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基于SolidWorks的液压阀块的设计研究（上）

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1引言

液压传动与控制技术在国民经济各部门的广泛应用，促进了液压技术的飞速发展，同时也使液压系统设计与制造的复杂性越来越高。液压系统采用液压阀集成装配，如图1．1所示，可以显著减少管路联接和接头，降低系统的复杂性，增加现场添加和更改回路的柔性，具有结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点，因此应用日益广泛[1][2]。

集成式液压系统(Integrated Hydraulic Manifold Systems·IHMS)的核心单元是液压阀块(Hydraulic Manifold Bloeks-HMB)，它是一个或多个特别的预先钻有多个孔的阀块体，其上安装有各种液压元件，如液压阀、管接头、压力表等，其内部的孔道与元件孔道相连通，构成液压集成回路(Hydraulic Integrated Circuit)，实现系统控制要求。

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图1 集成式液压系统

在采用液压阀块的液压系统设计中，阀块设计是一项关键和枯燥的工作。液压阀块表面承装板式阀的安装面和管接头的安装，并利用其内部孔道沟通阀的连接口以构成局部系统液压回路的复杂功能块。阀块体上分布着与液压阀有关的液压阀块安装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔，以及公共油孔、连接孔等，为保证孔道正确连通而不发生干涉，有时还要设置若干工艺孔。

一般一个阀块体上稍微复杂一点的就有上百个，这些孔道构成一个纵横交错的孔系网络。在阀块安装布局中，各种元件应尽可能紧凑、均匀地分布在阀块体各面，既要方便安装、调试，又要符合美学要求，而且，布局方案与连通要求一起成为孔道设计的起始条件。元件间通过内部孔道连通，无法直接连通的需设置工艺孔。同时，设计时还必须满足菲连通孔道问安全壁厚和连通孔道相交处通流截面等设计品质的要求。这些问题不仅导致传统的人工布局、孔道连通及校核异常困难，即使采用一般的CAD方法亦难以确保设计质量。

阀块的生产制造属于单件小批量定制生产模式，在设计阶段投入的大量时间和精力导致整个产品开发过程工作效率极低，因此亟待采取有效的计算机辅助方法来准确而快捷地设计，这己经成为国内外众多研发机构和人员关注的焦点和难点。

但是液压阀块需要针对具体应用场合专门设计和试验，计算机辅助液压阀块设计，尤其是基于三维实体的阀块设计系统具有直观、可靠、信息表达传递方便的优点，将成为提高设计效率和质量的有效途径。也正因为如此，液压阀块CAD应用开发研究一直受到国内外液压界的重视。同时，专业应用软件开发技术，方法和工具的不断发展和成熟，又促使人们不断深入开展液压阀块的研究与开发。所以液压阀块CAD技术的发展对于提高产品的设计与加工质量和效率，提高产品的市场竞争能力，既有显著的经济效益与广阔的发展前景。

1．2相关领域的发展现状

1．2．1国外研究的现状

国际上从20世纪70年代初就开始研究和探索利用计算机进行液压系统和元件的辅助设计工作，80年代和90年代间涌现出大批研究成果，迄今开发出的各类液压CAD软件已有数十种。在液压阀块类零件设计方面的研发工作主要有：

(1)1982年，德国阿亨工业大学在Baeke教授的领导下，研制出了用于设计液压控制阀块的程序包I-IYKON[3]。该软件包的硬件环境为ATM_ClassicModel 7870其功能具有自动设计阀块上的孔道(包括斜孔)，并校验孔道，能输出符合DIN标准的阀块视图和任意剖面图等。

(2)1983年，美国一家公司用Prime750工作站建立了阀块的三维模型与投影。

(3)1983年，英国巴斯大学在PDP 11／23计算机上，研制了VOLE程序，可以绘制液压阁块等元件的立体模型图，包括复合剖面图、孔道实体图等，设计人员可以用来校验所设计的阀块油路的连接情况。

