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基于 solidworks 球阀 参数 设计

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题目：基于solidworks球阀参数化设计一、 毕业设计（论文）内容简介在机械产品中 ,系列化定型产品占有相当大的比例。同系列的定型产品大多具有相同或相似的外形轮廓特征。在采用传统的建模方法进行产品设计时 ,不可避免地要对模型的几何尺寸及结构形状进行反复修改、调整和优化 ,设计效率较低。为了提高设计效率 ,对于系列化定型产品 ,可以采用参数化设计方法。参数化设计是利用一组参数来约束产品模型的几何尺寸 ,以方便地实现产品模型的可变性、可重用性和快速设计 ,它能够缩短设计开发周期 ,提高设计效率 ,把设计人员从繁琐的建模工作中解放出来 ,将更多精力投入模型分析、改进等创新性工作中 ,为后续的有限元分析及制订加工工艺做好准备工作。参数化设计（Parametrization design）也叫尺寸驱动（Dimension driven）是二维绘图非常有用的技术，只要对全约束的图形施加尺寸，图形根据尺寸自动发生相似性变化。设计人员可以利用参数驱动的二维图形构造三维实体模型。利用参数化技术的CAD设计系统，可使设计人员在产品设计时，从大量繁琐的绘图工作中解脱出来，集中精力选择和优化设计参数，提高产品质量，缩短产品的设计周期。运用SolidWorks中VBA的二次开发应用，应VB语言编写程序，通过SolidWorks运行实现液压缸模型，这样可以通过改变液压缸中参数的系列尺寸，即快速而准确的得到所需的液压缸。本次设计，拟利用solidworks中的参数化建模技术。通过参数驱动机制，可以对图形的集合数据在图形拓扑关系不变的情况下进行参数化修改。由于参数驱动是基于对图形数据的操作，因此绘图的过程是建立一个参数模型的过程。绘图系统将图形映射到图形数据库中，建立图形实体的数据结构，参数驱动时改变数据结构中的具体参数，就可以生成所需要的图形。在 SolidWorks 软件开发中，参数化设计方法的研究已成为研究和开发的热点，但目前的所有软件还没有)一分完美地解决现今存在的一些问题。随着各种参数化技术的相互融合，各种新技术的不断发展，相信最终会出现能较完美实现参数化功能的技术。SolidWorks 是一款非常优秀的三维制图软件，易学易用，目前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。在全球销量已达到30万套，排名处于3D CAD软件销售榜首，遥遥领先与其他同类产品。一套基于Windows 的CAD 桌面集成系统,是由美国SolidWorks 公司在总结和继承了大型机械CAD 软件的基础上,在Windows 环境下实现的第一个机械三维CAD 软件。SolidWorks 的基本特性与以前的桌面CAD 机械设计系统相比较具有以下特性：1.具有强大的实体建模功能和直观的Windows用户界面；2.具有独特的特征管理员历史树；3.双向关联的尺寸驱动机制；4.支持Internet 技术，实现数据共享；5.提供了VB、VBA(宏记录)、Visual C+、Delphi等支持OLE(Object Linking and Embedding, 对象链接与嵌入)或COM（ComponentObject Model,组件对象模型）的开发语言接口用于SolidWorks 的二次开发,创建出用户定制的专用SolidWorks 功能模块。虽然SolidWorks 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，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、专业化的二次开发工作，而且这在虚拟工程中也是十分必要的。在Microsoft Office中，所有使用宏的应用程序都共享一种建立在BASIC语言之上的通用宏语言，Microsoft首先在Word For Windows中应用了宏语言。但是，这种依靠应用程序自身的宏语言有很大的局限性，因为某个应用程序的宏语言只能适用于宏自，而对其他应用程序却是无效的，大多数宏语言本身功能不够强大，也不够灵活，要想对应用程序进行操作或调用其中的功能都是非常困难的事情。1993年，Microsoft首先推出一种可以被多种程序共享的、针对程序内部可编程的，通用的可视化程序编程语言。Visual Basic for Applications(Microsoft Ofiice软件的通用语言，简称VBA)。VBA不能被归类于“程序语言”,它虽然具有十分完整的程序语言基本结构，事实上，它提供的不单单知识程序，而是对Microsoft Office各种软件功能的一种综合控制。因此，相对于Visual Basic For Windows而言，Visual Basic for Applications算是一种面向用户的控制语言。除此之外，VBA还具有应用程序生成器的特征，因为用户只要将想自动化的操作记录成宏，就可以直接产生宏程序代码（言外之意即以后不必在费事编写程序，只需把操作过程记录下来，就会自动生成编码）。VBA是一套完整的应用程序开发环境，它为用户和开发人员提供了一种应用程序间通用的程序语言，减少了学习时间和费用。而且VBA也为开发人员提供一种开发方法，用于开发集成多个应用程序系统。可以认为VBA是非常流行的程序程序开发语言VB的子集。实际上VBA是“寄生于”VB应用程序的。在Microsoft Ofiice中，所有的应用程序都可以用VBA，不想多花时间学习VB的用户，可以直接拿附加在软件中的VBA来应用，从而实现繁琐、机械的日常生活自动化，提高用户办公效率。VBA的主要特点来源于两方面：首先是和VB有着几乎相同的开发环境和语法，具有功能强大和易于掌握的特点；再者在于它面向对象的功能，即它的针对性非常强，使其结构简洁，代码运行效率非常高。二、 设计（论文）进展状况1. 搜集了SW参数化二次开发的相关资料2. 进行球阀的3D建模3. 学习VB编程语言 4. 运用VB语言对球阀进行编程5. 说明书的书写的完成三、 存在问题及解决措施重点研究二次开发，要学会VB编程语言，这是目前最大的困难。接下来的首先根据选题要求：球体流道直径10mm,公称压力1.6Mpa ,适用温度300度来造型一款典型的球阀产品 ,按正确的设计关系(包括几何拓扑关系和约束关系)在Solidworks环境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数;然后在VB 编程环境中开发程序界面 ,定义变量;再在程序中调用对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现球阀的参数化设计。四、 后期工作安排第11周： 完善球阀3D建模； 第12-15周： 完善VB程序的二次开发设计；第16周： 整理编写设计说明书，所有资料请指导教师检查； 第17-18周： 准备毕业答辩 指导教师意见: 指导教师： 年 月 日 毕业设计(论文)开题报告题目：基于solidworks球阀参数化设计 1 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1设计目的 在深入分析球阀设计理论的基础上，通过采用模块化设计技术、参数化特征建模技术、技术文件生成与管理技术、数据库技术，并开发相应软件的接口程序，使系统平台和支撑软件有机的结合起来，驱动所需的几何信息和拓扑结构，利用SolidWorks的交互功能和二次开发接口来实现。以期达到以下功能：（1）实现阀门零件的三维设计，装配检验，创建设计过程的人机交互界面。（2）由参数化系统自动生成二维零件图，方便加工。（3）建立阀门标准件库及非标准件系列化数据库，自动生成零件的明细表。（4）以ANSYS为基础建立球阀的优化插件。 以模块化的思想来对整个阀门系统进行研究，最终实现系统的设计、技术 文件生成与管理、参数化绘图以及ANSYS软件为平台的分析校核为一体的综合型CAD系统。针对于SolidWorks2007二次开发后的使用者而言，本课题最终所能达到的理想效果结下图：图1.1球阀的理想效果图1.2 研究内容（1）用阀门设计手册设计出不同类型的球阀。（2）对所设计的球阀进行三维建模。（3）用Visual C+对SolidWorks2007进行二次开发，建立基于此软件的球阀设计对 话框，用Delphi建立球阀标准件和非标准件数据库。（4） 对已完成的阀体用ANSYS进行流体力学分析，用Visual C+建立可加载到 SolidWorks中的阀门腐蚀量的分析模块，对阀体、阀杆等部分零件进行分析优 化。并得出较为准确的产品使用范围，采用Visual C+开发的可视界面控制Excel 生成阀门使用范围说明书。A.针对于球阀的设计方面来讲，需要研究的问题如下：（1） 对浮动式球阀结构的分析。其中包括密封条件的分析，密封座结构与材料的分 析，密封座的预压缩量与预紧比压的分析。 （2）固定式球阀的设计计算分析，其中包括球前密封和球后密封结构的讨论。（3）操作扭矩与驱动方式的计算分析。B.而针对于本课题ANSYS分析软件主要研究内容如下： （1）选择分析类型和分析选项，主要包括动态分析和稳态热分析。（2）在动态分析中确定作为时间函数的体载荷，输出阀体的应力应变。（3）在稳态热分析通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度、热梯度、热 流率、热流密度等参数的变化。（4）如何在主程序界面显示优化评价结果。1.3国内外现状分析 西方国家以本公司的产品和发展为对象进行开发研究，其中美国有30家，如Rockwell，Hoke阀门工程研究中心等，日本有24家，如冈野阀门公司技术研究所等。这些机构着重于阀门的设计与基础理论、新材料、新工艺、产品性能、可控性及标准化的研究工作。特别是高参数和特殊工况用阀门产品的研究，这些技术的支撑源自于较高水平的三维CAD/CAM。 进入21世纪国外阀门行业进展迅速，除阀门计算机辅助设计(CAD)在广泛应用之外，阀门计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)也得到了大量应用，尤其以日本阀门业界已开发出用于阀门工业的柔性制造系统，这就给种类繁多、型号复杂的阀门产品小规模多品种个性化生产提供了可能。