一个轴类零件参数化三维CAD系统的实现

1、一个轴类零件参数化三维CAD系统的实现何毅斌1，陈定方2(1.武汉化工学院机械工程学院，武汉 430073；2.武汉理工大学物流工程学院，武汉 430063)摘要：在对传统的机械零件CAD以及三维CAD进行分析的基础上，提出利用VB进行基于SolidWorks的轴零件参数化三维实体设计系统开发的总体框架和实现方法，实现了轴类零件设计由已知设计条件和要求到三维实体模型生成一次性完成，提高了零件设计效率和质量。文中给出了所提出的设计方法，对开发参数化三维实体零件系统具有参考价值。关键词：轴；参数化；三维实体；SolidWorks；Visual Basic中图分类号：TP391.72Realizat

2、ion of a parametric three dimension axes CAD systemHe Yibin1，Chen Dingfang2(1.School of Mechanical Engineering, Wuhan Institute of Chemical Technology, Wuhan 430073, China2.School of Logistics Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430073, China)Abstract In this paper，first the tradition

3、al and the three dimension machine elements CAD was studied. The development strategy and concrete method of the parametric three dimension axes design system based on SolidWorks with VB have been put forward. The system has been developed, and the three dimension solid model of axes can be establis

4、hed just once from design condition. The design efficiency was heightened, and the design quantity was improved. The method presented in this paper has reference value to developing the parametric three dimension solid elements system.Key words: Axes; Parametric; Three dimension solid; SolidWorks; V

5、isual BasicCAD作为近30多年来全球最有影响的工程技术之一，已经广泛地应用在机械、电子、航空、化工、建筑等多个行业及其相关领域。参数化设计是机械CAD的核心方法之一，它对起着提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期起到了十分重要的作用，得到了广泛的重视。三维设计摆脱了二维设计中存在的某些缺陷，比如一个零件需要多个视图才能表达清晰，而对非设计者来说，阅读、理解设计意图是一项艰苦的工作；对于特别复杂的零件，有时即使设计人员亦不可能保证其设计图样的每个细节都正确1。在机械产品设备中轴类零件被广泛地应用。然而，在实际生产设计中，轴通常是先按照强度理论设计出它的结构尺

6、寸，然后再根据设计计算获得的结构尺寸用AutoCAD等二维绘图软件绘出其零件图，这种方法效率较低、修改不方便，一旦绘好零件图，若某个参数有微小变化，要么图形不能随之改变，要么必须重绘整个图形。为此，本文介绍一种以VB作为开发工具，SolidWorks作为开发平台的轴类零件计算机辅助设计系统，它能实现设计数据自动生成和三维实体造型一次完成，三维实体修改极为方便。1软件开发环境的选取1.1 三维实体设计软件SolidWorks采用三维模型设计产品，设计过程如同实际产品加工制造过程一样，反映产品真实的几何形状，使设计过程更加符合设计者的思维方式。在设计过程中，设计人员可以更加专注于产品设计本身，而不

7、是产品的图形表示。SolidWorks是当今最为流行的三维CAD软件之一，它具有基于特征、参数化、实体造型等特点。SolidWorks具有易学、易用的特点，操作过程直观、简单、高效，同时功能强大，具有改变尺寸数据就有图形立刻更改的特点，它不仅能进行零件的三维实体设计，还能将三维实体图自动转换成二维工程图，并且可将多个三维实体零件装配在一起形成装配体，在装配过程中可进行动、静态干涉检查，以及零件的应力分析、振动分析等，但它没有由已知条件进行设计计算来确定零件参数的功能。SolidWorks具有很强的数据接口功能，它可以方便地实现与其他二维CAD设计软件和Pro/E、UC等三维CAD软件之间的数据

8、转换传递。此外，SolidWorks利用OLE技术为用户提供了强大的编程接口API，其中包含了大量的功能函数，可被VB、VC+等编程语言调用，这些函数为编程人员提供了用其他语言编程直接访问SolidWorks功能的能力2。1.2 Visual Basic由于Visual Basic（简称VB）是目前最流行的可视化编程软件之一，它具有强大的数据库编程和较强的数学运算功能，使用简单、方便。此外，SolidWorks系统为使用VB进行二次开发提供了大量实用的API函数。为此，本文采用VB作为二次开发工具。2 设计开发系统该系统主要由两大模块组成，即设计计算模块和三维实体生成模块。系统的总的框架如图1