(4)1985年，芬兰坦佩雷工业大学在HPl000／A700小型机上开发出用于插装阀块设计的CAD软件，孔道自动设计与干涉校验同时进行，可以修改孔径、移动孔位、线框模型消隐、孔表信息数据输出、刀具选择、刀具轨迹定义和NC代码生成功能。

(5)1989年，德国Hamburg-Harbcrg技术大学(TVHH)基于PROREN支撑软件以及基于AICS造型器进行三维阀块的设计。

(6)1991年，法国Grenoble大学把越思想引入阀块的设计，指出液压阀块的设计问题即是一个空间部署问题，以满足液压元件安装的需要，也是一个线路设计问题，以设计最佳的孔道。为此，把人工智能中的空间部署理论应用于阀块设计，在AppleMacintosh II上开发了一套基于产生式规则的智能设计系统。

(7)1996年，香港理工的W．Xiang等人进一步完善了液压阀块在CAD、CAM、CAPP、CNC等方面的研究[7]，使得液压阀块在CAD、CAM、CAPP、CNC等方面的研究更加成熟起来。

(8)美国Vest公司[8]开发了液压阀块设计从原理图一阀块一装配体的一整套解决方案：SDTools(Schematic Design Tools)和HyDraw(Hydraulic Circuit Design)软件应用“快捷目录”技术方便准确地绘制液压原理图；ADTools(AssemblyDesignTools)是一个2D装配绘图软件：在AutoCAD上开发的MDTools(ManifoldDesignTools)软件基于嵌入式规则进行孔道连通和校核；AATools(Automated Assembly Tools)软件根据原理图和阀块设计信息动态生成3D装配图以及2D正交视图。

(9)1997～2000年，澳门大学(UnivofMacau)的Wong，P．K．和香港理工大学(HongKong Polytechnic Univ)的Chuen,C．W．等运用面向对象方法构造阀块模型并采用特征技术来组织和管理阀块CAD／CAM产品信息，可以方便地定义和修改元件与回路：在AutoCAD上开发的原型软件可以根据一些设计规则进行元件布局，并在李氏迷宫算法的基础上研究了三维路径连通算法。

(10)美国Eaton公司开发的Vickers Library of SICV(Screw In Cartridge Manifoldblocks)软件是一个包含一千多种元件的符号库，帮助专业工程师在AutoCAD上进行进行泵、马达、阀和阀块的方案设计及零部件工程图设计，并把设计数据与加工指令Nc代码相连接，具有CAD／CAM一体化的特征。

1．2．2国内研究现状

国内液压CAD技术研发工作虽大约晚起步lO年，但迄今已有很大发展，20年来紧密跟踪国外先进技术，取得了一些具有我国特色的研究成果。

(1)上海交通大学在钟廷修教授的领导下[12]，从80年代初就开始液压阀块CAD技术的研究，相继开发了诸如HMCAD3．70c、CVC4．0等实用软件，这些软件已在上海液压气动总公司等十几家单位使用，最近交大又同上海704研究所合作，进行新一代液压阀块的智能CAD系统的开发。以下简单介绍上海交大阀块研究的成果：

(a)1985年，张海平开发了插装阀体复杂孔系的CAD软件系统，该系统使用Pascal语言，校验结果可直接输出在屏幕上，也可通过打印机输出，并且可以在绘图仪上直接输出图纸。在该系统中，可对多阶梯直孔、多阶梯空间斜孔进行校核，并为此建立了一个统一的数学模型。设计时采用交互方式。

(b)1987年，展建军进一步研究了液压插装阀的CAD技术。并对液压插装阀CAM技术进行了研究，体现在：在原有的基础上，将AutoCAD系统引入，作为软件二维图形处理的支撑系统，使阀块的二维设计处于一个功能齐全的环境：在32位机上开发了一个以三维实体造型技术为核心的阀块CAD软件。增加了孔系加工的数控程序生成功能，使得设计完成后，就能获取加工指令，与生产发生直接联系。