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 设计的基本内容（1）对给定的产品进行分析，确定设计结构； （2）结合所学的理论知识和工程实践，进行计算分析，建立三维图形，创建系统界面（3）图纸设计：绘图量不少于一张零号图纸 a. 绘出零件图； b. 完成装配图设计； c. 创建SolidWorks球阀参数化设计插件； d. 至少有一张1号图纸应用AUTOCAD软件绘出，至少一张应用Solidworks软 件三维装配图图纸； e. 球阀性能及外观尺寸: 球体流道直径10mm,公称压力1.6Mpa ,适用温度 3000，适用介质：水、蒸汽、油品。 2.2 拟解决的基本问题解决本课题的关键问题也就是解决CAD智能化问题。在工程设计中加入推理型工作，包括方案的构思与拟定、结构的选择与优化、参数的选择和方案的评定等。这些工作需要知识、经验和推理，将与专家系统技术与CAD技术结合起来，形成智能化的CAD系统。所以从技术上看应该发展完善对SolidWorks球阀的二次开发，拟解决的关键性问题如下：（1）解决Visual C+、Delphi、ANSYS与SolidWorks数据接口问题。（2）尽可能的考虑到球阀设计和制造中的各种因素，完善编程，以期建立完善的球 阀参数化CAD系统。2.3 设计的步骤方法 首先根据阀门设计理论，找出阀门设计中各个参数之间的相互关系，以及计算流程，充分把握阀门的设计参数。然后用Visual C+将其程序化，在Windows XP操作平台上，用SolidWorks实现三维造型，用Delphi建立阀门的标准件和非标准件库，最后将Visual C+设计的程序模块接入SolidWorks软件中实现参数化设计和面向对象的设计。3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 本课题的重点和难点：研究球阀主轴部件的工作原理以及后期的装配工艺规划，并且在创建solidworks球阀参数化设计插件，并且运用autoCAD软件绘出，应用solidworks软件做出三维图。 前期已开展的工作：查阅各种学术文献，期刊杂志，科技报纸等资料深入了解本课题内容以及球阀部件的具体工作状况，分析球阀的工作原理，并熟练掌握solidworks软件画球阀。4 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写) 第12周：调研和收集资料： 第23周：撰写开题报告和外文翻译： 第47周：相关计算及装配图的绘制： 第813周：参数化设计系统创建： 第1314周：毕业论文的撰写： 第15周：整理资料，准备答辩： 5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献 1 黄明亚. 我国阀门行业的发展及趋势.阀门.2002.1. 2 张洪量. 参数化建模设计及其应用. 工业研究所. 2005.3. 3 董西军. 基于solidworks的参数化设计.机械制造与自动化. 2007.4.20. 4 张毅. solidworks参数化设计方法研究.中国高新技术企业. 2004.5.21. 5 赵凯. 基于个性化产品定制的参数化系统研究. 东北大学. 2009.5.01. 6 付灿华.参数化设计. 机械工程师. 2010.11.10. 7 周玮. 基于SolidWorks阀门参数化CAD系统的研究. 机械设计与制造. 2008.10.20. 8 张建德. 基于SolidWorks的齿轮参数化设计及实现. 微计算机信息. 2009.2.10. 9 吴坤. 固定式球阀三维CAD系统的研究与开发. 兰州理工大. 2011.05.23. 10 刘闯. 基于solidworks阀门设计平台研究. 东北大学. 2011.06.01. 11 王加新.球阀密封结构的分析及研究. 阀门. 2008.3.21. 12 严竹. SolidWorks二次开发关键技术研究. 中国科技信息. 2005.3.10. 13 张建德. 基于SolidWorks的齿轮参数化设计及实现. 机电产品开发与创新. 2004.2.20. 14 吴卓,吴坤. 基于SolidWorks球形关闭件二次开发的设计与研究J.科学技术工程.2011. 15 刘广利,吴坤. 数字化样机技术在斜齿轮副啮合仿真中的应用J.中国产业. 16 刘广利,吴坤. 魏泰.SGZ630刮板运输机链轮的有限元分析J.中国产业. 17 Gubin, S. D. Pro/ENGIVEER new of possibilities in the perfection InternationalPolymer Science and Database J, Source: Technology, 1994. 18 Charles E. Wilson, J. Peter Sadler. Kinematics and Dynamics of Machinery J,Chongqing: Chongqing University Press, 2005. 19 LAN ruming.A Method for Designing a Serial Product Ball Valve Using the Configuration Function in SolidWorks J. International Journal of PlantEngineering and Management 2009.4 . - 5 -摘要本科毕业设计(论文)题目：基于solidworks球阀参数化设计基于solidworks球阀参数化设计摘要 制造科学与工程学科是一门古老的传统学科，随着计算机技术的不断渗透和融合于工程设计、制造、检测、管理等方面，制造学科正在发生革命性的变化，涌现出许多以计算机为基础的新理论、新技术和新方法，形成了一系列计算机应用技术和自动化信息系统。信息技术就是一门处理资料、信息的新兴学科。CAD也就是信息技术在工程与制造业中的应用。 三维CAD技术作为数字化设计的主体成为工业领域普遍应用的关键技术，是现代产品开发的核心手段和主导环节，对提高企业的产品开发能力，增强产品的市场竞争力具有巨大的作用。特征造型是CAD建模方法的一个重要的里程碑。特征的引用直接体现了设计意图，使得产品模型更易于为人理解和组织生产，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD集成系统创造了条件。国内开发的阀门CAD系统大部分都是二维的，已经无法满足用户的方便、易学、直观的需求，因此迫切需要开发出一个功能完善且价格适中的阀门CAD系统以满足工程人员的需求。基于上述存在的问题，本文开发了基于solidworks球阀参数化设计。按照软件工程的方法，采用面向对象的开发技术和关系型数据库，开发的一套商品化、大型的阀门设计CAD系统。本文以数据库为支撑，并基于soliworks实现零部件的参数化设计、零件模型及装配模型的建立和主要零件工作图的绘制；实现球阀设计、绘图和标准化、可视化、自动化。本文对三维参数化技术及利用面向对象编程语言VB对soldworks的二次开发技术在阀门CAD系统上的应用做了探讨与研究。建立了以模板零件为数据驱动源的二次开发方式，实现了阀门零部件设计结果及任意修改的尺寸参数均可驱动模板零件作相应的更新，生成用户所需的零件。实践证明。本文采用的此方法是一种较为理想的参数驱动方法。其开放性强。运行速度快，便于管理与维护、尤其适用于系列化、品种多样化的阀门行业。关键词：球阀 ；参数化；可视化；数据库；solidworks;Based on Parametric Design Solidworks BallAbstractManufacturing Science and Engineering is one of the oldest traditional disciplines , with the penetration and integration of computer technology in engineering design, manufacturing, testing , and management , manufacturing discipline is undergoing revolutionary change , the emergence of many computer-based the new theories, new techniques and new methods , forming a series of computer application technology and automated information systems. IT is a process the data , the emerging discipline of information. CAD is the application of information technology in the engineering and manufacturing of . 