 作为子装配体进行装配；子装配体在装配过程中可以视为一个整体，等效于一个零件。 s o l i d w 6 r l ! 【s 可以模拟仿真装配的全过程。 二次开发 虽然s o l i 硼沁r l 浴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，s o l i d w | 0 r 1 ( s 提供了几百个a _ p i 函数，这些a p i 是s o l i d w - 0 r l ! 【s 的o l e 或c o m 接口。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s o l i d w b 如功能模块。s o l i d w b r l ( s 是 一个非常开放的系统，提供了v b 、v c + + 和其他支持o l e 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。用或v c + + 调用s o l i d w b 她的a p i 函数，可以完成零件的建造、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，特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息；零件的装配信息；零件工 程图纸中的各项信息；还可在s 0 1 i d w b r k s 主菜单上增加按钮，将自己开发的应用模块嵌 入到它的管理系统中。 7 第二章s 0 1 i d w b r l 【s 二次开发a p i 目前，s o l i d w 0 r l ( s 在p d c 钻头设计中虽有应用，但仅限于其简单的三维绘图功能。 在设计过程中，由于钻头的剖面形状设计、布齿设计、刀翼形状设计和水力设计等缺乏 科学的方法和依据，设计者人为参与因素比较多，所以设计结果常常不能令人满意，设 计和绘图过程也异常繁琐。 2 2s o l i d w o r k s 的a p i 函数 s o l i d w o r k sa p i ( s o l i d w o r k s a p p l i c a t i o np r o g r a m m 堍 h t e r f a c e ) 提供了支持二 次开发的应用编程接口，通过该接口可以开发嵌入式功能模块以扩充原s o l i ( 1 w o r k s 的功 能，形成客户化定制的s o l i d w b r k s 软件系统。该开发接口支持s 0 1 i d w | o d 【sa c t i v e x a u t o m 撕o n 血c e 技术( 即通常所说的a c t i v e x 自动化界面技术) 【1 4 】。由于s o l i d w b d ( s a c t i v e x 技术是一种完全面向对象的技术，所以许多面向对象化编程的语言( 如v b 、 v c + + ) 可以通过a c t i v e x 与s o l i d w b r l ( s 进行通信，也就是说，s o l i d w 0 r 1 1 ( sa c t i v e x 提 供了一种机制，可通过编程手段从内部或外部来操纵s o l i d w b r l ( s 。s o l i d w b d ( sa c t i v e x 包容了绝大多数s o l i d w o r k s 功能，且均以方法和属性的方式被封装在a c t i v e x 对象中。 只要采用某种适当的方式，使隐藏的a 甜v e x 对象“暴露 、“开放”出来，就可以使 用各种面向对象编程的语言对其中的方法、属性进行引用【1 5 】，从而达到对s o l i d w b 幽 实现编程的目的，也就是达到二次开发的目的。 2 2 1s o l i d w | 0 r 1 ( s 的对象模型 s o l i d w - o r l ( s 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 i o r f a c e ) 是s o l i d w b d 【s 基于a 出v e x a u t o m 撕o n 的应用编程接口，它具有以下特点【1 6 】： ( 1 ) 直接利用s o l i d w - 0 r 1 【s 内核代码： ( 2 ) 直接访问s o l i d w b r l ( s 数据库、图形系统、几何造型核心； ( 3 ) 充分利用v b 、v c - h 等可视化编程工具； ( 4 ) 充分利用删o 、s 资源； ( 5 ) 可以方便高效地设计具有w 洫d o w s 风格的、与w i i l d o w s 无缝集成的应用程序。 s 0 1 i d w b r l 港支持o l e 标准，完全实现了o l e 自动化。作为一个o l e 服务器， s o l i d w 0 d ! 【s 提供了大量的o l e 对象，以及这些对象所拥有的方法、属性和事件，用户 通过在应用程序中对这些o l e 对象及其方法和属性的操作，可以在自己开发的应用软 件中实现诸如生成直线、构造实体、检查曲面表面参数等几乎所有的s o l i d w 矾湛软件的 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 功能。