(c)1991年，许新桥用C语言在原有的基础上，重新改写原来的程序，根据用户的使用情况，修改了以前软件的一些不足之处，采用窗口、菜单、对话框等集成方式，可以用鼠标进行操作，而且全部采用中文环境，用户界面友好。还可利用AutoCAD的AME进行三维造型。

(d)1996年，黄宏成把孔系校验分成直孔和斜孔两种情况，直孔校验模型不仅考虑了顶锥，对于任何两直孔提出安全、连通或危险警告三种判断，而且可以计算出流通面积或最小壁厚。斜孔校验模型从高等数学多元函数极限和空间几何着手，把两孔简化成两直线段，来校验孔道的干涉情况。在AutoCAD的基础上，根据CSG法，利用AME软件，通过从三维到二维的途径，把校验过的孔系文件在计算机上以工程图纸形式自动生成。

(e)1996年，马友翼针对阀块体的特征，从底层开始开发，采用实体造型的方法对液压阀块进行仿真设计，在屏幕上输出逼真的造型图形，在微机上提供了一个三维的设计环境。

(f)1997年，乔进友、金忠孝在AutoCAD R12上用c语言开发了一个阀块校验软件，软件具有文件管理模块、阀块体及孔道信息输入模块、孔道连通性校验、三维实体造型及系统输出模块。中船公司第704研究所应用此软件进行液压阀块设计。

(g)1999年，金忠孝博士提出用人工智能体理论来解决传统的专家系统中问题求解方法单一的缺点，并建立了液压阀块多智能体设计系统的完整理论体系，该理论体系包括面向对象的液压阀块孔道建模、知识库的建立、液压阀块智能化的设计和实现及基于约束的协同策略四个部分。最后使用Visual C++5．0和Object ARX SDK开发了多智能体液压阀块设计系统，该系统己在中船704研究所和美国Vickers(威格士)上海分公司投入使用，取得了良好的效果。

(h)1999年，黄山禾开发了一个交互式液压阀块二维设计环境，使设计者可以方便快速地进行设计。阀块平面设计环境，具交互式孔系布置、孔系修改、阀块三维造型、多样的视觉效果和观察方式、孔道在图上的位置与数据的对应性和三维视图与二维视图的一致性等特征。阀块平面设计环境包括五个模块：成组孔管理模块；液压元件的布置、三维视图模块、编辑模块；连通关系的输入、编辑模块；三维造型；孔道数据管理模块。系统在AutoCADRl4平台上，用VisualC++5．0和ObjectARXSDK编写。

(i)2001年，乔进友博士针对液压阀块设计的三大棘手问题即空间布局、孔道连通规划和孔道连通设计，提出了新的理论基础和设计方法，作出以下创新：提出液压阀块空间布局的解决策略即通过遗传算法进行空间布局的智能设计，并提供了遗传算法无效时的解决方案一一基于规则的人机交互；提出液压阀块孔道连通规划的解决策略即应用图论中的有向图理论对孔道连通规划的数学模型成功地进行描述；提出液压阀块孔道连通设计的解决策略即利用新理论建立孔道连通设计优化的数学模型，分析了选择设计变量，确定目标函数的方法，以及孔道连通设计的约束条件。重点研究通过遗传算法进行孔道连通优化的智能设计。

针对上述理论方法，使用Visual C++6．0和Object ARX SDK开发了液压阀块智能‘设计系统，并己在依顿威格士(上海)有限公司投入使用。

(j)2001年，周惠友博士又提出了以树形结构为液压阀块路径优化设计的理论模型，并用树结构作为理论模型的数据结构，通过实例，验证了理论模型的简化和数据结构及优化解搜索方法的正确性，为液压阀块复杂孔道设计提供了理论依据。

