基于Solidworks的農(nóng)機底盤部件結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計

丁 剛

(濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 濟源 459000)

0 引言

在農(nóng)機的生產(chǎn)設(shè)計和制造過程中，為了提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率，很多農(nóng)機設(shè)計制造企業(yè)開始致力于參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計研究，從而提高企業(yè)的綜合實力和市場競爭力。三維建模軟件的出現(xiàn)和廣泛使用使得參數(shù)化設(shè)計技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，SolidWorks是一款非常好的建模軟件，其建模過程簡單，支持自底向上和自頂向下兩種建模方式。其中，自頂向下的建模方式主要是根據(jù)零件的參數(shù)化關(guān)系，進行快速建模，還可以采用SolidWorks部件庫中的資源，直接生成零件。為了進一步提高零件的生成效率，還可以采用參數(shù)化模式對零件進行設(shè)計，通過前期的編程和可視化界面開發(fā)，在農(nóng)機部件設(shè)計參數(shù)化界面上直接輸入零件的尺寸，便可以快速地生成零部件模型，對于農(nóng)機部件的現(xiàn)代化設(shè)計具有重要的意義。

1 農(nóng)機底盤零部件的參數(shù)化設(shè)計流程

農(nóng)機底盤零部件是農(nóng)機的重要部件，其質(zhì)量的好壞關(guān)系到農(nóng)機的作業(yè)質(zhì)量和效率。底盤各種形狀的復(fù)雜零部件較多，如果單單繪制平面草圖的話比較簡單，但要將草圖通過約束關(guān)系形成復(fù)雜零部件較為困難，如拉伸和掃描切除等一系列操作。如果采用參數(shù)化設(shè)計方法，可以有效地解決這個問題，在一次操作后生成操作流程軌跡，通過編程記錄動作軌跡，然后再修改路徑和尺寸便可以完成復(fù)雜零件的建模。其流程如圖1所示。

圖1 農(nóng)機底盤參數(shù)化界面開發(fā)流程Fig.1 Development process of parameterized interface of agricultural machinery chassis

在進行參數(shù)化設(shè)計時最重要的是用戶界面的開發(fā)，界面開發(fā)完成后，用戶在設(shè)計時只需輸入零件的尺寸參數(shù)，便可以得到實體的農(nóng)機底盤零件模型。在繪制建模前，需要點開宏程序的錄制功能，在建模完成后可以實現(xiàn)建模步驟程序的自動保存，程序也可以進行修改?；赟olidWorks完成零件的參數(shù)化設(shè)計的具體流程如圖2所示。

為了在Windows界面上實現(xiàn)SolidWorks的參數(shù)化設(shè)計，還需要開發(fā)一個可以輸入?yún)?shù)的軟件建模，然后根據(jù)零件特征和類型，輸入零件參數(shù)，便可以創(chuàng)建一個空零件，點擊確定后便可以生成所需零件，操作簡單方便。

圖2 基于SolidWorks的零件參數(shù)化設(shè)計詳細流程Fig.2 The detailed process of parametric design of parts based on SolidWorks

2 基于SolidWorks軟件二次開發(fā)的參數(shù)化交互界面設(shè)計

農(nóng)機底盤零部件參數(shù)化設(shè)計的目的是為了使復(fù)雜零部件的設(shè)計過程變簡單，通過交互界面輸出參數(shù)數(shù)據(jù)，可以自動生成零部件，從而有效地提高零部件的設(shè)計效率，參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)需要以下4種技術(shù)的支持。

1)OLE技術(shù)。OLE(Object Linking And Embedding)是對象鏈接與嵌入技術(shù)的簡稱，采用OLE技術(shù)可以將不同的Windows應(yīng)用程序開發(fā)的資源結(jié)合起來，方便兩種軟件程序直接的數(shù)據(jù)交流。SolidWorks支持OLE標準，在進行參數(shù)化設(shè)計時，用戶可以在自己設(shè)計的軟件界面上實現(xiàn)SolidWorks的許多功能，如創(chuàng)建直線、曲面和實體等，并提供數(shù)據(jù)交流的兼容性API接口，可以讀寫三維數(shù)據(jù)，降低了開發(fā)難度，可使參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