3D CAD technology as the digital design industry body become a key technology in general use , are the core of modern product development tools and leading sectors , to improve enterprise product development capabilities , and enhance market competitiveness of products has a huge role. Feature-based modeling is an important milestone CAD modeling methods . Referenced directly reflects the characteristics of the design intent , making the product easier for people to understand and model the organization of production , for the development of a new generation of integrated CAD system based on a unified information model to create the conditions . Most of the domestic development of the valves are two-dimensional CAD system , has been unable to meet the users convenience , easy to learn , intuitive needs, there is an urgent need to develop a fully functional and affordable CAD system to meet the needs of valve engineering staff .Based on the above problems , this paper developed based on parametric design solidworks ball . The method according to software engineering , object- oriented development and relational database technology , the development of a commercialization of a large valve design CAD system . In this paper, database support, and soliworks achieve parametric design components based on building parts models and assembly models and key parts work diagram drawing ; realization ball design, drawing and standardization , visualization and automation.IIn this paper, three-dimensional parametric techniques and the use of object-oriented programming languages VB on soldworks secondary development technology in the CAD system to do a valve to explore and research. Established a template for data-driven part of the secondary source development methods to achieve the results and any valve component design parameters can modify the size of the corresponding part of the drive to update the template to generate the user the necessary parts . Practice has proved that . This method is used in this paper is an ideal parameter-driven approach . Its openness and strong . Fast, easy to manage and maintain , especially for the series, species diversity in the valve industry .Keywords : ball;parameterization;visualization ;database ;solidworks;II目 录1 绪论1 1.1 论文背景1 1.2 CAD技术发展概述2 1.3研究球阀设计系统的意义4 1.3.1基于solidworks的球阀CAD技术现状4 1.3.2课题意义4 1.4本文研究的主要内容和方法5 1.4.1 设计CAD系统5 1.4.2 三位建模5 1.4.3 建立球阀所需要的标准零件库52 球阀设计系统的开发平台与工具6 2.1系统开发语言Visual Basic6 2.1.1 VB 6.0语言特点6 2.1.2 VB 6.0 面向对象开发技术6 2.2 SQL关系型数据库体系结构及基本数据模型7 2.3VB 6.0访问SQL Server数据库的技术与方法9 2.3.1Visual Basic数据访问技术9 2.3.2DAO数据访问技术10 2.3.4ADO ActiveX数据对象10 2.3.5DBC数据库访问技术11 2.4 VB 6.0访问SQL Server数据库技术在本课题中的应用12 2.5 本章小结133 参数化理论与实现方法14 3.1 三维CAD及三位开发平台选择14 3.2 参数化理论及其在本课题中的应用14 3.2.1 参数化设计与参数化绘图15 3.2.2参数化设计与绘图的实现16 3.3 Solidworks二次开发技术17 3.3.1 Solidworks二次开发的关键技术17 3.3.2 Solidworks二次开发在本课题应用中的实现方法18 3.3.3本系统建模实例19 3.4本章小结20III4 球阀设计与计算22 4.1 球阀的设计22 4.2 球阀的计算23 4.3 阀杆强度计算25 4.3.1 浮动球阀杆的强度计算25 4.3.2 固定球阀阀杆强度计算27 4.3.3 阀杆连接件（平键或花键）的强度计算29 4.4本章小结315 阀门CAD系统的构成32 5.1系统构成32 5.1.1系统主界面32 5.1.2 系统功能界面33 5.2功能简介35 5.2.1设计校核35 5.2.2零件绘图356 结论43参考文献44致谢45IV1 绪论1.1 论文背景计算机辅助设计（Computer Aided Design,简称CAD）是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响力的应用技术之一，也是先进制造技术的重要组成部分。它的迅速发展和广泛应用，给古老的工程设计制造业带来了蓬勃生机，使传统的产品设计方法与生产组织模式发生了深刻的变革，计算机技术的发展所带来的一系列变革是任何一项技术无法比拟的。现代信息技术是建立在计算机技术的飞速发展之上的，计算机硬件技术不断成熟，为CAD技术的发展提供了可能。近年来，以微机平台、Windows操作系统以及Internet网络技术为特征的新一代企业信息化体系正在深刻的影响和指导CAD的应用发展，CAD理论研究与软件开发成果日新月异1。CAD技术为企业缩短产品设计周期、增强市场应变能力、参与国际市场竞争提供了强有力的技术手段，已经产生、必将继续产生巨大的社会经济效益。在日益激烈的、全球性的市场竞争中，竞争的焦点是如何利用不断涌现的新技术，在最短的时间内开发出高质量低成本、高附加值的新产品，以最快的速度响应市场的需求。成功的设计是开发出能竞争取胜的产品的前提，随着产品更新换代速度的加快，使得设计者已经不能仅仅依赖经验来设计了，而需要获取更多的关于新设计所需要的新知识。制造科学与工程学科是一门古老的传统学科，随着计算机技术不断渗透和融合于工程设计、制造、检测、管理等方面，制造学科正在发生革命性的变化，涌现出许多以计算机技术为理论的新理论、新技术和新方法，形成了一系列计算机应用技术和自动化信息系统。今天的信息是多元化的，通过不同的媒介传递，接受，存储和处理。信息技术（Information Technology ,IT)就是一门处理资料，信息的新型学科。CAD也就是信息技术在工程与制造业中的应用2。阀门是石油，化工，电站，冶金，核电，航空，国防，城建等国民经济各部门不可缺少的流体控制设备，是一种涉及门类多，品种繁杂，量大面广的产品。其技术水平的高低，品种规格是否齐全，直接，间接的影响到国民经济建设各部15门的发展。当前，随着技术的进步，用户对新产品的需求不断提高，传统的设计方法已越来越不能适应，为此有必要将计算机辅助设计这一高新技术引入阀门行业，以提高产品设计，工艺设计的能力，缩短产品设计，制造的周期，适应市场瞬息多变的要求。1.2 CAD技术发展概述1.2.1CAD技术CAD是工程技术人员与计算机相结合、各尽所长、应用多学科的技术方法综合的进行问题求解的先进信息处理技术。它把人类的决策判断、创造能力与计算机的高速运算、信息存储处理等功能有机的结合起来，从而达到缩短工程产品设计周期，提高设计质量的目的。CAD系统是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主题，应用软件为核心组成的面向工程设计问题的信息处理系统。面对高速发展的计算机技术，CAD系统在理论方法、体系结构与实施技术上均在不断更新和发展。CAD系统可以用图1.1所示的分层体系结构描述，总体上是由硬件和软件锁组成。图1.1 CAD系统分层体系结构计算机辅助产品设计过程是指从接受产品功能定义开始到设计完成产品的结构形状功能、精度灯光技术要求，并且最终以零件图、装配图的形式作为可见媒体表达出来的过程。CAD系统的功能模型见图1.2所示，主要是通过硬件和软件的合理组织来体现的。图1.2 CAD系统功能模型目前流行的CAD造型技术主要是参数化造型和变量化造型技术。这两种造型技术的主要特点分别表现为：参数化设造型是由编程者预先设置一些几何图形约束，然后供设计者在造型时使用。与一个几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生过其他几何图形。其主要技术特点是：基于特征；全尺寸约束；尺寸驱动设计修改、全数据相关。工程关系如质量关、载荷、力、可靠性等关键性设计参数，在参数化系统中不能作为约束条件直接与集合方程建立关系，它需要另外的处理3。变量化技术是在参数化设计的基础上又做了进一步的改进后提出的设计思想。