(2)浙江大学流体传动与控制研究所在路雨祥教授的领导下，于1989年研制成功了插装阀液压系统设计FPTC-CAD系统[13]。该系统由液压系统原理图生成模块、液压系统总装图模块、三维立体模型生成模块、插装阀设计模块等五部分组成。在三维插装阀液压系统阀块CAD系统中，以AutoCAD为基础软件，利用Lisp语言对绘图软件进行二次开发，采用变参型技术建立三维阀块立体构筑工具库，以实现阀块的三维显示，利用“知识嵌入”方法解决了从立体图转化成工程零件图过程中判断推理难点[14][15]。

(3)大连理工大学对液压阀块的CAD、CAPP、CAM开发了集成化软件包，[16][17][18]设计了七个子系统，它们分别是：计算机辅助阀块设计子系统、阀块三维图形显示及十字剖面显示子系统、计算机动画模拟阀块数控加工子系统、数控加工机床与计算机接口通讯程序设计子系统以及编辑子系统。在计算机辅助阀块设计子系统中，将插装阀孔道设计和校核问题归结为插装阀阀块内部任意两孔道同面、对面、邻面等三种情况分别进行分析和处理。在孔道设计中，采用了优化设计思想，使用了分层序列法、穷举法、搜索法等优化方法。在孔道校核中，采用将插装阀块内任意两孔位置及其相互关系以两孔同面、两孔对面、两孔邻面为基础分解成平行、垂直和相交等情况分别进行处理。设计的结果可以以三维实体图形显示在屏幕上，该软件系统不能处理斜孔问题，不能处理用户自定义的插装阀孔，不能由用户指定插装阀中不得连通的部位。由于在孔道的自动设计中无法处理斜孔问题，当孔道设计比较复杂时，随着工艺孔个数的大量增加，阀块将变得很复杂。

(4)首钢液压机械厂和大连理工大学联合开发了二通插装阀块三维CAD软件系统091，该系统特点是：

(a)用交互式设计方法拟定插装阀块设计方案，并实现了交互式调整插装阀块设计方案。

(b)用交互式和自动式设计插装阀块孔道，并实现了交互式调整插装阀块孔道。对设计完毕的插装阀块进行孔道校核，校核结果以文本或图形方式显示于屏幕上。

(c)插装阀块设计中图形与数据可以自动转换。借助于AutoCAD高级造型扩展功能生成阀块体逼真三位图、浓淡渲染图、消隐视图及位置任意剖面图。可自动输出插装阀块方案参数和孔道数据文件，根据插装阀块方案参数和孔道数据又可以自动生成插装阀块三维立体图形。

(d)根据设计结果，绘制插装阀块零[件图和装配图。

(e)可输出CAD与CAPP接口的数据文件。

(5)北京自动化研究所在386或286微机(含协处理机)上开发了液压阀块CAD软件，该软件由五个模块组成，即交互式阀块设计、孔道信息输入、孔道校核、阀块工程图纸生成和设计及校验结果输出等五部分：

(a)交互式阀块设计模块，以AutoCAD为基础，由安装面图库、数据库、Auto lisp设计程序以及高级语言的接口组成。用户通过屏幕菜单调用进行阀块外形设计。在进行安装面设计时，用户通过图文并茂的菜单选择目标，只需输入一个基准点，其它相关信息则可自动通过数据库调入。在进行孔道的设计时，可以在不同的视图上显示其位置和深度，以提示孔与孔之间的连通关系。设计结束后，可将全部信息输出给孔道检验程序。

(b)孔道输入模块，用C语言编成，输入分单孔输入和组孔输入。

(c)孔道校核模块，用C语言编成，可校验各种直孔和空间斜孔(包括平头孔和锥孔)，在校验时，若两孔的实际壁厚小于所要求的壁厚时，程序给出实际壁厚值，当两孔通时，给出两孔轴心线段的最短连线距离。在孔道建模时，对实际情况不作任何简化。在出现危险通断关系时，可以按网格逐点进行布尔运算以求精确解。还可以单孔与全部孔道的校验，可生成阀块中所有孔道的通断关系表并给出通断关系是否正确的信息。

