【文章內(nèi)容簡介】 門都在各種 CAD 平臺上利用其提供的二次開發(fā)接口進行了二次開發(fā)。華中科技大學(xué)開發(fā)了用于齒輪 CAD 系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)零件庫 ； 四川 大學(xué)對三維注射模標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)作了深 入的研究 ； 北方交通大學(xué)也基于 SolidWorks 開發(fā)了內(nèi)燃機車標(biāo)準(zhǔn)件庫等等 。 在應(yīng)用方面，重汽公司自行開發(fā)的基于 SolidWorks的沖模標(biāo)準(zhǔn)件庫得到了有效的應(yīng)用等等。 德國的制造業(yè)在應(yīng)用 CAD 標(biāo)準(zhǔn)件庫方面取得了很好的經(jīng)驗 ,也 獲得了巨大的經(jīng)濟效益 [3]。 所以我國對標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)，顯得迫在眉睫。 課題研究概述 本課題以三維 CAD軟件 SolidWorks為開發(fā)平臺，用 Visual C++程序語言為開發(fā)工具，在 SolidWorks軟件界面中增加能夠?qū)Ψㄌm蓋系列標(biāo)準(zhǔn)件查閱、選擇參數(shù)、建模等功能的插件。 課題研究內(nèi)容及依據(jù) 課題以 Windows XP 中文版操作系統(tǒng)為支撐平臺，利用 SolidWorks2021結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù)，開 發(fā)法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)件系統(tǒng)。在研究 SolidWorks 二次開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以 Visual C++為編程工具開發(fā)法蘭蓋三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，其研究工作主要有以下方面： ： 對適合 SolidWorks 機械設(shè)計產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計的開發(fā)原理西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 進行研究。重點 對 支持基于 COM 技術(shù)的二次開發(fā)原理進行分析。 b. SolidWorks 的功能模塊 研究： 詳細了解 SolidWorks 基于 COM 的二次開發(fā)接口 — API 函數(shù)的特點和技術(shù)的實施要點。 ： 提供標(biāo)準(zhǔn)件庫的選擇界面和訪問接口。使用戶可以在SolidWorks 標(biāo)準(zhǔn)件庫下，選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)件 ,并且可以選擇所需要標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)。 ： 根據(jù)用戶所選擇的標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計和分析零件的特征，找出最簡單的方法來建模。 ： 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》所提供的數(shù)據(jù)，建立 EXCEL數(shù)據(jù)表格，導(dǎo)入 SolidWorks環(huán)境下的各對應(yīng)的模型，使其生成一系列的模型。 ： 利用 ACCESS管理數(shù)據(jù)庫 ， 運用 ODBC技術(shù)建立法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)庫。完成從數(shù)據(jù)庫中選擇標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)賦予相應(yīng)的變量 ,根據(jù)新的尺寸重新調(diào)用模型。 ： 根據(jù)在 SolidWorks 環(huán)境下建立法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)件的三維模型，明白其設(shè)計尺寸參數(shù)。通過研究法蘭蓋在管道聯(lián)接系統(tǒng)上的應(yīng)用，掌握其設(shè)計和安全使用的意義。 課題研究安排及意義 本課題研究開發(fā) SolidWorks環(huán)境下的參數(shù)特征模型和面向?qū)ο蟮腟olidWorks系統(tǒng) 。 