企业建立标准件库的实用模式

企业建立通用零部件库的实用模式王建正 李晓宏(太原重型机械集团有限公司技术中心,山西 太原 )摘要: 本文分析了标准件库现状和二维、三维CAD软件的建库基础，提出了一种充分利用三维软件参数化设计功能、建立企业二维、三维CAD通用零部件库的模式。结合起重机通用件库建设，介绍了各类零部件的参数化设计方式、入库文件和零部件的调用界面。关键词: 参数化设计；通用零部件库；二维和三维CAD。30 标准件库的现状与CAD软件建库基础国营大型企业经历了几十年的发展，其产品及零部件的标准化、系列化已具有相当的规模，形成了大量的通用零部件设计图表，并多以文档形式存在。另一方面，随着计算机技术的快速发展，二维CAD得以全面普及、三维CAD开始走向设计的各个领域。在二维CAD软件中，机械制造行业建立了参数化的标准件图库，包括螺栓、销轴等基础性图库，并与编程相结合，开发了齿轮等通用件的参数化设计。企业内部虽然也进行过一些通用件参数化设计尝试，但因开发工作量大、周期长、软硬件开发工具混杂等种种原因，并未取得较好的使用效果。二维设计软件提供的建库模式，一是利用交互式绘图，按标准件系列制作相应图块；二是利用编程工具，按标准件结构，编制相应程序；三是利用图形参数化工具和编程相结合，生成参数化模型。对企业建库而言，通用零部件较为复杂，前者工作量很大，而后者对于复杂零部件则难以实现。三维设计软件是一个基于参数化技术构建的软件，对参数化设计几乎形成面面俱到的支持，标准件、系列件、相似零部件的参数化设计变得十分容易，可以预见，这一技术的广泛应用，使得大量相似的结构件、机构件形成众多模块化的快速设计，企业通用零部件库因而迅速庞大，从而极大的提高设计效率。三维设计软件支持企业库的定制，其插件国际三维标准件库提供零部件的扩充功能，入库文件为系列表控制的零部件文件、系列表及界面控制等表格文件，程序按一定的格式生成人际界面，完成所选择规格的三维实体的生成和调用。1 企业建库模式的探索目前，我国大多数企业，还处于二维设计阶段，三维CAD还处于探索或小规模使用时期。二维与三维CAD还有一段相当长的并存时期。企业建库必须考虑这一形势，使之有较长的生命周期。在当前三维设计参数化功能很强的情况下，充分利用这一特点，归纳、总结不同零部件高效的设计模式，完成通用件的三维参数化设计。在此基础上，利用三维软件的建库功能直接建立企业三维库，采用三维设计生成不同规格的系列工程图，对此进行转换、管理、查询和调用生成二维库，从而支持二维、三维两种设计手段。1.1通用件的参数化设计方式 1）零件的设计三维设计软件为零件设计提供了零件系列表、配置、方程式等功能，控制着尺寸、特征构成、变量关系等基本因素。直接采用系列表和配置，可以方便的建立零件系列设计；通过建立设计主变量、服从变量和它们之间的关系方程式等手段，进行二次开发，可实现主变量控制的参数化设计。 2）小型部件的设计对部件来讲，除系列表、配置、方程式等上述功能外，增加了零件属性的功能，对于采用自底向上的设计方法进行设计的部件，可以通过系列设计表，控制零件的配置，实现系列零件尺寸规格的不同组合，完成部件的系列设计。对于自顶向下主要参数的控制设计，首先在装配体环境下生成主要变量控制的结构控制草图，然后进入装配体环境下的新零件编辑状态，设定新零件的轮廓草图与布局草图的全等或者等距关系，从而在布局草图与零件之间形成父子关系，实现布局草图对所有零件的控制驱动。3）大型部件的设计 大型部件的相似设计，往往是各种建模技术的综合应用，其特点是必须模块化、多人共同设计，并与编程相结合。程序完成相似设计思想指导的初始设计后，根据具体情况在三维界面或二维CAD环境下进行人机交互式的局部修改，完成产品具体设计。从实践效果来看，一般采用以下手段：自底向上的零件设计，装配位置的草图控制，数据文件控制零部件初始设计，人机交互完成局部修改。2.2 三维建库 三维软件提供了对企业建库的支持，可以利用国际三维标准件库的零部件扩充功能直接建库，它支持四级目录的管理、查询。