(d)阀块工程图纸生成模块，在AutoCAD基础上开发，可给出阀块的施工图纸，标注全部加工尺寸。不画任何剖面和剖视图。

(e)设计与校验结果信息输出模块，可输出阀块的全部设计结果，全部连通孔的信息，全部危险孔的信息，不正确通断关系孔道信息。

(6)北京联合大学建材轻工学院借助于产品模型的建立和软件的二维图形处理功能，运用参数化绘图技术，通过阀块的六面视图，判断阀块的通断情况，借助于调整子系统，可对阀块各面上的元件进行修改，可对屏幕上的二维几何模型进行显示和编辑，从而完成板式元件的布局、公共孔的布局和连接孔的布局工作。

(7)东南大学在液压阀块的设计中[21]，用数据结构中的树来描述液压系统图，使连通关系包含在树结构中，提高了程序的效率。

(8)安徽工学院从计算几何理论上讨论了三维空间孔道的精确校核[22]。通过建立两孔的空间曲面方程，然后联立求解曲面方程，得到交最后判断交点是否在两孔上，若在，则相交，否则不相交。孔模型由圆柱和120度顶角的圆锥组成，在这个数学模型中，没有考虑到二通插装阀、螺纹插装阀、斜孔等异形孔，适用的范围有限。

1．2．3研究评述

从上面的介绍中可以看出，由于液压阀块设计问题的典型性和复杂性以及集成式液压系统的广泛应用，吸引了国内外众多研发机构和学者的研究兴趣。在20世纪80年代到90年代的20年间，随着计算机技术的发展，涌现出了大批研究成果。目前国内外研究的各种液压阀块CAD技术和应用软件已经在原理图绘制、孔道校核、实体造型、工程图输出、甚至CAD／CAM集成等方面达到了较高的水平，有效地提高了设计质量和工作效率，其中不少成果在一些企业已经得到应用并产生了良好的效益。

尽管人们已经在这方面做了大量的工作，但随着液压技术的不断发展，新的问题也不断地出现，使液压集成块的设计也越来越复杂。有些液压集成块的设计研究尽管部分涉及了三维辅助内容，但不成体系，并没有把三维设计作为基本设计手段，仍然是二维和三维的结合。三维CAD系统较之于二维CAD系统复杂得多，系统的二次开发技术的突破难度较大，资料和公开的技术也很少，二次开发研究工作远没有二维CAD二次开发研究工作成熟。

1．3本设计的主要内容和意义

本课题是以Window中文版操作系统为支撑平台，利用SoIidWbd洱2007结合面向对象技术，开发了液压阀块设计三维CAD系统，本课题主要内容包括以下几个方面：(1)创建了数据库管理系统。本部分主要利用面向对象技术的编程语言，开发了液压底板尺寸数据库管理系统，主要是根据输入的阀的名称，进行阀的底板型号查询，获得相应的底板尺寸。

(2)以SolidWorks三维造型软件为系统平台，利用VisualBasic6．0和SolidWorks的接口技术，实现了基于特征的液压阀块设计。

(3)在Windows XP操作系统下，以SolidWorks三维造型软件为平台，利用VisualBasic 6．0编程软件编写了操作界面和计算程序设计，对SolidWorks软件进行了二次开发，实现了基于特征的液压阀块设计，实现了VB与SolidWorks的交互式使用。

(4)把模块编译成SolidWorks的插件，然后用菜单的方式挂到SolidWorks系统中，可以使设计系统的使用更加方便。

(5)建立液压三维元件库，为进行虚拟装配提供了便利条件。

系统的结构简单，使用方便，避免了一些重复繁冗的手册查询和三维造型过程，提高了设计者的设计效率。同时，建立的三维图可以直接进行后续加工或生成二维的工程图纸。本系统的开发，旨在为同类产品的开发提供解决问题的思路和方法。本课题开发出的设计软件具有良好的通用性，把设计与特征建模过程一体化，改善液压阀块设计的现状。