其 采用信息集成優(yōu)化的技術(shù)，把從后臺數(shù)據(jù)庫中直接提取的零件信息通過應(yīng)用程序傳遞給 SolidWorks系統(tǒng)中來實現(xiàn)零件的自動生成。這樣可以減少人工輸入的重復(fù)勞動，提高產(chǎn)品設(shè)計的效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，實現(xiàn) SolidWorks系統(tǒng)在企 業(yè)中真正合理應(yīng)用，為當(dāng)前發(fā)展的許多先進的制造、設(shè)計理念提供了技術(shù)依據(jù) [4]。 本課題對 CAD/CAM集成環(huán)境下，通過對零件的建模來識別零件的信息，對 運用 ACCESS數(shù)據(jù)庫的 ODBC技術(shù)和 Visual C++二次開發(fā) SolidWorks方法作了深入研究，這無疑對 CAD/CAM集成研究具有重要的理論意義 [5][6]。 同時，通過建立法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)件庫，可以深入的了解 CAD 軟件的二次開發(fā)技術(shù)。為以后的繼續(xù)開發(fā)各類標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)件庫奠定了基礎(chǔ)。不僅彌補了軟件的不足，同時為我國的制造業(yè)提供數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)提供了重要的材料和實踐經(jīng)驗。 法蘭連接是管道施工的重要連接方式。在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。 對法蘭蓋的系列化設(shè)計，對于管道設(shè)計來說也具有十分重要的意義。 本次研究首先熟悉了 SolidWorks 軟件。對其建模功能、系列化模塊、及其二次開發(fā)相關(guān)函數(shù)和技術(shù)進行了深入研究。同時對 VC++編程語言以及二次開發(fā)步驟有了初步的了解。 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 其次，利用 SolidWorks 對各個類別的法蘭蓋進行三維建模。參照《機械設(shè)計手冊》提供的各個類別法蘭蓋參數(shù)，建立 EXCEL 參數(shù)表格，對各個系列法蘭蓋進行參數(shù)化。 建立 ACCESS 數(shù)據(jù)庫，利用 VC++生成 DLL 文件，進行數(shù)據(jù)庫鏈接和界面設(shè)置，實現(xiàn)參數(shù)和模型的鏈接、調(diào)用。使用戶能夠通過界面調(diào)用所需標(biāo)準(zhǔn)件，并在 SolidWorks 生成。 最后，以管道連接為例，設(shè)計液壓泵站。說明法蘭蓋在管道連接應(yīng)用中的重要作用，以及設(shè)計法蘭蓋標(biāo)準(zhǔn)件庫的重要意義。 第二章 SolidWorks 簡介及標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)理論基礎(chǔ) 7 2 SolidWorks 簡介及標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)理論基礎(chǔ) SolidWorks 簡介 Solidworks 是基于 Windows 操作系統(tǒng)的采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的三維CAD 軟件。其參數(shù)化和特征造型技術(shù)能方便 的、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實體，還可以把 CAD/CAM/CAPP 進行有效的集成，是一個優(yōu)秀的三維 CAD 軟件。 SolidWorks 軟件具有如下的特點 : (1)具有獨特的特征管理員 ,提供的特征管理員設(shè)計歷史樹同具體的實體模型是實時的動態(tài)聯(lián)接 。 (2)具有強大的實體建模功能和直觀的 Windows 用戶界面 。 (3)支持 Windows 的 DDE 機制和 OLE 技術(shù) 。 (4)支持 Inter 技術(shù) ,可以共享設(shè)計數(shù)據(jù) 。 (5)雙向關(guān)聯(lián)的尺寸驅(qū)動機制 。 (6)提供了 VB ,VC + + 和其他支持 OLE 的開 發(fā)語言接口 。 (7)給基于 Windows 的桌面集成賦予了新的含義。 它以 Windows 為平臺 ,集成了動態(tài)仿真軟件 (Motionworks) 、工程分析軟 (CosMo SolidWorksorks) 、數(shù)控加工軟件 (SurfCAM) 、以及工程數(shù)據(jù)管理軟 (SmarTeamWorks) 等 ,使它們成為 SolidWorks 中的一部分。