2)ActiveX控件技術(shù)。ActiveX控制是一個可執(zhí)行代碼的*.exe文件，也可以是*.dll或*.ocx文件，采用該控件可以使被它提供的對象被別的程序軟件所調(diào)用，實現(xiàn)軟件之間的數(shù)據(jù)通訊，是農(nóng)機底盤參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)必備的技術(shù)之一。

3)參數(shù)化設(shè)計技術(shù)。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)并不陌生，在CAD技術(shù)中是常用的一種模型設(shè)計方法，在20世紀80年代被用于參數(shù)化軟件的開發(fā)，如Pro/E；在20世紀90年代逐漸變得成熟起來，使零部件的設(shè)計變得簡單易行。參數(shù)化設(shè)計的方法主要有4種：第1種是基于數(shù)學(xué)方法的幾何約束，第2種是人工智能的幾何原理方法，第3種是構(gòu)造工程，第3種是運行用戶設(shè)計草圖和輪廓。

4)用戶界面技術(shù)。用戶界面設(shè)計是農(nóng)機底盤零部件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的最后一步，也是最重要的一步，通過用戶界面設(shè)計者可以登入系統(tǒng)，并在界面上進行參數(shù)的設(shè)置，最后自動生成零部件。在設(shè)計用戶界面時，要以簡單性、可靠性、易學(xué)性和易使用等為主要原則，用戶在操作軟件時感到方便和舒服，界面的功能按鈕需要簡單易記，參數(shù)輸入框需要穩(wěn)定可靠。

SolidWorks的二次開發(fā)采用基于COM的技術(shù)，利用API接口技術(shù)，可以采用VB軟件對SolidWorks進行二次開發(fā)，并將內(nèi)部數(shù)據(jù)組織起來，形成一個層次結(jié)構(gòu)。最頂端層為SolidWorks Application，是其他對象的父對象，可以用VB的函數(shù)Create Object獲得對象關(guān)聯(lián)。

圖3表示SolidWorks API的應(yīng)用服務(wù)層次結(jié)構(gòu)。其中，最底層是對象層，可以進行一系列的基礎(chǔ)操作，ModelDoc對象屬于模型層，可以對視圖、輪廓線和參數(shù)進行修改和控制，還可以實現(xiàn)文檔的打開和保存、創(chuàng)建與編輯等各種操作。

圖3 SolidWorks API應(yīng)用服務(wù)結(jié)構(gòu)層次Fig.3 SolidWorks API application service structure level

為了實現(xiàn)SolidWorks的二次開發(fā)，可以采用可視化編程軟件對農(nóng)機底盤零部件參數(shù)化窗口進行編輯。VB是目前Windows平臺下最優(yōu)秀的開發(fā)工具之一，采用VB可以實現(xiàn)參數(shù)化界面模板的定制和開發(fā)，其開發(fā)周期短、代碼效率高，容易實現(xiàn)參數(shù)化界面的各種功能。

可視化界面是農(nóng)機底盤零部件參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)，可以方便用戶進行登錄，然后在界面上實現(xiàn)SolidWorks的一些基礎(chǔ)功能。本次開發(fā)的可視化界面如圖4所示。

圖4 農(nóng)機底盤參數(shù)化設(shè)計界面Fig.4 The parameterized design interface of agricultural machinery chassis

農(nóng)機底盤參數(shù)化設(shè)計的可視化界面，在功能上可以實現(xiàn)系統(tǒng)的登錄和退出，點擊開始后可以進入主體界面，從界面上可以實現(xiàn)參數(shù)的輸入，通過輸入?yún)?shù)來實現(xiàn)參數(shù)化建模和一系列的設(shè)計優(yōu)化。

3 基于SolidWorks的農(nóng)機底盤零部件參數(shù)化設(shè)計

隨著現(xiàn)代化農(nóng)機作業(yè)速度和效率的提升，其底盤的設(shè)計變得非常關(guān)鍵，底牌的穩(wěn)定和可靠性直接關(guān)系到農(nóng)機的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，如圖5所示。

圖5 農(nóng)機及底盤實物圖Fig.5 Agricultural machinery and chassis physical drawings

農(nóng)機底盤一般為履帶式，其由多個核心零部件組成，本次將以其中的核心零部件為例，采用參數(shù)化建模方法對底盤零部件進行建模，以驗證參數(shù)化建模的效率和在農(nóng)機盤建模上使用的可行性。