对于零件，入库文件为系列表控制的sldprt文件、零件系列尺寸表、人机界面表、重量表，程序自动完成界面生成和内部链接，可通过界面完成零件规格、驱动尺寸的选择、三维模型的生成等功能。对于部件，入库文件为零件配置系列表控制的sldasm文件、零件配置系列表、人机界面表、零件明细表，程序自动完成部件控制界面生成和内部链接，同样通过界面完成部件的规格选择、三维模型的生成、零部件的转换等功能。2.3系列工程图形生成、转换与二维建库三维软件中，当零部件实体生成后，指出视图选择和位置，自动生成工程视图，并可自动插入特征尺寸，生成详细工程图。对于零件的系列设计，通过视图属性改变零件配置、程序按新规格自动更新图形和尺寸。对于主要参数控制的相似设计，在工程图中更新主变量，其余尺寸和零件实体自动更新。对于部件，则须更新装配体实体文件，工程图随之更新。三维设计软件提供另部件工程图向AutoCAD中R12、13、14、2000版本的dwg文件格式的转化，并可定义图层、颜色和图素实体之间的对应关系。从当前使用的效果看，图素与尺寸没有问题，字体的格式有时要做手工调整。转化成dwg文件后，工程图不再含有参数化信息，不支持参数驱动。在具有二维系列图的基础上，通过转换功能进行图形的文件格式转换，并将将三维库文件中的系列、界面等表格另存为独立的Exel文件，在此基础上开发二维图形库界面，并通过接口技术将库界面嵌入到Auto cad上，完成对图形的管理、选择和调用。3 工程实例3.1起重机通用零部件参数化设计以中端三维软件Solid Works为例，图一所示为车轮的系列设计，按子午面形状形成草图曲线，旋转后形成基本实体，钻孔、倒角后形成零件。图一 车轮的系列设计显示、修改尺寸变量名，与工程名称保持一致。建立规格尺寸系列表（图中右下侧），便完成了零件实体的系列设计。图二所示为起重机主梁隔板零件的设计模型，主变量为隔板高度和宽度， 其余尺寸为主变量的函数，通过方程式（图中右侧）确定其关系，当改变主变量时，其余尺寸随着变化，模型随之更新。 图二 隔板的参数化设计图三 车轮平衡架系列设计图四 起重机主梁参数化设计图三所示为车轮平衡架的系列设计，它由平衡架体、主动车轮装置、被动车轮装置、半支撑环等零部件组成，这些零部件已形成系列，在部件中插入系列设计表（图中下部），控制它们的配置组合，形成部件系列设计。图四为主要变量表控制的起重机主梁模型，图中的下半部分为主要变量表，当进行设计时输入一组新的数据，所有零部件即自动更新，完成另一种规格的设计。3.2 起重机通用件三维库库结构如图五所示，它支持四级目录的管理、查询。当点击零件时，出现图六所示的控制界面，可通过它完成零件规格、驱动尺寸的选择、三维模型的生成等功能。对于部件，如图七所示，可通过它完成部件规格选择、三维模 型的生成、零部件的转换等功能。图五标准库目录结构树图六 三维零件控制界面图七 三维部件控制界面3.3起重机通用件二维库图八 二维库界面用VB语言开发了二维图形库接口将三维通用件的二维工程图嵌入到Auto cad上, 形成两者的紧密集成。如图八所示，它具有各种视图的快速查询和调用功能，其中为保持转换图形与Auto cad图形格式完全一致, 对图形进行了相应的修改与完善, 并按照编程要求, 对图形的组成进行了响应的调整。 4 结束语在三维设计逐步推广的今天，有经验的产品设计人员已不同程度的对通用零部件进行了参数化处理，以实现设计重用。采用本文提供的建模方式，建立简单的表格文件形成建库输入文件，从而完成通用件的入库，很容易为设计人员所掌握。他们往往对于通用件库有者更为迫切的需求和热情，从而充当建库初期的主力军。对于以二维设计为主的企业，通过专业人员三维参数化设计、图形转换建立二维图形库，更是一种高效的、支持长远设计和现行设计的实用建库模式。参考文献：1 童秉枢.现代CAD技术M.北京:清华大学出版社,2000.2 赵汝嘉,陈桦.Solidworks 2001.机械工业出版社,2002.3杨素敏等.Autocad2000定制与开发.北京:人民邮电出版社,2000,6.4张树兵.Visual