這些軟件的數(shù)據(jù)可以相互傳遞共享。而且 SolidWorks 公司還設(shè)有網(wǎng)上站點 ,可方便用戶快速了解此系統(tǒng)的最新發(fā)展情況 ,或獲得最新的技術(shù)支持。 但 SolidWorks 也并非十全十 美。由于該軟件是由國外研發(fā)，不適合中國的國標(biāo)，如標(biāo)題欄、明細表、放大圖的標(biāo)注、剖視圖的標(biāo)注、裝配圖的序號等 方面 。也沒有適合我國國標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)件庫， 不能滿足特定企業(yè)的特殊要求。因此，為了適應(yīng)特定企業(yè)的特殊要求，形成企業(yè)自己的特色，使 SolidWorks在我國的企業(yè)中有效的發(fā)揮作用，并使常用或是重復(fù)的任務(wù)自動化，提高效率，就必須對其進行本土化和專業(yè)化的二次開發(fā)工作。 本節(jié)將分別對 SolidWorks 各個模塊特點進行介紹。 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 SolidWorks功能示 意圖 在產(chǎn)品設(shè)計初期，設(shè)計依據(jù)是任務(wù)書中的一些相關(guān)參數(shù)。由于產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)變動較大，無法完全繼承傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，需要重新設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對于這樣變動較大的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，即先設(shè)計零件再組裝成裝配體的話，將花費大量的時間，設(shè)計周期無法滿足。由此采用 “ 自頂向下 ” 的設(shè)計方法。首先確定任務(wù)書給定的相關(guān)參數(shù)為產(chǎn)品的主要參數(shù)化尺寸，進行整體草圖布局，采用特征建模方式直接建立起產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)，以達到宏觀控制設(shè)計的目的，此時產(chǎn)品整體結(jié) 構(gòu)是一個零件而不是裝配體。這樣做的好處在于它可以很方便地進行結(jié)構(gòu)分析計算和方案修改，這種建模方法主要適用于材料基本相同，繼承性比較少的新產(chǎn)品設(shè)計。 對于方案設(shè)計時的零件建模，需要注意的是各個特征之間的尺寸標(biāo)注盡量相互無關(guān)（特征之間是關(guān)聯(lián)的除外），避免在方案修改時，由于特征或者尺寸的修改導(dǎo)致整體建模的失敗。 當(dāng)產(chǎn)品的初步結(jié)構(gòu)建立起來以后，必須對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)分析，以確保產(chǎn)品滿足強度要求。如采用傳統(tǒng)的計算方法，計算過程復(fù)雜且結(jié)果簡單，不能完整反映產(chǎn)品實際的狀 況。由此采用 SolidWorks 的插件 COSMOSWorks 進行有限元分析，它的操作菜單集成在 SolidWorks 軟件中，功能齊全，分析過程快捷、簡單，無須進行模型轉(zhuǎn)換即可進行受力分析，極大地縮短了分析時西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 間，在產(chǎn)品的方案設(shè)計中，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)修改均參考有限元分析的結(jié)果進行，在對產(chǎn)品進行了上百次的結(jié)構(gòu)修改和有限元分析后，基本確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 如果 產(chǎn)品同以往產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品要求 改進 很多，由此決定了產(chǎn)品必須在滿足要求的前提下進行優(yōu)化設(shè)計，最大程度地 優(yōu)化 ，滿足要求。 優(yōu)化設(shè)計采用的是 COSMOSWorks 中的優(yōu)化設(shè)計功能。主要是對產(chǎn)品的懸臂結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。 舉例 如圖 2 所示，取下支撐管到懸臂的距離 L L3 和斜拉桿 L1 的距離為優(yōu)化參數(shù)，懸臂到回轉(zhuǎn)軸距離 L，懸拉臂的高度 H，加載力F 均為定值，約束點 A、 B 位置不變， 取整體應(yīng)力最小值為優(yōu)化目標(biāo)，目標(biāo)差值在 5％內(nèi)即停止運算。