变量化造型技术的特点是保留了参数化造型技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在约束定义放个面做了根本性的改变。变量化技术是将参数化技术锁定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束，而不是像参数化技术那样只用尺寸来约束全部几何图形。这两种造型技术的共同点在于都属于基于约束的实体改造型系统，都强调基于特征的设计、全数据相关，并可实现尺寸驱动设计修改，也都是提供方法与手段来解决设计时所必须考虑的几何约束和工程关系等问题。这两种造型技术的基本区别在于： （1）约束处理的区别参数化技术在设计全过程中，将形状和尺寸联合起来一并考虑，通过全尺寸约束来实现对几何形状的控制；变量化技术将形状和尺寸约束分开处理。 (2)应用的区别参数化系统适应于技术稳定成熟的零配件行业；而变量化系统造型的过程是一个类似工程师思考设计方案的过程，满足设计要求的几何形状是第一位的，尺寸细节是后来才逐渐完善的。 (3)特征管理的差异参数化技术在整个造型过程中，将结构形体所用到的全部特征是按先后顺序串联模式排列，这主要是为了检索方便；变量规划技术则突破了这种限制4。它采用了历史树表达方式，个特征以树状结构挂在零件的“根”上，每个特征除了与前面的特征保持关联外，同时与系统全局坐标系建立关系。前面的一个特征更改时后面的特征会自动更改，保持全过程相关性。同时，一旦发生前一个特征被删除后，后面特征失去定位基准时，两特征之间的约束随之解除，系统会通过联立求解方程式在全局坐标系下给他确定位置，后面特征不会受到任何影响。1.3研究球阀设计系统的意义1.3.1基于solidworks的球阀CAD技术现状统计资料表明，我国工程技术人员用于产品设计的工作量大约为40%，其余时间用在查阅技术标准、手册和一些辅助工作上。而产品设计工作只有30%属于新产品开发，70%左右的设计都是在原有基础上进行的，从阀门行业的情况跟看更是如此。大多数企业在目前市场经济的的环境下，形成多品种，小批量及轮番生产形式，因此产品设计较大工作量是补充系列设计与改型设计任务。根据这种情况跟，进行阀门系统的CAD设计尤为重要。就目前阀门行业状况看，国内开发的阀门CAD系统大部分都是二维的，已经无法满足用户的方便，易学，直观的要求，因此迫切需要开发出一个功能完善，且价格适中的阀门CAD系统以满足工程人员的需要5。本课题即是为解决这一问题而设计开发的阀门CAD系统。1.3.2课题意义CAD技术是随着计算机硬件的高速发展而不断进步的。交互式CAD绘图方式在产品开发中的应用大部分属于相似设计或迭代设计，它所起的最大作用是改变了工程技术人员传统的靠涂板和丁字尺的设计方法，但不适应高层次的新产品开发。因此，国内外一些集编程和交互式两者优点并可以实现三维实体造型和模拟仿真的参数化活着变量化设计的高档软件如solidworks等对CAD技术在工程类行业所起到的变革性作用不容忽视。而对于现代企业来说怎样提高产品能质量、降低产品成本、缩短设计周期使设计达到智能化是至关重要的。本课题就是本着这个原则，并应用现代设计方法，开发的一套功能强大，价格适中的球阀CAD系统。1.4本文研究的主要内容和方法 1.4.1 设计CAD系统本课题是利用面向对象的编程语言VB以及SQL Server来完成球阀的参数设计计算软件的开发；通过输入阀门设计的基本的参数，系统会通过优化分析计算，确定出符合阀门行业标准的阀门零部件的几何参数以及生成设计计算的技术文件。另外，系统的校核部分可以对已知参数的阀门零部件进行校核，以确保设计结果的正确性，同时用户还可以对设计结果进行修改，以确保设计结果的正确性，同时用户还可以对设计结果进行修改，已获得个性化的阀门产品，但是必须进行校核，来确保设计的零件的正确性。如不满足要求可以返回设计部分重新进行设计，这对于经验设计占有很大比例的阀门行业来说具有很重要的意义。1.4.2 三位建模本课题以Solidworks为主要的建模软件，来建立阀门产品的数字化三维模型，保证模型的精确性，可重用性。由于Solidworks智齿OLE和COM，并完全实现了OLE自动化，因此任何支持OLE和COM的编程语言都可以对Solidworks进行二次开发。在参数化建模过程中，利用了Solidworks提供的大量API函数，实现了设计产品的的可视化。同时也实现了三位产品模型与设计参数的实时相关性，即设计参数的改变直接影响了三维实体，后续产品装配以及二维工程图的尺寸。在阀门各个零部件设计完成以后，还可以进行产品的装配，并进行装配干涉检查等功能。同时，还可以根据需要自动生成零件的工程图，方便加工。1.4.3 建立球阀所需要的标准零件库 阀门产品有些特有的标准零部件以及通用的零部件，本课题为一球阀建立一个标准件库，为阀门三维设计提供辅助支持功能，方便设计开发，以加速设计过程。2 球阀设计系统的开发平台与工具2.1系统开发语言Visual Basic2.1.1 VB 6.0语言特点Visual Basic最早是由Microsoft公司在1991年推出的一种高级编程语言。Visual Basic是从Basic进化而来的，Visual意为“可视化的”，指的是一种开发图形用户界面的方法，所以Visual Basic是基于Basic的可视化程序设计语言，在Visual Basic中既继承了Basic所具有的程序设计语言易用的特点，同时它又是很独特的语言，提供了强大的注入图形用户界面，事件处理，访问Win32API，面向对象，错误处理，结构化编程等特性。并蚕蛹面向对象，事件驱动的编程机制，用一种巧妙的方法把Windows的编程复杂性封装起来，提供了一种所见即所得打的可视界面设计方法。2.1.2 VB 6.0 面向对象开发技术Visual Basic 6.0 有许多智齿面向对象设计和实现的功能，其主要功能如下： (1) 类模块中定义类类模块是Visual Basic观景的面向对象功能。类模块含有类的定义，可以用变量和Property过程定义类属性，用类模块中国的Sub和Function过程实现类型为，也可以在类模块中定义事件和变量以完全封装类的代码。 (2) Property过程提供公共访问Property过程向类中的私有熟悉in个提供了公共接口。利用Property过程可以设置并获得一个对象属性的值，或设置对象的引用，也可以定义类的只读属性。 (3) 定义多动态性的方法方法是提供对象行为实现的类中的Sub和Function过程，可以给过程取任意的名字，但是，如果使用相似属性的同意名字和不同类中的方法，就可以影响多态性。 (4) 用Object Browser浏览类Object Browser提供了当前项目中的所有类和每个类的属性，方法，事件和常量的列表。可以使用Object Browser列出包含在其他库中的类，例如VB本身，列出包含在ActiveX组件中的类。 (5) 窗体用作对象提供该类的许多功能也在窗体中可以得到。可以向在窗体模块中定义的窗体类添加公共属性和方法，随后可以从窗体类创建窗体对象，或当加载窗体时VB将为用户创建窗体对象。 （6）使用多组对象很多时候一个类必须引用一组对象而不是单一对象。我们在编程时并不是向应用程序说明集合的细节，而认识时常将集合封装在一个类中，该类专门开发用来管理集合，称为集合类。 （7）定义多个接口类的属性和方法定义了他的缺省接口。如果该接口包含许多属性和方法，它可以更容易的将属性和方法划分或将因子划分为多个逻辑功能集。每个功能集可以定位为独立接口，通过利用相关接口简单的访问对象就可以使用一个具体的功能集，接口也通过接口继承提供再利用。最后，接口提供了在已经开发类之后向类添加功能集的机制。添加新的接口而不是更改已有的接口，确保了使用类的对象的已有应用程序不受更改的影响。 (8)开发以Web为基础的应用程序为了开发简单的以Web为基础的应用程序，可以了解如何使用HTML，JavaJavaScript等。活着，可以简单的使用VB创建ActiveX文档并将他显示为Web页面。2.2 SQL关系型数据库体系结构及基本数据模型数据库系统的体系结构是数据库系统的一个总框架，为了提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，制订了标准化的数据库系统结构，包括数据库系统的总体结构，标准化数据库系统的特征，数据库系统的接口和各部分男男女女男男女女所提供的功能。此标准化的系统结构将数据结构分为三级：面向用户或应用程序员的用户级；面向建立和维护数据库人员的概念机；面向系统管理员的物理级。此三级结构 也称为数据库系统机构的三级模式外模式，概念模式和内模式，如图2.1所示。图2.1 数据库系统结构图在数据库系统中，数据库设计的核心问题就是设计一个好的数据模型，数据模型的好坏直接影响数据库的性能；数据模型的设计方法决定数据库的设计方法。当前最流星的方法是关系方法。2.2.1 SQL Server 2000 数据库概述SQL Server 2000 是个客户/服务器计算模型，即中央服务器用来存放数据库，该服务器可以被多台客户机访问，数据库应用的处理过程分布在客户机和服务器上。客户/服务器计算模型分为两层的客户/服务器结构和多层的客户。在两层高的客户中，客户机通过网络与运行SQL Server 2000 实例的服务器相连，客户机用来完成数据表示和大部分业务逻辑的实现，服务器完成数据的存储，这种客户机被称为“胖客户机”SQL Server 2000采用的是交互式SQl查询语言。查询语言是数据库管理系统的重要组成部分。许多关系数据库系统拥有作为高级查询语言的结构化查询语言。交互式SQL是SQL Server的查询语言。他与ANSI92 SQL标准兼容，并对其进行了扩展。如果希望开发的程序有更好的可移植性，那么应尽量使用标准的ANSI SQL，否则就应考虑使用T-SQL，因为T-SQL可以带来更好的性能。2.3VB 6.0访问SQL Server数据库的技术与方法2.3.1Visual Basic数据访问技术Visual Basic使用的数据访问技术如图2.2所示。图2.2Visual Basic使用的数据访问技术示意图由图2.2可知，VB访问数据库技术分为以下几个部分A.Microsoft可视化数据工具。使用VB 6.0可以创建将每个步骤封装在数据库访问系统中的部件。从数据源开始，Microsoft可视化数据工具提供了在SQL Server和Oracle系统中查看并操作表，视图，存储过程和数据库结构描述的功能；B.