基于SolidWorks二次開發(fā)的球閥閥體參數(shù)化設計

張小鵬，王洪申，王學豐

(1. 蘭州理工大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730050； 2. 維都利閥門有限公司，浙江 溫州 325024)

0 引言

SolidWorks是一款基于windows的三維CAD軟件，因其具有操作簡單、易學易用的特點而廣泛運用于各行各業(yè)[1]。閥門是工業(yè)生產中不可缺少的流體設備之一。球閥被廣泛應用在石油煉制、長輸管線、化工、造紙、制藥等行業(yè)。在國家標準中定義球閥為閥桿帶動球體、球體繞球閥軸線作旋轉運動的一類閥門[2]。球閥形狀特點是結構相對固定，同類球閥拓撲結構具有高度一致性，產品型號具有系列化特征，是進行參數(shù)化設計的理想對象。通過二次開發(fā)三維軟件的方法將同一型號的閥門參數(shù)歸納、整理，并通過可視化窗口統(tǒng)一輸入，自動生成三維模型，可提高閥門的設計效率，降低開發(fā)成本，縮短新產品的開發(fā)周期。

1 球閥的結構及工作原理

球閥是帶有圓形通道的啟閉件，通過手柄繞垂直于通道的軸線旋轉，球體隨著閥桿的轉動從而達到啟閉通道的作用[3]。設計時，閥體的流道孔中心與球體(啟閉作用)流道中心對準時為全開狀態(tài)，通過閥桿傳力將球體繞轉軸轉動90°時，球閥將處于完全關閉狀態(tài)，如圖1所示。球閥的結構使得它有以下幾點優(yōu)點：

1) 因球閥左右通道相同，故其安裝位置相對自由，介質的流向可以任意給定，流體阻力小；

2) 結構簡單，密封性能良好且容易維修；

3) 球閥適用于經常操作、啟閉迅速方便的場合，適用范圍廣。

圖1 球閥工程圖

2 SolidWorks二次開發(fā)原理和關鍵技術

SolidWorks的應用程序接口(application program interface，API)是一個基于對象的嵌入與鏈接(object linking and embedding, OLE)或組件對象模型(component object model， COM)的編程接口[4]。目前對于SolidWorks的二次開發(fā)大概分為兩種，SolidWorks內置宏和微軟的Visual Studio(支持VB.NET、C#、C++)。SolidWorks API是一個多層次的自上而下的樹形網絡結構，如圖2所示。因此，對于SolidWorks類對象的訪問也是通過自上而下訪問的方法。SldWorks是根目錄對象類，位于應用程序的底層，是訪問SolidWorks API所有對象的入口[5]。本文使用SolidWorks-API-SDK 2016提供的接口，通過Microsoft Visual Studio 2010進行二次開發(fā)。

圖2 SolidWorks API接口對象

3 球閥閥體參數(shù)化設計

3.1 二次開發(fā)流程

基于SolidWorks的二次開發(fā)思路有兩種，一種是完全程序化參數(shù)建模，這種方法是一種自下而上的建模方法，由最底層的點、線、面構成圖形，該方法的缺陷是若零件較為復雜，則編程量太大，且專業(yè)要求較高。另一種方法是在三維模型的基礎上驅動尺寸，這種方法是一種自上而下的建模方法，即在保證零件結構不發(fā)生變化的情況下，建立好零件模板，運行時只需指定尺寸值，由尺寸自動定位到相應的尺寸變量。該方法的優(yōu)點是編程量少，特征間約束由模型自動產生，采用這種方法可以利用SolidWorks自身的參數(shù)化及編程技術優(yōu)勢，因此所需編寫的程序代碼相對簡單[6]。圖3為閥門參數(shù)化流程。

圖3 閥門參數(shù)化設計流程

3.2 閥體的三維建模

作為參數(shù)化設計的基礎，零件的三維建模顯得尤為重要，建模的方法及順序會直接影響參數(shù)化設計的結果。為確保參數(shù)化的正確性，在建模過程中必須要添加合理的約束，以實現(xiàn)參數(shù)的全約束，包括幾何約束和工程約束。幾何約束分為結構約束和尺寸約束，如長度、寬度、角度等約束為尺寸約束；如平行、垂直等指幾何元素之間的拓撲關系的約束為結構約束[7]。繪制完成后，在特征樹中右鍵單擊【注解】，選中顯示特征尺寸，并在【立即視圖工具欄區(qū)】選中顯示尺寸名稱，也可以通過設計需要改變名稱。在球閥的設計過程中，涉及的主要參數(shù)包括法蘭尺寸、壁厚、球閥結構長度等，將這些參數(shù)作為全局變量，如表1所示。

表1 全局參數(shù) 單位：mm

全局變量可以用于驅動尺寸作為唯一的數(shù)值，通過SolidWorks自帶的方程式功能將參數(shù)之間建立關聯(lián)，在SolidWorks中方程的形式是：因變量=自變量。

例如在方程式“D9@草圖1”=“D8@草圖1” / 2中，系統(tǒng)會根據(jù)尺寸D8求解尺寸D9，一旦方程式寫好并應用到模型之后，尺寸D9就不能直接修改，方程式建立完成之后的模型如圖4所示。

