SolidWorks 繪制任意一元曲線的二次開發(fā)

吳志林，張凱還

((南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210094)

0 引言

Solidworks是一套完全基于windows的三維設(shè)計(jì)軟件，它具有強(qiáng)大的零件建模、零部件裝配、工程圖輸出功能，支持OLE(對(duì)象鏈接與嵌入)技術(shù)與COM(組件對(duì)象模型)技術(shù)，設(shè)計(jì)者能夠根據(jù)自身需要對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)。通過(guò)Solidworks提供的API(應(yīng)用編程接口)，可以開發(fā)嵌入式模塊以擴(kuò)充原Solidworks的功能，形成客戶化定制的Solidworks軟件系統(tǒng)。

在進(jìn)行齒輪、彈丸等具有特殊輪廓的零件建模時(shí)，Solidworks現(xiàn)有模塊無(wú)法滿足用戶需求，而Solidworks三維實(shí)體零件特征量的輸出，如質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)對(duì)后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有很大影響，因此，開發(fā)出能夠在Solidworks中精確繪制任意工程函數(shù)曲線的功能非常必要。傳統(tǒng)的二次開發(fā)只針對(duì)某一領(lǐng)域的特殊情況，不具備普遍性，本文以Solidworks自帶VBA為開發(fā)工具，論述了在Solidworks中繪制任意一元函數(shù)曲線的思想與方法，該方法可以解決在Solidworks中繪制齒輪、凸輪、拋物線等復(fù)雜輪廓時(shí)遇到的難題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 SolidWorks API概述

Solidworks增值開發(fā)主要通過(guò)其內(nèi)嵌的SolidworksAPI接口進(jìn)行，API提供了大量的OLE對(duì)象及對(duì)象的屬性和方法，利用這些OLE對(duì)象，幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有模型創(chuàng)建的開發(fā)。任何支持OLE技術(shù)的高級(jí)語(yǔ)言如Delphi，C，C++，Visual C++，VBA，Visual basic 等都可作為開發(fā)工具［1］。用戶可以根據(jù)自己的需要編寫生成DLL文件，作為插件掛在Solidworks菜單之中，也可以添加到工具條中，甚至可以生成單獨(dú)的可執(zhí)行文件調(diào)用Solidworks軟件。

Solidworks API對(duì)象是一個(gè)自上而下的多層次的樹形網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示［2］，Sldworks是根目錄對(duì)象，位于應(yīng)用程序的底層，是訪問(wèn)Solidworks API所有對(duì)象的入口程序。接口對(duì)Solidworks API的調(diào)用實(shí)行逐級(jí)尋訪，先調(diào)用能實(shí)現(xiàn)所需功能對(duì)象的父對(duì)象，然后調(diào)用與父對(duì)象相關(guān)的子對(duì)象，如果子對(duì)象所封裝的屬性和方法不能實(shí)現(xiàn)所需要的功能，則繼續(xù)調(diào)用該子對(duì)象的下級(jí)子對(duì)象，如此逐級(jí)遍歷，直到結(jié)束［3］。So1idworks API父對(duì)象與子對(duì)象是包含關(guān)系，不是繼承關(guān)系，父對(duì)象包含子對(duì)象的屬性和方法，子對(duì)象自身不帶有該屬性和方法。二次開發(fā)中，如果沒(méi)有按規(guī)則進(jìn)行API逐級(jí)調(diào)用，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)所需功能。

圖1

在Solidworks提供的所有對(duì)象中，絕大多數(shù)二次開發(fā)要用到Modeldoc對(duì)象，零件草圖創(chuàng)建、尺寸標(biāo)注、三維零件生成、特征管理、裝配體零部件添加、配合關(guān)系添加、草圖生成、工程圖標(biāo)注等的二次開發(fā)，都需要調(diào)用到該對(duì)象的子對(duì)象。主要用到了Modeldoc對(duì)象的子對(duì)象Partdoc(零件對(duì)象)以及Partdoc的不同子對(duì)象，只有正確的選用開發(fā)對(duì)象并實(shí)現(xiàn)逐級(jí)調(diào)用，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的開發(fā)目的。