中间层部件和Microsoft Transaction Server。在生成自己的ActiveX DLL和EXE时，还可以在应用程序中使用VB创建中间层部件。VB现在的增强功能允许自定义应用程序，以便同Microsoft Transaction Server一起使用；C.ActiveX Data Objects。数据提供程序和数据使用者之间的桥梁就是数据源，数据是使用Microsoft ActiveX Data Object创建额，而Microsoft ActiveX Data Object是VB在任何数据源中访问数据的主要方法。为了向后兼容和工程维护方便，他仍然支持远程数据对象和数据访问对象D.数据源和数据控件。在客户端，有几种新的数据源是可用的，其中包括数据环境，它是一种图形设计器，允许快速创建ADO Connection和Command来访问数据。数据环境设计器为工程中的数据反问对象提供了动态可编程界面。此外，数据环境还提供了高级额数据定型服务，即创建相关数据的层次结构，合计以及自动分组等功能，这些都是不需要代码的。2.3.2DAO数据访问技术DAO是VB最先采用的面向对象的数据库访问接口。它正是通过一系列的DAO对相来访问Microsoft Jet数据库引擎，使得用户能方便快速的创建新的数据库、表、查询、索引和关系，并对数据库进行修改和数据的编辑等。Microsoft Jet引擎是VB与数据库连接额中间层，它为VB提供了进行数据库访问的基本方法。在VB中可以直接使用DAO，也可以使用VB内部提供的Data控件。Data控件其实就是可视化的DAO，通过Data空间和相关的数据绑定控件，包括数据绑定额ActiveX控件，可完成对数据库的操作。2.3.3RDO远程数据对象RDO远程数据对象是一个到ODBC的面向对象的数据访问接口，形式上展示出所有ODBC的底层功能和灵活性，尽管RDO在访问Jet或ISAM数据库方面收到限制，而且它只能通过现存的ODBC驱动程序来访问关系数据库。但是RDO已经被证明是许多数据库开发者经常选用的最佳接口。RDO宿舍位于ODBC API之上的一个对象模型薄层，它依赖ODBC AIP、选定的ODBC驱动程序以及后端的数据库引擎来实现大部分功能，因此短小、快速、强健。RDO控件实现对数据源的访问。使用RDO控件提供了对标准数据库格式的无缝访问，用户不必编写任何代码就可以创建数据库识别的应用程序，Remote Data控件与Data控件在很多方面相似，其主要区别在于：Remote Data控件使用RDO连接到ODBC驱动程序管理器，而Data控件使用DAO连接到Jet引擎。2.3.4ADO ActiveX数据对象ADO是一种新的数据访问方法，他提供了一种统一、通用的访问数据源的接口。ADO结构如图2.3所示图2.3ADO结构通过OLE DB可以实现对任何数据源的高性能数据访问，也就是说OLE DB并不局限于Jet、ISAM或关系数据库，它能够处理任何类型的数据，而不考虑他们的格式和存储方法。OLE DB技术的优势在于：一是执行效率高，二是可访问多种类型的数据库。由于在OLE DB中提供了很多COM接口，结构非常复杂，因此在应用程序中直接使用OLE DB不太容易，然而ADO提供了一个访问OLE DB的方法。ADO封装并实现了OLE DB的所有功能，ADO放高温数据库是通过访问OLE DB数据进行的，是以中国高层访问技术，ADO可以访问任何类型的数据源，包括关系型、非关系型、结构的、非结构的数据源。由于ADO是基于COM的访问技术，因此，使用ADO的应该用程序对磁盘和存储容量的要求更小。还犹豫ADO包含一个比DAO和RDO更简单的对象模型，使用起来更容易，产生的代码更简洁，访问速度更快。另外采用该ADO所基于的OLE DB技术，可以对电子邮件、文本文件、数据表格等各类数据通过统一的API接口进行存取，正因为ADO具有上述技术优势，成了日前被广泛推荐的数据库访问技术。本课题也采用了这种技术。2.3.5DBC数据库访问技术ODBC是Microsoft公司开放服务结构中有关数据库的一个组成部分，它制订了一套标准，并提供了一组对数据库访问的标准API。使得应用程序只要根据这些标准就能够自由的使用API函数。API利用SQL来完成其大部分操作。ODBC本身也提供了对标准SQL语言的支持，用户可以在ODBC中直接使用过SQL语句。各部件之间的关系如图2.4所示。图2.4ODBC各部件关系图应用程序要访问一个数据库，首先必须用Windows控制面板的ODBC管理注册一个数据源，管理器根据数据源提供的ODBC驱动程序、数据库位置、数据库类型等信息，建立起ODBC与具体数据库的联系。这样只要应用程序将数据源名提供给ODBC，救恩那个建立起与制定数据库的连接。2.4 VB 6.0访问SQL Server数据库技术在本课题中的应用在本文中工程计算部分所有的性能参数以及计算结果都存储在关系型数据库中。本系统的绘图部分也需要这个数据库的支持，进行数据交换，由于数据交换的频率高，数量大，所以数据库技术的使用在本课题尤为重要。而VB 6.0具有强大的数据库访问功能，并且是面向对象的可视化编程语言，对于本课题的实现提供了较大的优势。由于本课题使用了大型关系型数据库SQL Server 2000，在进行数据源配置之前必须建立为本课题提供数据支持的数据库系统，本系统称为“阀门数据库”。在本课题中，首先对ODBC数据源进行配置，使得应用程序能够链接到SQL Server 2000数据库系统。在Windows 2000 Server中的控制面板-管理工具中找到数据源，打开选择SQL Server的ODBC驱动程序，然后进行创建ODBC数据源。在本系统中数据源名为“阀门数据库”，在向导的引导下完成ODBC数据源的配置，最后测试数据源是否成功配置。接下来就可以利用应用程序对数据库进行访问，编出强大功能的应用程序了。其主要语法为： Dim cn As ADODB.Connection Set cn=New ADODB.connection cn.Open “DSN=阀门数据库”,”song”.”197711143027” ADO编程模型使用Connection对象使连接概念得以具体化。这样就可以从应用程序访问数据源了。连接是交换数据所必须的环境。 Dim rsdn As ADODB.Recordset Set rsdn=New ADODB.Recordset rsdn.Open”select字段名rom表名”,cn,adOpenStatic,adLockPessimistic Dim dn as double Dn=rsdn!字段名 此为定义记录集对象。记录集是在进行汇总检查和修改数据最主要的方法。记录集对象的功能是包含某个查询返回的记录，以及那些记录中的游标，并且将表中按信息行返回数据的查询存储在本地。至此，应用程序已经成功的连接了数据库，并将数据库中的数据存储在了本地，接下来就可以对其进行操作了。2.5 本章小结本课题是使用面向对象的可视化编程工具VB 6.0和大型关系型数据库为阀门设计的支撑工具。尤其是大型数据库SQL Server 2000，它支持联合数据库服务器，数据库中的表可以横切，并将横切后的各部分保存在联合中的不同服务器中。这个特性很适应数据量很大的应用，比如大型Web站点和大型企业数据处理系统。而CAD发展的趋势是实现远程的协同设计和网络化制造，那么采用SQL Server 2000数据库，对于完善本系统提供了强大额技术支持，并具有现实的后续意义。 本章通过对阀门系统开发平台与工具进行全面的技术分析，确定了阀门智能设计系统实现的理论结构体系和系统开发的关键技术与实现方法。并对各种现行的各种先进的开发工具的优缺点进行了比较，依据阀门设计的特点，最终确定出了系统的开发工具和实施方案。而利用VB 6.0通过ODBC数据源配置访问数据库的关键技术应用在了本课题中，并证明是行之有效、功能强大的方法。为本课题向网络化设计与制造的进一步研究上做了极为有力的铺垫。3 参数化理论与实现方法3.1 三维CAD及三位开发平台选择三维CAD技术作为数字化设计的主体成为工业领域普遍应用的关键技术，是现代产品开发的核心手段和主导环节，对提高企业的产品开发能力，增强产品的市场竞争力具有巨大的作用。特征造型是CAD建模方法一个重要里程碑。过去CAD建模技术都是着眼于完善产品的几何描述能力，而特征造型则是着眼于更好表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息建模服务。特征造型包括产品的特征几何形状特征、拓扑关系、典型功能、绘图表达方法、制造技术和公差要求等内容。特征造型技术使得产品设计在更高层次上进行，设计师的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品功能要素。特征的引用直接体现了设计意图，使得产品模型更易于为人理解和组织生产，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造了条件。建模技术上三维CAD的核心技术，三维CAD的建模技术经历了三维线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型四个阶段，如今基于特征的参数化和变量化设计是CAD技术的新发展。参数化设计（也叫尺寸驱动）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图功能。目前它是在CAD技术应用领域的一个重要的研究方向。参数化设计一般用于设计对象拓扑结构比较定型，可以用一组参数来约束尺寸关系，并且参数的求解比较简单，设计结果的尺寸修改受参数驱动。生产中最常用的系列标准件就是这一类；变量化设计是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以使用某种几何关系，也可以使用公式表示的计算条件，设计结果的尺寸修改受到约束方程驱动。目前，国内市场上流行的三维CAD软件主要有Solidworks公司的Solidworks、Autodesk公司的MDT、EDS公司的UG、PTC公司的Pro/Engineer、SDRC公司的I-DEAS以及国内自主版权的高华CAD和开目CAD等，根据用户的实际情况对这些三维CAD软件比较以后，选用Solidworks作为智能阀门设计系统的三维支撑软件平台。