圖4 建立模型

3.3 配置及創(chuàng)建系列零件表

在SolidWorks軟件中，配置管理器是SolidWorks中非常獨特的一部分功能，它提供了簡便的方法來開發(fā)和管理一組尺寸不同、特征相似的一系列零件。在工具欄【插入】中點擊設計表，在彈出的對話框中選擇上一步的全局尺寸作為參數(shù)添加到設計表中，如圖5所示。

圖5 系列零件表

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)上述步驟，通過SolidWorks二次開發(fā)接口，對配置管理進行二次開發(fā)，創(chuàng)建人機交互對話框，輸入?yún)?shù)生成不同尺寸的零件，從而實現(xiàn)參數(shù)化。

4.1 新建項目

在SolidWorks二次開發(fā)過程中，非模態(tài)對話框創(chuàng)建的過程如下：

1) 插入一個新的對話框，ID默認即可；

2) 可以直接雙擊對話框空白處或者在右鍵為對話框添加類，在彈出的類對話框中輸入類名(BallDlg)，點擊確定；

3) 在工程.cpp文件中添加包含對話框頭文件的語句#include “FirstDlg.h”，并添加非模態(tài)對話框的初始化代碼：

BallDlg dlg=new BallDlg (AfxGetMainWnd());

4) 將設計好的對話框與SldWorks對象聯(lián)系起來，即為對話框添加成員函數(shù)。

在BallDlg.h中定義：

voidgetSW(ISldWorks *Sw)；

在BallDlg.cpp中聲明：

void BallDlg::getSW(ISldWorks *Sw)

this->ball_iSldWorks_dlg=Sw;

}

4.2 添加對話框控件

添加如圖6所示控件，在資源管理器選項卡bitmap中，將球閥閥體的位圖加入到界面中。為生成三維圖按鈕添加事件處理程序，關鍵代碼如4.3節(jié)所述。

圖6 球閥參數(shù)輸入界面

4.3 程序及函數(shù)說明：

UpdateData(TRUE);

CComBSTRfileName(_T("..\ball valve.SLDPRT")); //打開文件

CComPtr m_iModelDoc;

VARIANT_BOOL retval=VARIANT_TRUE;

計劃建設是執(zhí)行實施的基礎，執(zhí)行實施是評價檢查的前提，評價檢查是優(yōu)化改進的關鍵，上一環(huán)是下一環(huán)有序開展的先決條件。優(yōu)化改進階段是內控閉環(huán)建設的核心和關鍵點，是內控閉環(huán)形成的重要環(huán)節(jié)。

m_iSldWorks_dlg->OpenDoc6(fileName,swDocPART,Options,NULL,&Errors,&Warnings,&m_iModelDoc); //打開文件

CComPtrpConfigurationManager;

CComPtrpConfiguration;

m_iModelDoc->get_ConfigurationManager(&pConfigurationManager); //獲得配置名

CString a0=L"D1@草圖2";

CString a1=L"D111@草圖14";

CString a2=L"D2@草圖14";

……

pConfigurationManager->ISetConfigurationParams ( Name, paramCount, paramNames, paramValues, &retval);

m_iModelDoc->ViewZoomtofit( ); //視圖設定

在本程序中，首先輸入配置的名稱和各尺寸的參數(shù)值，獲得當前模型的配置管理器對象并使用程序接口添加一個新的配置，然后通過程序更改三維模型的參數(shù)，實現(xiàn)零件的參數(shù)化設計。表2說明了在SolidWorks API函數(shù)中打開文件函數(shù)OpenDoc6各參數(shù)的意義。

表2 SldWorks->OpenDoc6各參數(shù)的說明

4.4 添加菜單

在Addmenus()函數(shù)中，將自動生成的代碼改為

hret = icmdGroup->AddCommandItem2(L“閥體參數(shù)化”, -1, L“閥體參數(shù)化對話框”, L“閥體參數(shù)化”, 0, callback, enable, MAIN_ITEM_ID1, menuToolbarOption, &cmdIndex0)。

4.5 異常處理

在程序中增加條件語句，對其進行判斷，不僅可以有效地提示用戶出現(xiàn)錯誤的類型和位置，還可以通過return()函數(shù)實現(xiàn)跳轉，避免SolidWorks出現(xiàn)運算錯誤而重啟。例如：

If(swPart=NULL)

{

AfxMessageBox(“閥體參數(shù)化設計失??！”);

Return;

}

4.6 編譯并加載.DLL文件到SolidWorks

將設計好的閥體參數(shù)輸入到可視化界面中，尺寸參數(shù)通過從人機交互界面讀取并驅動模型得到如圖7所示結果。

圖7 運行結果

5 結語

本文介紹了在visual studio 2010環(huán)境下開發(fā)動態(tài)連接庫的方法，最終將編譯生成的DLL文件注冊到SolidWorks軟件中，實現(xiàn)了基于SolidWorks平臺的球閥閥體參數(shù)化設計，使同類球閥的設計難度降低，加快產品的設計效率。