第2章系统开发方案与技术选择

2．1系统总体方案的确定

2．1．1系统的总体设计方案

整个系统的构建都是围绕一定要求展开的，设计总体方案如图2．1所示。

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图2．1 设计总体方案

2．1．2系统总控菜单的设计及实现功能

系统由一个总控菜单、八个应用菜单构成，从总体的划分来看，整个系统可分为前台的应用系统、二次开发包和后台数据库三大模块。前台的应用程序是后台数据库和用户的接口：一方面，它将数据库的信息经过处理显示给用户；另一方面，它又可以接受来自用户的输入，来更新后台数据库存放的信息。

(1)查询模块

这一模块由建立的后台数据库支持，可以通过这个模块进行液压元件尺寸数据库的操作，在这个模块可以实现数据的提取，编辑，删除功能。

(2)插入草图模块

主要实现系统的参数传递和利用开发工具调用SolidWorks的API实现自动在选取的基准面上进行草图绘制和螺纹孔及定位销孔的功能。

(3)孔道模块

在这一模块，同样是二次开发包，实现孔道连通的作用。孔道连通的设计是自动生成孔道的过程，按打不打工艺孔按照两孔同面、对面和邻面等不同的连通方式。

(4)辅助功能模块

辅助进行孔的通断检查和干涉检查的模块。

以上各功能模块的执行是通过下拉式菜单来组织和控制的，借助于下拉式菜单并在数据库的支持下，通过交互的方式即可实现液压系统原理图及集成块的设计。系统的总控菜单如图2．2所示。

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图2．2 系统的总控菜单

2．2设计平台

2．2．1 SolidWorkS的概述

目前，在我国的CAD市场上比较流行的三维CAD软件有SolidWorks、MDT、UG、Pro／E、Solid Edge等。但就价位来讲SolidWorks、MDT、Solid Edge是中低档价位的产品，UG、Pro／E是高中档价位的产品。

SolidWorks的全球用户超过20万，国外大多数制造公司招聘时都要求应聘人具备操作SolidWorks的能力。国际上很多一流的名校都将SolidWorks定为大学本科学生的必修课，如麻省理工学院、英国剑桥大学等。95％的西方企业要求员工会运用SolidWorks软件，SolidWorks连续几年被美国一些杂志评为优秀的CAD软件。

SolidWorks是一套基于Windows的CAD／CAE／CAM／PDM桌面集成系统[24]，是美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件，于1995年11月研制成功。它全面采用非全约束的特征建模技术，其设计过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计。同时牵动相关部分的修改；它即提供自底向上的装配方法，同时还提供自项向下的装配方法。自顶向下的装配方法使工程师能在装配环境中参考装配体的其他零件的位置及尺寸设计新的零件，更加符合工程习惯。它具有独创性的“封装”功能，可以分块处理复杂的装配体。具有产品配置功能，为用户设计不同特性的产品。它集成了设计、分析、加工和数据管理过程，所获得的分析和加工模拟结果成为产品模型的属性，在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。它还可以动态模拟装配过程，进行静态干涉检查j计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D造型绘图与3D造型技术融为一体，能自动生成零件尺寸、材料明细表(BOM)、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。同时有中英文两种界面可以选择，其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。具有交好的开发性接口和功能扩充性。能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送。

2．2．2 SolidWorks的功能

SolidWorks是基于特征的参数化实体造型系统，且二维和三维是互相关联的，。用户可以方便地完成复杂的三维实体的造型和编辑、修改。在设计过程中，可以随意更改三维实体或任一视图的尺寸，更改后可使三维实体和关联的二维视图自动更新。SolidWork的全参数化的装配设计，在装配环境里对零件设计的修改，会引起装配体的自动改变。在装配设计中，可在装配环境里进行零件设计：可以对现有零件添加新的特征或相对于装配体部件进行新的零件设计。SolidWorks的带有约束的装配及封装特征，使大型装配既迅速又方便。此外，装配管理员的配合显示出了各个装配关系，便于查询和修改。