对象类定义了具有相同结构和操作的一组对象，其最基本的特征是封装和继承。 作为一种抽象数据，对象把实体的相关特征和操作封装在一起，允许人们以自然的方式 去模拟外部实体的结构和行为；继承是对象类实现可复用性和可扩充性的重要特征。一 个对象类可以定义为另一个更一般的特殊情形，这个对象类是特殊对象类的父类 ( s u p e r c l a s s ) ，或者说，特殊对象是这个一般对象的子类( s u b c l a l s s ) ，子类继承父类 的所有属性和操作，除此以外子类还可以定义自己特有的属性和操作。继承是对象类的 一种特例化关系，亦即集合包含关系，子类对象实例集合是父类对象实例集合的子集。 s o l i d w o d ( s 的对象模型是一个多层次的对象网络，如图2 1 所示。最高级别的对象 类是s l d w o r l ( s ，该对象中封装了很多方法o 订e t l l o d s ) ，如0 l p e n d o c 2 、a c t i v a t e d o c 2 、 c l o s e d o c 、e x i 认p p ，下面又创建了许多子类，如m o d e l d 0 c 、e n v 的姗e n t 、f 删 n e l l 7 j 。 本文将重点介绍m o d e l d o c 对象，因为大部分绘图操作都在m o d e l d o c 对象中，如 s e l e c t i y i d ( 选择) 、c r e a t e c 沁1 e 2 ( 画圆) 、c r e a t e l i n e 2 ( 画直线) 。m o d e l d o c 中又创 建了p a r t d o c 、a s s e 1 b l y d o c 、d r 抓血g d o c 等子类。其中大部分实体建模操作都在p a r c d o c 对象中，如f e a t u r e e x 仃u s i o n ( 拉伸) 、f e a ：t l l r e r e v o l v e ( 旋转) ；而相关的装配操作如 a d d c o m p o n e n t ( 插入零部件) 、a d d ma t e ( 插入配合) 等都在a s s e n l b l ) d o c 对象中。 9 第二章s o l i d w b r l 岱二次开发a p i 1 f e 1a 一枷o n 1 f e 州鲋e w 叫m o d e l e w i 叫s k e t c h l 1 d e s i 酣r a b l e 1 圳b u t c 1 s e l e c 廿0 n ，r a b l e 1 l a y e r m 可 _ 一， l l a y e r _ 1c 。确删。n m o d e l d o c e x t e n s i o n i 1 c 础目删。i l m a i l a g e r 一一m 。d e l e w m a i l a g e f 图2 1s 0 k d w d r l 【sa p i 层次结构图 f i 9 2 1 h i e r a r c h i ls t m c t 1 no fs o u d w o r l sa p i 1 0 中国石油大学( 华束) 硕士学位论文 222 对象的属性和方法 在s o l i d w o d ，s 创建的对象中，每个对象都有自己的属性和方法，通过调用a p i 函数 实现，反过来，应用s 0 1 i d w o d ( s 的每一步操作都体现在特定的对象类中。下面以v b 为 开发平台介绍其一些常用的a p i 函数。 连接s o l i d w o r i 【s s l d w o r k s 对象是s o l i d w o r b a p l 中最高级对象，它提供了s o l i d b 曲a p i 中所有对 象的直接或间接接口哆通过该对象可以控制s o l l d w o r k s 软件的执行或推出，以及 s o d w o r k s 文件的建立、打开、关闭等操作。在v b 中利用c r e 甜o b i e c t 方法来获得 s o 儿d w o r k s 对象，利用该对象的耐i v e d o c 方法可以获得当前s o l i d w o r k s 文件对象，文 件对象为空时，表示s o l i d w o d 8 没有打开任何文件。 