3.2 参数化理论及其在本课题中的应用563.2.1 参数化设计与参数化绘图参数化设计是指参数化模型的尺寸用对应的关系表示，而不需要确定的数值，通过调整参数将自动改变所有与他相关的尺寸及位置，自动实现产品的精确造型。参数化的本质是加约束和约束满足。参数化设计的过程可以认为是改变模型参数值后，对约束进行求解的过程。用户无需进行干预，而由CAD系统对整个图形的约束集进行分析和求解。例如：在几何参数化模型中，必须是尺寸约束参数和几何约束参数都同时满足，并求解，才能获得准确的几何形状。参数化设计一般用于设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解比较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。生产中最常见的系列化标准件就是属于这一类型。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。参数化设计有一种驱动机制称为参数驱动，参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，但是，在修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段来约束联动，约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。参数驱动是基于对图形数据的操作，因此绘制一张图的过程就是在建立一个参数模型。绘图系统将图形映射到数型数据库中，设置出图形实体的数据结构，参数驱动时将这些结构中填写出不同的内容，以生成所需要的图形。参数驱动可以被看作是驱动树操作数据库内容，不同的驱动树决定了参数驱动的不同操作。由于驱动树是根据参数模型的图形特征和相关参数构成的，所以绘制参数模型时，有意识的利用图形特征，并根据实际需要标注相关参数，就能在参数驱动时，把握对数据库的操作，以控制图形的变化。绘图者不仅可以定义图形结构，还能控制参数化过程，就像用计算机语言编程一样，定义数据、控制程序流程。这种建立图形模型、定义图形结构、控制程序流程的手段称作图型编程。在图形参数化中，图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基础上的。利用参数驱动机制对图形数据进行操作，由约束联动和驱动树控制驱动机制的运行。这与以往的参数化方法不同，它不把图形转化成其他表达形式，如方程、符号等；也不问绘图过程，而是着重理解图形本身，把图形看作是一个模型，一个参数化的依据。绘图者通过图形把自己的意图“告诉”参数化程序，参数化程序返回绘图者所需要的图形。它关心的是图形，也就是图形数据库的内容，运行方便、快捷，实现起来也比较容易。参数化绘图是相对于交互式绘图而言的。交互式绘图是早期的CAD系统的绘图功能，它只能是对手工绘图的简单代替。而参数化绘图是将图形尺寸与一定的设计条件或约束条件相关联，即把图形的尺寸看成是“设计条件”的函数。当设计条件发生改变时，图形尺寸也会随之得到相应的更新。参数化设计的两种不同表现形式为： (1)参数化绘图指软件本身具有参数化功能。我们可以方便地重定义模型和更新显示结果，任何交互式的尺寸都会立即导致整个模型的变化。 (2)参数化绘图指由应用程序生成的图形具有参数化的功能。即所有的图形尺寸是可参数化的，可以修改的，但是这一过程是借助应用程序来实现的。应用程序负责与用户进行交互，用户想修改某一尺寸时，应用程序来更新这一尺寸和相关尺寸。参数化绘图的基本实现方法有尺寸驱动法和程序驱动法。 (1)尺寸驱动法是指绘图软件本身具有的参数化绘图功能。这种方法不需用户变成、操作方便，但程序设计难度大。 (2)程序驱动法是指在CAD软件额基础之上使二次开发的程序具有参数化绘图功能。它是通过人机交互或其他形式相应地用程序传递参数，采用程序驱动方式，由程序用参数化方法生成图形，用户可以生成图形中的尺寸进行修改，程序按照新尺寸更新图形。这种方法适合于标准化、系列化、小批量的产品设计。3.2.2参数化设计与绘图的实现根据上节所述两种参数化技术的优缺点，在本课题中针对阀门设计的特点以及对阀门CAD系统的要求，采用程序驱动法的参数化绘图方法，以面向对象的编程语言Visual Basic 6.0作为开发工具，以Solidworks 2003为图形系统平台，实现参数化图形的绘制。这种方法的总体思想是先绘制好阀门零部件的模版图形，然后由程序读取经过设计校核后存储在数据库中的尺寸，并对模版图形尺寸进行修改。这种方法建立在三维实体模型开放性好、易于系统维护。其具体工作步骤如下： (1)分析阀门零部件结构特征，建立模版图形。 首先针对要建立的阀门零部件实体，分析其结构特征。根据Solidworks 2003创建实体的特点，确定先建立哪个特征，后建立哪个特征，每个特征怎么利用Solidworks 2003建立，并且使所建立的特征要尽可能的简单，使参数尺寸尽可能少，然后利用Solidworks的建立特征的功能（如拉伸、旋转、扫描等）根据分析结果创建三维实体模版。 在绘图的过程中，不需要严格确定图形的几何参数，只需设计者画出图形的大致结构形状即可。 (2)然后在实体模版建立的基础上，对模版零件进行参数尺寸标注。主要是对驱动各个特征的尺寸进行标注。这些尺寸包括描述特征大小的定型尺寸和确定特征位置的定位尺寸。标注尺寸的大小是模版零件的实际尺寸，Solidworks会自动对标注的尺寸进行标识，并按标注顺序给尺寸起名（如：D1，D2等）。同时还需要图形添加定位约束以保证图形之间的位置关系（如同心、重合、等距等）。 (3)最后建立用户界面、读取设计参数、驱动三维造型。利用VB 6.0这个面向对象的编程语言可以建立良好的用户交互界面，方便用户输入阀门零部件的主要驱动参数，或者可以利用VB 6.0连接数据库的功能从数据库中读取驱动参数，利用上述步骤驱动模版零件参数绘制更新符合用户的三维模型。3.3 Solidworks二次开发技术3.3.1 Solidworks二次开发的关键技术Solidworks作为三维CAD设计软件，为用户提供了强大的二次开发能力，使用户能按照自己的需要，开发出适合自己需要的应用软件。作为一个OLE服务器，Solidworks提供了大量的OLE对象，以及这些对象所拥有的方法和属性，用户通过在客户应用程序中对这些OLE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、检测曲面参数等几乎所有的Solidworks软件的功能。Solidworks API提供了大量的OLE对象用于用户的二次开发，这些OLE对象涵盖了全部的Solidworks的数据模型和基本操作。他们之间的关系简图如图3.1所示。图3.1 OLE对象关系简图在开发中常用的OLE对象有Solidworks顶层对象窗体对象、模型文档对象、零件文档对象、装配体文档对象、工程图文档对象、草图对象和尺寸对象等。图3.2所示的是Solidworks API对象的一个梗概。图3.2 Solidworks API对象梗概3.3.2 Solidworks二次开发在本课题应用中的实现方法在Solidworks中的用户化二次开发中，可以通过COM对象或者OLE Automation来访问Solidworks服务器中的OLE对象。用户化开发的应用程序可以是对立的EXE可执行文件活着Solidworks进程内的动态链接库DLL文件。可执行文件可以通过OLE Automation使用Visual Basic、VBA和C+等开发语言进行开发，使用OLE Automation方法以Variant类型作为输入和返回参数；动态链接库DLL通过COM对象使用VC+开发，使用COM对象方法以HERSULT类型值作为返回值。用户开发的动态连接库DLL和Solidworks在同一进程控件中运行，能直接访问Solidworks底层的对象和数组，因此访问效率高并且可以访问更多的函数。用VB开发时，首先要建立与Solidworks的COM服务器的连接，创建Solidworks的应用对象，下面是其主要语法代码： Dim swApp as Object Dim Part as Object Dim Assembly as Object Sub main() Set swApp = CreatObject(Solidworsk.Application) Set Part = swApp.NewPart Set Assembly = swApp.NewAsssembly End sub本课题使用了Solidworks的二次开发技术，实现了设计零件的三维造型显示，并且实现了根据阀门零部件的设计参数进行对三维实体造型的实时参数驱动。又Solidworks具有的全数据相关技术特性，可以完全保证尺寸的修改直接影响到二维工程图的变化。 (1)首先利用Solidworks提供的API函数建立VB和Solidworks的COM服务器 (2)然后提取存储在数据库中的阀门零件部件的设计参数。并以此参数驱动三维实体模型6。3.3.3本系统建模实例经过上述参数化设计和特征建模后，本系统就实现了设计校核模块所设计的产品参数化为产品模型的过程。球阀主要零部件模型包括零件的三维模型和平行图形，但只有在三维模型建立以后，才能由其自动生成二维工程图。图3.3和图3.4列出了本系统中阀体的三维模型和工作图。图3.3 阀体三维模型图3.4 右阀体工程图3.4本章小结本章分析了参数化建模以及特征建模技术的特点，并探讨了基于Solidworks 2003的阀门零部件参数化建模及特征造型技术的实现方法，并对其进行二次开发的关键技术做了详细的阐述。在此基础上，根据阀门CAD系统的特点及对阀门CAD系统的要求，开发了球阀主要零件和标准件的设计建模程序，实现了阀门零部件的三维参数化设计、建模和装配，通过三维模型也可以自动生成零部件的二维工程图，实现了阀门设计过程的自动化和可视化。4 球阀设计与计算4.1 球阀的设计即设计任务书。应明确阀门的具体参数（公称通径、公称压力、温度、介质、驱动方式等），使用的条件和要求（如室内或室外安装、启闭频率等）及相关执行的标准（产品的设计与制造、结构长度、连接型式、产品的检验与试验等） (1) 对阀门结构的确定: 一般如果压力不高,DN150时,可优先采用浮动式结构,其优点是:结构简单如果浮动球式结构满足不了需要时,应采用固定式结构或其它结构型式(如半球、撑开式) (2) 对密封的材料的确定 由于球阀的使用受温度的影响很大,因此,密封的材料的选定很关键： 对使用温度300时,密封面材料可选择塑料类材料(如聚四氟乙烯、增强聚四氟乙烯、尼龙、对位聚苯) 当使用温度超过300.