SolidWorks是一个与Microsoft office兼容的产品[251：使用Microsoft的OLE功能，可以将SolidWorks的零件、装配体或工程图文件链接或嵌入到的Microsoft的产品中，如Word、Excel以及PowerPoint；可使用Microsoft产品，如Excel将数据插入到SolidWorks的文件中。SolidWork应用程序设计界面(Solid work API)是一个具有对象链接与嵌入功能的、程序与SolidWorks沟通的界面语言。此API包括有上百种函数，这些函数可由Visual Basic、VBA(Excel、Access等)、c、c++或SolidWords的宏文件所调用。这些函数提供的设计员可直接访问SolidWorks的功能。具有标准的Windows菜单和对话框，使用方便快捷，同时提供IGES、VRML、DWG、DXF、STL、VRML等十多种数据交换格式。由于生成的零件是三维的总体或表面，就为有限元分析和数控加工准备好了数学模型。与有限元分析和数控加工及技术数据管理等软件无缝连接。

Solidwbrks软件在一个特殊的窗口——特征管理员设计树中来显示基于特征的模型结构。特征管理员设计树中不仅可以显示特征创建的顺序，而且可以使你很容易得到所有特征的相关信息。SolldWords模型与它的二维图及引用它的装配体是全相关的，对模型的修改会自动反映到与之相关的二维图和装配体中。同样，也可以在二维图和装配体中作出修改，这些修改也会反映到模型中。它以Windows为平台，集成了动态仿真软件(Motion works)、工程分析软件(CosMo．SolidWorks)、数控加工软件(SurfCAM)、以及工程数据管理软(Smar Team Works)等，使它们成为SolidWorks家族中的一员。这些软件的数据可以相互传递共享。而且SolidWorks公司还设有网上站点，可方便用户快速了解此系统的最新发展情况，或获得最新的技术支持。

(1)造型功能

SolidWorks提供了新一代的造型功能瞄]，它包括了草图和实体，参数化特征造型技术。提供丰富的基本特征，并且提供用户自定义特征的功能。SolidWorks支持强大的三维参数化设计功能，可以方便地在设计的任何阶段修改零件。

(2)绘图功能

工程绘图系统Drawing主要用于三维模型的工程图纸绘制与输出，可同时编辑多张图纸。当设计人员设计图纸文件时，可以将PART文件上的特征历史树的总结点用鼠标点取移动到图纸文件上，图纸文件上自动生成三视图。绘制的图纸上可以自动标注尺寸信息。图纸与模型是相互关联的，当模型上的尺寸或造型变化时，图纸也相应改变。视图包括标准视图、投影视图、一般视图、局部视图以及剖面视图，是零件或装配体在图纸上的某种形式的投影。在视图上可以增加或删除符合国标的工程标注。本系统随时维护三维模型与二维绘图的一致性。注释及辅助线段、圆注释和辅助的线段、圆用于给图纸增加一些视图中未给出的信息，如加工注意点、材料选择等。

(3)装配功能

SolidWorks中装配的功能是由用户指定装配体中各零件之间的装配约束关系，将零件装配成装配体。装配系统不但可以将零件装配起来，也可以读入已经装配好的装配体，作为子装配体进行装配；子装配体在装配过程中可以视为一个整体，等效于一个零件。SolidWorks可以模拟仿真装配的全过程。

(4)零件的配置功能

在实际设计工作中，经常用到通用件或形状相似的零件，如果把这些零件逐个设计后保存，工作量巨大，管理起来也不方便。SolidWorks软件在零件设计中提供了一个非常好的配置(configuration)功能，这个功能允许你建立一个零件而有几个不同的配置，而这个零件在不同配置中可以屏蔽不同的特征；或同样的特征在不同的配置情况下有不同的特征参数值，而这些不同的配置都被保存在同一个文件内；使用时只需选择其中任意一个配置，就可以得到想要的零件。