為減少計算時間和計算量，對模型進行了一些簡化和縮比 。 在對產(chǎn)品進行完方案設(shè)計后，即可轉(zhuǎn)入技術(shù)設(shè)計。由于大量的前期工作均在方案設(shè)計階段就已經(jīng)完成，后面的設(shè)計就相對簡單和快捷。 圖 ：優(yōu)化設(shè)計參數(shù)原理圖 圖 優(yōu)化設(shè)計原理圖 界面風(fēng)格 在產(chǎn)品設(shè)計的工作中，良好的界面能夠使得設(shè)計人員工作效率提高，且能夠減少錯誤的發(fā)生，易于追蹤整個設(shè)計工作，便于整體的把握。可以說，良好的界面風(fēng)格，是衡量一個軟件的好壞的首要標(biāo)準(zhǔn)。 SolidWorks完全自動捕捉設(shè)計者的意圖，其具有良好的 、 深受設(shè)計歡迎的設(shè)計界面。用人們熟悉的 Windows方式，運用下拉菜單、鼠標(biāo)點擊、剪切復(fù)制和拖動放置等常用的操作完成來設(shè)計產(chǎn)品，工作過程十分簡便。通過特征管理器的設(shè)計 樹引導(dǎo)，使得復(fù)雜零部件的細節(jié)和局部設(shè)計的安排條理格外清晰明了。特征模板是一個可以隨時打開的設(shè)計信息庫，從而標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)特征的引用變得異常輕松。尺寸、相互關(guān)系和幾何輪廓形狀可以隨時修改。設(shè)計數(shù)據(jù)是完全可以編輯的。特征的換序用拖動放置的操作即可完成。特征樹中的回放指示能逐步反推模型的生成過程。零部件與零部 件之間和零部件西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 與圖紙之間的相關(guān)性有選擇地更新。 圖 SolidWorks設(shè)計樹 零件建模功能 人類生存的現(xiàn)實世界是由三維幾何形狀構(gòu)成的，因此，三維幾何建 模技術(shù)是產(chǎn)品幾何定義的最佳方式。三維幾何建模技術(shù)從最初的三維線框建模，到曲面建模，到實體建模，經(jīng)過 30 年的發(fā)展歷程。目前，參數(shù)化特征建模技術(shù)已成為三維 CAD 產(chǎn)品設(shè)計的主流， SolidWorks 作為目前運行于微機上的優(yōu)秀三維機械 CAD 軟件之一，是功能強大的參數(shù)化特征建模工具。 SolidWorks 有全面的零件實體建模功能 [7]。變量化的草圖輪廓繪制，并能夠自動進行動態(tài)過約束檢查。 用 SolidWorks 的拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒角、抽殼和倒圓角等功能可以簡便地得到要設(shè)計的實體模型，高級的抽殼可以在同一實體上定義不同的抽 殼壁厚。 用戶可定義坐標(biāo)系，能自動計算零部件的物性和進行可控制的幾何測量。用高級放樣、掃描和曲面等功能可以生成形狀復(fù)雜的構(gòu)造曲面。通過直接對曲面的操作，能控制參數(shù)曲面的形狀。通過簡單地點取并延伸分型線，能生成非平面的分型面。 其典型的應(yīng)用是模具的設(shè)計。在三維模型上可以標(biāo)注，標(biāo)注的內(nèi)容支持超級連接。把有公共邊界線的曲面縫接成單一曲面。所有特征都可以用拖動手柄改變尺寸，并有動態(tài)的形狀變化預(yù)覽。從獨特的、支持 Inter 的特征模板中用拖動放置的操作引用特征。變半徑倒圓、指定區(qū)域倒圓、填角和圓角過渡。特征管理器 (FeatureManager)對模型捕捉設(shè)計意圖，雙重支持幾何選擇，拖動放置特征換序，支持產(chǎn)品配置的控制和設(shè)計表的系列定義。 西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 組件裝配功能 SolidWorks 的建模功能不僅局限于單純的建模，其還可以在用戶設(shè)計好各類零件后，在其操作環(huán)境下進行裝配。這樣不僅可以實現(xiàn)分散設(shè)計，集中組裝的設(shè)計模式，同時也可以通過模擬組裝，在生產(chǎn)前對組件進行運動性能測試，檢查出缺陷進行補救。在當(dāng)今的全球生產(chǎn)模式和市場下，這種功能是非常有必要的。 SolidWorks 的裝配設(shè)計中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設(shè)計用“自頂而下”方法，還是“自底而上”的方法進行裝配設(shè)計， SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設(shè)計的效率。 快速的裝配設(shè)計有一個鼠標(biāo)引導(dǎo)的自動裝配對準(zhǔn)功能 (Smart Mates)，可以捕捉要定義裝配關(guān)系的位