定义如下： d i ms w a p p a s0 q e c t s e fs w a p p = c f e 砒o 巧e n c s l d w o r k s a p p l i c a t i o 一 在v b 编辑环境下创建旧动s o l i d w o r k s 按钮工程，如图2 2 所示，打开s o l i d w o r k s 运行界面，程序代码如下： p i v ms u b c o m m d 1 _ c l i c k ( ) s e ts w a p p = c m 甜e o 协e c t f s l d w o f k s a p p l i c 砒i o 一 s w a p pv i s i b l e 2 1 h e s e ts w a p p = n o t h i i l g e n d s u b 点击晴动s 0 1 i d w o r k s 】按钮，运行结果如图2 3 所示： 圈2 4 启动s o u d w o 山按钮 f i 醇一2 a 州v a 协h u “o no f s o 蚰w o r b 图2 3 由程序打开的s o 眦w d r i 【s 运行界面 w op e 咖蚀诅“m c e o f p r o g r 哪 第二章s o l i d w b r k s 二次开发a h 建立新的零件图、装配图 创建零件图格式： d i mp a r ta so b j e c t s e tp a r t = s w a p p n 唧a n 以下程序实现新建s o l i ( 1 w o r k s 零件文件： d i ms w a p pa so b j e c t d i mn e w p a r ta so b j e c t s e ts w a p p = c r e a t e o b j e c tc s l d w 0 r k s a p p l i c a t i o n ，) s 咖s i b l e21 m e s e tn e w p a n = s w a p p n e w d o c 啪e n t ( “c ：p r 0 伊锄f i l e s s o l i d w o 心d a t a t e m p l a t e s 零 件p r t d o t ”，o ，o 群，o 撑) s e tn e 、7 1 7 p a r t = s w a p p a c t i v a t e d o c ( “p a r t l ”) 创建装配图格式： d i l na s s e ma so b j e c t 、 s e ta s s e m = s w a p p n e w a s s e m b l y 以下程序实现新建s o l i d w b r l ( s 装配文件： d i m 鲫帅a so b j e c t d i m 玳刖a l s s e ma so b j e c t s e t 鲫矿a p p = c r e a t e o b j e c t ( “s l d b r k s a p p l i c a t i o n ) 咖s i b l e 5 t r u e s e tn e w p a n = s w a p p n e w 】d o c 眦e n tc c ：、p r o 铲锄f i l e s s o l i d w 0 幽d a t a t e m p l a t e s 装 配体a s m d o t ，0 ，0 撑，o 扔 s e tn e w p a r t = s v l ，a p p a c t i v a t e d o c ( “a s s e m l ) 这两个函数创建了一个新的工作区，使我们能够进行建模和装配。 选择 “选择 可以说是在使用s o l i d w o d ( s 时用得最多的一个命令，有很多命令在使用时 都要选择操作对象，通过调用m o d e l d o c 对象中的s e l e c t b y i d 函数来实现【3 】： m o d e l d o c s e l e c t b y i d ( 0 b j e c t n a 妇舱，o b j e c t1 ) e ，x ，y ，z ) 这个函数在应用时需要输入五个参数：0 b j e c t n 锄e 表示要选择对象的名称，该名 称是s o l i d w o r k s 在创建对象时按先后顺序自动命名的，如基准面1 、基准面2 、a r c l 、 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 l i l l e 3 、d 1 草图l p a n l s l d p r t ；o b j e c tt y p e 要输入对象的类型，如p l 心厄( 面) 、 s 三t c h s e q 删( 草图上的对象如直线、圆弧等) 、d m 伍n s i o n ( 尺寸标注) ；x ，y ， z 是平面上任一点的坐标值。 插入草图 在所选平面上插入草图，调用m o d e l d o c 中的i i l s e n s k e t c h 函数： m o d e l d o c i l l s e r t s k e t c h ( ) 基本草图绘制命令 画直线调用m o d e l d o c 对象中的c r e 砷e l i l l e 2 函数：m o d e l d 0 c c r e a t e l i n e 2 ( x s t a r t ， y s t a r t ，z s 谢，x e n d ，y e n d ，z e n d ) 【c o n s tr i l c t i o n g e o m e t 巧= t m e 】x s t a r