9、所示。设计计算模块SolidWorks工作环境 用户界面三维实体生成模块数据文件设计计算数据查取图1. 设计开发系统组成2.1 设计计算模块设计计算模块的主要功能是根据给出的零件设计条件和要求，对零件进行强度设计获得零件的主要参数，然后再进行强度校核，并将结果输出到数据文件中，以便SolidWorks能自动读取零件参数，并自动生成三维实体模型。设计计算模块主要采用VB进行编程开发。在零件的设计计算过程中有大量的图表数据需要查取，因此，对零件采用编程的方法进行设计时需要解决的关键问题就是工程图表数据的程序化处理问题。通常对工程图表数据进行处理的方法有两种3：一是将图表数据转化为程序存入内存中；二

10、是将图表数据进行离散化处理后，存入数据文件或数据库中。在实际设计时，由于轴设计中需要进行线图处理的数据量较少，因此，对设计中遇到的图表数据，采用了数据离散表格程序化的方法进行处理。2.2 三维实体生成模块三维实体生成模块的主要功能是通过读取数据文件中的数据，自动生成要求的三维实体模型。该模块主要是通过对SolidWorks的二次开发来生成实体。用VB对SolidWorks进行二次开发的方式有三种：一是采用宏文件的形式；二是采用ActiveX DLL文件的形式；三是采用ActiveX OCX文件的形式。这三种方法都要利用开发工具进行编程，通过调用SolidWorks API接口提供的有关对象、方

11、法及属性来实现的。其中采用宏文件的形式进行开发相对其他两种方法操作较简单、修改容易。3 轴零件参数化三维CAD的实现为了实现运行一次程序就可完成从已知工作条件和设计要求生成三维实体零件，提高零件设计的开发效率，通过简单实验决定在SolidWorks环境中采用宏文件的形式开发轴零件的设计。宏文件采用VBA编程器进行编辑，将宏文件通过命令按钮的形式添加到SolidWorks的宏工具条上，使用VB开发的轴的强度设计、校核和数据文件生成程序，利用VB中的Shell函数来调用执行，其操作界面如图2所示。图2. 轴的设计计算模块界面在宏文件中打开、读取数据文件中的数据采用VB的Open、Input函数。而

12、宏文件程序与SolidWorks的联系是通过Application.SldWorks代码建立起来的，宏程序与SolidWorks中的零件环境间的联系是通过swApp.ActiveDoc代码建立起来的。下面为生成轴零件的宏程序的部分主要代码：Shell "h:轴的设计.exe" '调用VB开发的轴设计计算程序Set swApp = Application.SldWorks '宏程序与SolidWorks程序建立联系Set Part = swApp.ActiveDoc '宏程序与SolidWorks中的零件环境建立联系Open "H:zou.t

13、xt" For Input As #1 '读取所设计轴的数据文件中的数据Do While Not EOF(1) Input #1, shuju dl(num) = shuju num = num + 1 Loop Close #1boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("前视基准面", "PLANE", 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) '开始绘制三维图，选绘图基准面Part.InsertSketch2 True 插入草图Part.CreateCircle 0,

14、 0, 0, 0, dl(1), 0 '创建半径由dl(1)参数确定的圆Part.ShowNamedView2 "*上下二等角轴测", 8 '三维实体图以"上下二等角轴测"显示Part.FeatureManager.FeatureExtrusion2 True, False, False, 0, 0, dl(2), 0, False, False, False, False, 0.01745, 0.01745, False, False, False, False, 1, 1, 1, 0, 0, False '以前视基准面为起始面

15、、dl(1)为半径、dl(2)为拉伸长度，拉伸创建圆柱体Part.SelectionManager.EnableContourSelection = 0 '插入倒角boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("", "FACE", 0, 0, dl(6), True, 0, Nothing, 0)Part.FeatureManager.InsertFeatureChamfer 4, 1, 0.002, 0.5, 0, 0, 0, 0Part.SelectionManager.EnableContourSelec

16、tion = 0'插入键槽boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("上视基准面", "PLANE", 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0) '选绘制键槽曲线基准面Part.CreateLine2 -0.315, -0.068, 0, -0.315, -0.49, 0'绘制键槽曲线Part.FeatureManager.FeatureCut True, False, False, 0, 0, 0.04, 0.06, False, False, False, False, 0.094, 0.094, False, False, False, False, 0, 1, 1'拉伸切除生成键槽点击宏按钮运行所编制的宏程序，并确定设计四阶轴后，其最后结果如图3所示。图3. 程序主操作界面和最终运行结果在SolidWorks中直接使用命令按钮绘图和调用API函数进行绘图有较大的差别，在调用SolidWorks的API函数进行绘图时应注意以下几点：直径最大的轴径应最先绘制；绘制轴端倒角时，应注意函数中的参数值的正负号；绘制键槽时，应注意绘制基准面的正确选取。4 结束语本文提出了基于SolidWorks三维设计平台，利用VB开发工具进行轴