在底盤零部件的建模過程中，繪制實體是比較簡單的，但是在三維建模的過程中，掃描和切除等特征的選擇和比較還是比較復(fù)雜的，如果操作不好很容易造成特征對象選擇的錯誤。

在進行參數(shù)化建模時，首先要對待建模的零部件進行分析，分析特征結(jié)構(gòu)，區(qū)分特征的層次，然后對主要特征先進行繪制，可以使用之前錄制的宏代碼進行操作，宏文件沒有記錄的可以調(diào)用相關(guān)的API繪圖函數(shù)。零件文件創(chuàng)建后就可以直接調(diào)用特征命令和草圖命令，以農(nóng)機底盤的曲面底盤端蓋為例，首先繪制一個圓柱體，其步驟為繪制一個圓草圖，然后對其進行拉伸，參數(shù)化建模過程如下：

swApp.ActivateDoc2 "農(nóng)機部件"， False, longstatus //新建農(nóng)機零部件

Set Part = swApp.ActiveDoc

//新建繪圖窗口

Dim myModelView As Object

Part.InsertSketch2 ture

//開始繪制草圖

Part.CreateCircle 0, 0, 0, d1, 0, 0 //繪制圓形草圖

Set swFeatMgr = Part.FeatureManager //調(diào)用特征管理器

......

False, False, 0, 0, False, False, False, False, 1, 1, 1, 0, 0, False //拉伸特征

采用上述命令后，可以建立一個圓柱形的零件草圖毛坯，如圖6所示。

圓柱實體繪制完成后，還需要進行一系列的拉伸和旋轉(zhuǎn)切除等操作，以旋轉(zhuǎn)切除為例，首先需要建立一個基準面，建立一條中心線用來進行旋轉(zhuǎn)切除操作，參數(shù)化程序如下：

boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("上視基準面", "PLANE", 0, 0, 0, True, 0, Nothing, 0)

//建立基準面

Dim myRefPlane As Object

Set myRefPlane = Part.FeatureManager.InsertRefPlane(8, 0.02 * PR, 0, 0, 0, 0)

建立好基準面后可以通過一系列的參數(shù)程序，對相關(guān)部位進行旋轉(zhuǎn)和切除，最終建立農(nóng)機底盤零部件的模型，如圖7所示。

圖6 農(nóng)機底盤零部件草圖毛坯Fig.6 The sketch blank of agricultural machinery chassis parts

圖7 農(nóng)機底盤零部件模型Fig.7 The model of agricultural machinery chassis parts

在建立農(nóng)機底盤零部件模型時，建立好參數(shù)化程序后，無需一次次的拉伸、掃描或切除等操作，只需要輸入拉伸、掃描或者切除等操作的尺寸，便可以自動完成，建模方便快捷。

為了驗證農(nóng)機底盤零部件的參數(shù)化建模效率，將傳統(tǒng)設(shè)計方法和參數(shù)化設(shè)計方法進行了對比，如表1所示。由對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用參數(shù)化建模方法可以有效縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率。

表1 傳統(tǒng)方法和參數(shù)化設(shè)計效率對比Table 1 The efficiency comparison between traditional methods and parameterized design

4 結(jié)論

為了提高農(nóng)機底盤產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率，基于SolidWorks提供的二次開發(fā)接口API函數(shù)VB軟件，開發(fā)了SolidWorks底盤設(shè)計參數(shù)化界面，在設(shè)計底盤零件時，開發(fā)者只需要輸入零部件的參數(shù)，便可以實現(xiàn)零部件的自動化生成。為了驗證界面系統(tǒng)的可行性，以底盤一個復(fù)雜曲面缸蓋的零件的建模為例，對設(shè)計可行性和設(shè)計效率進行了驗證。驗證結(jié)果表明：采用參數(shù)化界面輸入尺寸后，可以成功生成農(nóng)機零部件，且其設(shè)計效率要比傳統(tǒng)方法高，對于提高農(nóng)機設(shè)計制造企業(yè)的生產(chǎn)效率具有重要的意義。