或者介质代颗粒状时,密封面材料应选金属密封。 (3) 对球阀使用要求的确定 主要确定,球阀是否具有防火.防静电要求 (4) 对阀体型式确定 由于球阀公称通径适用的范围很广,其阀体型式也较为多样,一般分为以下三种： 整体式阀体一般用于DN50的小通径阀门,此时,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工击来,而对口径较大时,多采用二体式、三体式或全焊接结构 二体式结构由左右不对称的二个阀体组成，多采用铸造工艺方法 三体式结构由主阀体和左右对称的二个阀体组成,可采用铸造或锻造工艺方法 (5) 阀门通道数量(直通、三通、四通) (6) 选择弹性元件的形式 (7) 确定阀门的结构长度和连接尺寸 (8) 确定球体通道直径d 球体通道直径应根据阀门在管道系统中的用途和性质决定，并要符合相关的设计标准或用户要求。球体通道直径分为不缩径和缩径二种:不缩径：d等于相关标准规定的阀体通道直径 缩径：一般d=0.78相关标准规定的阀体通道直径，此时，其过渡段最好设计为锥角过渡，以确保流阻不会增大。 (9) 确定球体直径球体半径一般按R=（0.750.95）d计算对小口径R取相对大值，反之取较小值为了保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后，须按下式校核（mm），应满足式中：球体最小计算直径（mm），：阀座接触面外径(mm)，d：球径通道孔直径（mm）D：球体实际直径（mm）8。4.2 球阀的计算 球体与阀座之间比压的计算应满足式中：qMF：密封面上的必须比压（MPa） 可根据工作压力来计算，qMF =1.2P（适用于中低压通径不大场合） 由试验得出的经验公式计算： (4-1) 式中：m:与流体性质有关的系数对常温液体：m=1对常温油品和空气、蒸汽以及高于100的液体：m=1.4对氢、氮及密封要求高的介质：m=1.8a，c：与密封面材料有关的系数，见表4.1所示密封面材料aC钢、硬质合金3.51聚四氟乙烯、尼龙1.80.9铜、铸铁3.01中硬橡胶0.40.6软橡胶0.30.4P ：流体的工作压力（MPa），设计给定b :密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度b= （mm）t :密封面宽度（mm），设计给定 ：密封面法向与流道中心线的夹角：球阀密封比压（MPa） 对浮动球阀： (4-2)式中：DMW ：阀座密封面外径（mm）设计给定 DMN ：阀座密封面内径（mm）设计给定 P ：介质工作压力（MPa） 对进口密封的固定球阀（见图4.1示）图4.1进口密封固定球球阀结构计算公式： （4-3） 式中：DJH：进口密封座导向外径 （mm） 设计给定 R： 球体半径 （mm） 设计给定 h： 密封面接触的宽度在水平方向的投影 （mm） h = l2-l1式中l2 ，l1：球体中心至密封面的距离（mm）见图示 其它密封球阀，略q：密封面材料的许用比压MPa ，查下表4.2表4.2密封面材料的许用比压 q密封面材料材料硬度q MPa密封面间无滑动密封面间有滑动黄铜CuZn40Pb2，CuZn38Mn2Pb2，CuZn38CuZn16Si4CuAL10Fe3CuAL10Fe3Mn2，CuAL9Fe4Ni4Mn2HB 8095HB 95110802010025青铜HB1108025HB 12017010035奥氏体不绣钢1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2TiHB 14017015040马氏体不绣钢2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2HB 20030025045HR 3540氮化钢35CrMoAlA、38CrMoAlAHv 800100030080堆焊合金TDCoCr1-xHR 404525080TDCr-Ni（含Ni）HB 28032025080中硬橡胶54F-4SFB-1，SFB-2，SFB-3SFBN-1，SFBN-2，SFBN-32015尼龙4030注：钢和铜合金的牌号对于铸态和堆焊均适用9。4.3 阀杆强度计算4.3.1 浮动球阀杆的强度计算(1)阀杆与球体连接部分的计算：阀杆与球体接触按挤压计算，见图4.2示图4.2 阀杆与球体接触按挤压图ZY=ZY式中：a：见图示（mm）设计给定； h：阀杆头部插入球体的深度，（mm），一般取h=（1.82.2）a，正方形时，a改为b。注意：h不要取的过大，否则球体活动性减小。 ZY：球体材料的许用挤压应力（MPa） 对奥氏体不锈钢：当b600 MPa时，取ZY=122 MPa 或按下式计算：ZY=（b：材料的抗拉强度）(2)阀杆头部强度校核 -断面处的扭转应力： N =N 式中： MQZ ：球体与阀座密封面间的摩擦转矩（Nmm）见前面 W ：-断面的抗扭转断面系数 见图4.3示图4.3断面的抗扭转断面系数图 式中：值根据b/a按表选取表4.3 b/a与的关系b/a1.01.21.52.02.53.04.06.08.00.2080.2190.2310.2460.2580.2670.2820.2990.307 -断面处的剪切应力=式中：DT ：阀杆头凸肩的直径（mm） 设计给定dF ：阀杆直径（mm） 设计给定H ：阀杆头凸肩高度（mm） 设计给定P ：计算压力（MPa）：材料的许用剪切应力（MPa），查资料1表3-7 -断面处扭转应力N =N式中：MF ：浮动球阀总转矩（Nmm）。W ：-断面处的抗扭转断面系数（mm3）W=dF3N：材料的许用扭转应力（MPa）。 -断面处扭转应力N = N式中：MF ：浮动球阀总转矩（Nmm）。 W ：-断面处的抗扭断面系数（mm3） 对正方形和矩形断面，按-断面的原则计算。N ：材料的许用扭转应力（MPa）10。4.3.2 固定球阀阀杆强度计算结构为上阀杆代O型圈密封的强度计算 见图4.4示图4.4结构为上阀杆代O型圈密封的强度计算 (1) -断面处的扭转应力：N式中：MQZ：球体与阀座密封面之间的摩擦转矩（Nmm）W：-断面处的抗扭系数 (4-4)式中：n：键的数量 设计给定b，d1，t：见图4.5示（mm） 设计给定图4.5键的数量N：材料的许用扭转应力（MPa） (2) -断面处剪切应力：按浮动球-断面公式计算(3) -断面的扭转应力N式中：MF ：固定球阀的总转矩（Nmm）见7.3.2MFT ：阀杆与填料之间的摩擦转矩（Nmm）见7.3.2W ：-断面处的抗扭断面系数（mm3）计算方法，同上述N：材料的许用扭转应力（MPa） 查表同上述 (4) -断面处的扭转应力N (4-5)式中： MF ，N同上述W ：-断面处抗扭断面系数（mm3）对正方形、矩形，键连接的W按上述方法计算。对花键连接： (4-6)4.3.3 阀杆连接件（平键或花键）的强度计算 平键的强度计算 (1). 平键的比压计算 (4-7)式中：T: 转矩（Nmm） 对于阀杆手柄或驱动装置连接部分：T = MF 对于阀杆与球体连接部分： T = MQZ n: 键数 设计给定 K、d1：如图所示（mm） 设计给定 L: 键的工作长度（mm） 设计给定P：许用比压（MPa） 查下表4.4表4.4平键连接的P与值 许用值连接工作方式轮毂材料载 荷 情 况平稳轻微冲击冲击P固定连接钢1251501001206090铸铁708050603045导向连接钢5040301209060注：对于被连接件表面经过淬火的导向连接，P值可提高23倍。 平键剪应力计算 (4-8)式中：T,d1,L,n：与前相同 b: 如图所示（mm） 设计给定 ：许用剪切应力（MPa）,按上表查取 花键连接的强度计算 (4-9)式中：P：许用比压（MPa），查下表4.5 表4.5 花键联接的许用比压 （MPa）联接工作方式使用和制造情况P齿面未经热处理齿面经热处理固定联接不良35504070中等60100100140良好80120120200不在载荷作用下移动的滑动联接不良15202035中等20303060良好25404070在载荷作用下移动的滑动联接不良310中等515良好10204.4本章小结本章根据机械设计的基本方法与理论确定了球阀各部件的设计方法并设计出每个零件的主要参数；在本章中根据不同零件的不同算法制定了程序流程图。本章祝零件涉及部分为智能球阀设计系统的实现奠定了坚实的基础；为之后的三维实体建模提供了参数数据来源。5 阀门CAD系统的构成5.1系统构成球阀CAD系统根据要求具有参数设计、校核、设计计算说明书管理、参数化建模等功能。5.1.1系统主界面启动智能阀门CAD系统后，首先进入的是系统的主界面。主界面采用了典型的Windows的界面设计风格，并综合前期的研究工作，使其称为一个风格相似的完整CAD系统。其主体部分包括四类阀门：球阀、闸阀、截止阀、止回阀。点击每个阀门按钮，就会显示关于此类阀门的信息，右边是此类阀门的示意图，左边是此系统的简单功能介绍，下面为两个功能按钮，一个将带您进入该种阀门的设计主界面，另一个则是您退出该系统。如上图所示，点击“进入球阀设计系统”，将进入球阀设计的主界面11。 球阀设计主界面包括标题栏、菜单栏、任务区和技术文档区。进入主界面后，首先必须在“请输入您要设计或校核的球阀图号”提示后面的文本框内输入本次设计球阀的图号。阀门的土豪是按照国家统一规定的，体现了阀门的种类、公称压力、公称通径、材料等情况，每种型号的阀门图号是唯一的。如果没有输入阀门图号，系统将进行提示，并且不能进行阀门的设计工作。任务区分为两大部分，右边为技术文档浏览区，左边为设计任务区。本课题的主要任务就是体现在这里。其主要包括以下功能： (1)球阀设计这部分主要是球阀主零部件的设计计算，包括基本条件的输入和主要设计参数的计算。 (2)球阀校核这部分的主要作用是对设计结果做了修改后的零部件活着对已知参数的球阀零部件进行强度校核，确保设计结果的合理性。 (3)球阀绘图主要针对球阀主零部件进行三维建模。球阀主零部件绘图包括：球体通道绘图、阀体绘图、密封阀座绘图、阀杆绘图、填料压盖绘图和装配图绘图。在进行装配图绘图之前必须将所有的零部件都绘制完毕。 (4)球阀平面图形三维图形生成完毕，即可进行生成二维工程图的操作。 (5)标准件绘图球阀的标准件绘图包括：石棉填料绘图、填料压套绘图、扳手绘图、活动套筒绘图等。球阀主界面的菜单栏包括：“球阀的设计”、“球阀的校核”、“球阀的绘图”、“标准件绘图”、“球阀平面图”、“计算书”、“退出”。同时，这些菜单项还包括子菜单，菜单栏的所有项目区的所有功能。“退出”菜单项包括“退出系统”和“返回到系统主界面”两项，点击“退出系统”则退出本设计系统；点击“返回到系统主界面”这系统返回到上一级的系统主界面，可以重新选择阀门类别进行设计12。5.1.2 系统功能界面进入了球阀系统主界面以后，首先要填写图号，接下来就可以选择球阀零部件进行设计建模了。设计界面是有用户自行根据需要以及已知条件输入初始参数，确定球阀零部件的主要参数，以获得零件的建模尺寸；绘图界面是根据设计校核后的结果对零件进行三维建模和绘图。球阀的每一个零部件和标准件都有自己的绘图界面，并且保持了你绘图界面的一致13。每个绘图界面都包括三部分：(1) 参数输入区：包括零件绘图所需要的所有参数，可以连接设计参数，也可以手动输入要生成三维模型的参数。图5.1 螺栓的设计界面图5.2 活节螺母的设计界面图5.3 阀体的设计界面(2)图形区：显示所设计零件的平面示意图，可以在设计中给设计者以直观的印象，辅助设计者输入所需要的尺寸参数。(3)按钮区：包括“连接设计参数”、“连接Solidworks绘图”、“退出”三个按钮。其他的功能项也都有自己的功能界面介绍请参照6.2节功能简介。5.2功能简介5.2.1设计校核这部分内容包括球阀零件设计条件的输入和主要参数的设计与校核。通过设计过程确定零件的主要参数，为零件建模奠定基础，并可以生成设计计算说明书。5.2.2零件绘图球阀主零件绘图部分的界面包括图形示意区、参数输入区、功能按钮区。其中图形示意区显示的是该零件的平面示意图，图中标有零件的尺寸的参数代号，与参数输入区的代号相对应，起到给设计者以提示的作用。参数输入区，是用户设计阀门零部件的所有建模所需参数的输入区域14。功能按钮区包括三个按钮，下面分别根据各个按钮的功能详细介绍：图5.4-5.18为球阀主要零部件的三维建模绘图界面，输入已知参数活着按“连接设计参数”提取数据库中相应绘图参数后，在这些界面下按“连接Solidworks绘图”按钮即可建立零件的三维模型，图5.12-5.13为球体，左阀体的三维模型。图5.4 球阀阀杆绘图界面图5.5 球阀阀体绘图界面图5.6 球阀端盖绘图界面、图5.4球阀弹性阀芯绘图界面图5.8 固定球球阀压盖绘图界面图5.9 球阀阀盖密封件绘图界面图5.10 球阀阀蕊三维模型图图5.11 球阀密封圈三维模型图5.12 球阀阀体三维模型主零件的模型建立完成后，还需要对球阀所需的标准件进行建模。图5.13 球阀的装配图图5.14 扳手绘图界面当所有的祝零件和标准件建模完成后，接下来就可以进行主零件二维工程图和阀门整体三维装配图的绘制了。图5.15 球阀阀体平面图绘制界面图5.16 球阀三维图绘制界面图5.17 球阀阀体平面图形图5.18 球阀装配体6 结论本文以Windows为开发平台，采用面向对象的编程语言VB 6.0为开发工具，并以大型数据软件SQL Server 2000为支撑，基于Solidworks三维绘图软件开发的一套智能球阀设计系统。现就本课题的研究开发工作总结如下：(1)本课题在线代设计理论和方法的指导下，根据阀门行业零件设计标准，完成球阀的智能设计系统。本系统具备球阀各零部件的参数设计和校核功能。在本文中，以大型数据库SQL Server 2000为支撑，利用VB 6.0方位数据库的强大功能，实现了参数化设计与建模、设计结果集成与共享等功能。同时运用软件工程学的方法，实现了智能阀门CAD系统软件的开发，并生成技术文档。(2)本文对三维参数化技术及利用面向对象编程语言VB对Solidworks的二次开发技术阀门CAD系统上的应用做了探讨与研究。建立了以模版零件为数据驱动源的二次开发方式，实现了球阀零部件模型的参数化驱动。建立了以模版零件为数据驱动源的二次开发方式，实现了球阀零部件模型的参数化驱动。(3)以数据库为支撑，采用参数化设计和特征造型建模技术，实现了阀门零部件及装配体三维模型的建立和主要零件的工作图的绘制，从而实现了设计工作的可视化、自动化。并利用三维建模软件的数据实时相关性，实现了设计、三维造型、二维工程图的数据实时相关性。 (4)作为应用软件，本系统具有良好的交互性、开放性和实用性。实践证明系统分析设计、方法运用的正确合理性。参考文献1 陆佩文.实用阀门设计手册M.北京：机械工业出版社,2002.10.2 杨源泉,阀门设计手册M.北京：机械工业出版社,1992.12.3 李晓,张巍.Visual Basic+SQLServer数据应用系统开发与实例M.人 民邮电出版社,2003.8.4 吴狄.3D CAD在阀门设计中的应用J.阀门,2003.1.5 曹岩,赵汝嘉.Solidworks 2003 基础篇M.机械工业出版社,2003.8.6 李勇,姚进,彭挺红.阀门三维参数化CAD系统开发J.机械科学与技术, 2002.9.7 马景喜.阀门零件的特征模型与CAD技术J.矿山技术,1997.7.8 张桂芳,张晓玉,吴雪林.阀门产品的计算机绘图研究J.昆明理工大学学 报,1998.2.9 刘艳超.虚拟设计技术及其工程应用D.机械科学研究院,2002.7.10 姜鸿飞,金炳哲.面向对象开发方法的最新进展J.计算机科学,1998.2.11 蒋学峰.软件工程M,重庆大学出版社,1997.7.12 赵春慧.基于Solid Edge平台三维零件库的设计D.哈尔滨工业大学,2001,7.13 钟吕勤,邓乾旺,范中平.基于特征阀门CAD系统的研究J.阀门,1998.4.14 张桂芳,张晓玉,吴雪林.阀门产品计算机绘图研究J.昆明理工大学学 报，1998.2.15 王玉琨,莫亚林,曹爱国,林守恒.阀门产品的计算机辅助设计系统J.焦作矿业学院学报,1995.8.16 阎洪奎.应用CAD技术开发阀门新产品J.阀门,1994.1.17 李刚.基于构件的客车件弯曲模CAD智能系统的开发D.大连理工大学, 2004.3.18 刘彦超.虚拟设计技术及其工程应用D.机械科学研究院,2002.7.19 Zhang Yan,Tang Xiaochu.Method of organization and implementation of heat exchanger CAD graphic library JJournal of Petrochemical Universitics,1998.6.20 Gregoire,Normand.From CAD to geons;A simplified data represcntation for rapid indexing of large CAD models databaseJ,Proceedings of SPIE,1999. 1.21 Duncan,Helen.Curent state of CAD-a usersperspective M,Microwave Engineeting Europe,2005.8.致 谢 本文的设计工作是在导师千学明老师亲切关怀和精心指导下完成的，从选题到研究方法和研究过程的很多细节都得到倒是的指点和帮助。在四年的学习期间，还耳濡目染了导师严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、顽强拼搏的精神，使我受益匪浅。再此向导师表示诚挚的敬意！就导师学业上给予的指导、生活上给予的关心表示衷心的感谢！ 在学习和研究期间，得到各位老师和同学的关心和帮助。没有他们的合作精神和大力支持，本文很难完成，在此向曹扬、王瑞斌同学表示由衷的感谢！ 感谢各位老师和领导的关心和帮助！ 感谢机械学院各位领导和老师的关心和帮助！ 感谢家人在生活上给予的关心和照顾。 最后，向审阅本论文的老师表示由衷的感谢和敬意！附录附录本文中所需要的应用程序：各零件生成程序：Option ExplicitDim swApp As ObjectDim Part As Object Dim A As Double Dim B As Double Dim C As Double Dim D As Double Dim E As Double Dim F As Double Dim G As Double Dim H As Double Dim I As Double Dim J As Double Dim K As Double Dim L As Double Dim M As Double Dim N As Double Dim O As Double Dim P As Double Dim Q As Double Dim R As Double Dim s As Double Dim T As Double Dim U As Double Dim V As Double Dim W As Double Dim X As Double Dim Y As Double Dim Z As Double Dim result As Integer Dim longstatus As LongDim longwarnings As LongDim boolstatus As BooleanDim myModelView As ObjectPrivate Sub Command1_Click()Set swApp = CreateObject(SldWorks.Application) swApp.Visible (True)Dim filepath As String filepath = App.Path + + 阀体.sldprtSet Part = swApp.OpenDoc6(filepath, 1, 0, , longstatus, longwarnings)swApp.ActivateDoc2 阀体, False, longstatusSet Part = swApp.ActiveDocSet myModelView = Part.ActiveViewmyModelView.FrameLeft = 0myModelView.FrameTop = 0 A = Val(Text1.Text)B = Val(Text2.T