2 一元曲線繪制思想與方法

草圖繪制是Solidworks三維模型創(chuàng)建的第一步，草圖輪廓的每一段在Solidworks中都可以用函數(shù)表示，只要精確的做出草圖輪廓，就可以實(shí)現(xiàn)零件的精確建模。Solidworks沒(méi)有繪制漸開線、拋物線等復(fù)雜曲線的功能，可以通過(guò)選擇足夠多的樣點(diǎn)，以繪制樣條曲線命令CreateSpline依次連接，近似生成所需要的函數(shù)曲線，并有相當(dāng)高的精度。

當(dāng)需要繪制一元函數(shù)曲線輪廓時(shí)，為用戶提供曲線表達(dá)式輸入、曲線段選擇窗口，并根據(jù)精度要求選擇取樣步長(zhǎng)。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)表達(dá)式字符串的讀取，還原函數(shù)方程并處理得出曲線導(dǎo)數(shù)方程，按照取樣步長(zhǎng)計(jì)算取樣點(diǎn)值，參照曲線段前段輪廓及特定點(diǎn)導(dǎo)數(shù)方程值，將樣點(diǎn)做相應(yīng)旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，即可方便精確的做出所需曲線。

以繪制弧形部為拋物線的彈丸為例，如圖2所示，在Solidworks中繪制彈丸零件草圖時(shí)，習(xí)慣將彈丸圓柱部母線DE平行于水平軸。取拋物線AB段作為彈丸弧形部，為減小彈丸飛行阻力，將A、B兩點(diǎn)中曲率半徑較大的點(diǎn)(A點(diǎn))與圓柱部結(jié)束點(diǎn)(E點(diǎn))重合并使圓柱部與弧形部相切。設(shè)選用弧形部曲線為y=ax2+bx+c(xB≤x≤xA)，做點(diǎn)A切線與水平軸交于C點(diǎn)，夾角為θ。將AB弧繞原點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)π－θ到達(dá)A1B1，此時(shí)A1點(diǎn)切線A1C1必然與圓柱部母線DE平行，AB弧上任意一點(diǎn)F旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)(xF1，yF1)為：

圖2 彈丸拋物線圖

最后將旋轉(zhuǎn)后各點(diǎn)沿水平軸正向移動(dòng)xE－xF1，沿豎直軸正向移動(dòng)yE－yF1，即可使A1點(diǎn)與E點(diǎn)重合，再用樣條線依次連接取樣點(diǎn)即可使曲線弧與圓弧部相切，得到所需拋物線。

如上所述，在繪制草圖時(shí)只需關(guān)心所需要的輪廓形狀，而無(wú)需在Solidworks繪制出的曲線位置上耗費(fèi)精力，在繪制其他零件時(shí)，用戶只需根據(jù)實(shí)際需要對(duì)旋轉(zhuǎn)角度做一選擇即可達(dá)到作圖目的。

3 SolidWorks開發(fā)示例

1)建立曲線函數(shù)輸入界面，見圖3。

圖3

2)函數(shù)字符串處理。首先利用VBA內(nèi)部字符串函數(shù) Right，Mid，Instr，Val等讀取系數(shù)、變量、符號(hào)位置并存儲(chǔ)于數(shù)組，然后將函數(shù)還原并計(jì)算得出函數(shù)導(dǎo)數(shù)方程。部分語(yǔ)句如下：

3)運(yùn)用CreateSpline命令繪制目標(biāo)曲線，部分程序如下［2］：

4)將編制程序制作成按鈕并置于草圖繪制工具條中，方便使用。

見圖3程序運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

以在Solidworks中繪制任意一元函數(shù)曲線為開發(fā)目的，介紹了在Solidworks中繪制任意一元函數(shù)曲線的思想與方法，利用VBA編程、以繪制弧形部為拋物線的彈丸為例，演示了該方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對(duì)本文所述方法稍做改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)繪制任意工程函數(shù)曲線的目的，為諸如繪制任意形狀齒輪等模型提供極具意義的參考。

［1］徐國(guó)權(quán)，黃志超.基于SolidWorks的參數(shù)化設(shè)計(jì)二次開發(fā)研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2007，23(1)，68～70.

［2］Solidworks公司.Solidworks API二次開發(fā)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］呂曉燕，賈海英，張曉鐘.基于VB對(duì)SolidWorks二次開發(fā)方法的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(3)，114 ～116.

［4］丁彩虹.SolidWorks中函數(shù)曲線繪制的二次開發(fā)［J］.機(jī)械與電子，2006，(7)，79～80.