(5)数据转换接口

由于CAD技术的不断普及应用，许多企业都使用了多种CAD／CAE／CAM／PDM软件，而各种CAD软件之间的数据转换传送始终是个令技术人员头疼的问题，尽管许多软件都提供各种各样的接口，但传送的结果总是难尽人意；而SolidWorks在这方面可以说具有大家风范。它的数据接口有以下几个特点：

(a)是它支持的标准比较多：支持的标准有IGES，DXF，DWG，SAT(ACSI)，STEP，STL，ASC或二进制格式VDAFS(VDA)，VI洲L，Parasolid。

(b)是转换成功率高，SolidWorks和I--DEAS，ADAMS，ANSYS，Pro／Engineer，AutoCAD软件之间迸行转换传递，都非常成功。

(c)SolidWorks创新的特征识别技术。标准格式数据的数据转换器让人们可以共享不同CAD系统设计的几何信息，但经过这样转换的几何模型不带特征，也没有设计历史，如果要对它们进行编辑修改是很艰苦的，SolidWorks创新的特征识别技术把智能赋予数据的转换，将静态的几何模型特征化和参数化。可直接对标准数据格式文件(STEP，IGES，SAT，VDAFS，Parasolid)进行特征识别。

2．2．3 SolidWorks系统二次开发的意义

SolidWorks虽然拥有强大的功能，适当的价位，但是也并非是十全十美。不何能满足特定企业的特殊要求。例如，由于该软件是外国人写的，不适合中国的国标，如标题栏、明细表、放大图的标注、剖视图的标注、装配图的序号等。也没有适合我国国标的标准件库。资料显示，我国有很多企业引进国外著名的CAD系统，但往往未得到充分利用，未能全面用于产品设计，企业对CAD的巨额投资，并没有真正达到提高设计质量，缩短设计周期的目的，也没有带来应有的效益。究其原因，是未进行系统应用设计方面和管理方面的二次开发。据抽样调查，国内己引进的CAD系统利用率高而且达到效益比较好的企业和事业单位大约在20％-30％左右，所以没有进行用户化、本土化的二次开发就在一定程度上没有真正意义上的CAD有效运用。因此，为了适应特定企业的特殊要求，形成企业自己的特色，使SolidWorks在我国的企业中有效的发挥作用，并使常用的或是重复的任务自动化，提高效率，就必须对其进行本土化和专业化的二次开发工作。

2．3 SolidWorks二次开发接口API对象

2．3．1相关概念

为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了几百个API函数，这些API是SolidWorks的OLE或COM接口。用户可以使用高级语言对其进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的SolidWorks功能模块。在SolidWorksAPI中，经常用到对象、方法、属性等术语，准确理解这些术语对二次开发极为重要[26-27]。

(1)类

类是创建对象的样板，它包含对创建对象的状态描述和对操作行为的说明，它和对象之间的关系抽象和具体的关系．在面向对象程序设计中，一个类只在源程序的代码中出现，而并不会在一个正在内存中运行的程序中出现，即类只是在编译时存在。对象作为类的实例在运行的程序中出现，并占有内存空间，它是在运行程序时存在的实体。所以一个类实际上是一种新的类型，当要使用一个新的数据类型时，首先要在源程序中说明，而说明的部分代码是不在内存中的运行的。在程序中运行的是该类的对象，对象在内存中分配空间，程序的计算任务由对象完成。SolidWorksAPI为用户提供了自由、开放、完整的面向对象的类体系，其中包含了数以百计的功能函数，程序员可以调用这些类函数，也可以在自己开发的程序中派生这些类函数的子类函数，建立子类函数的对象、对象的属性、方法，凡支持ActiveXAutomation标准的编程语言都可以访问SolidWorkaAPI类函数，调用这些类函数几乎能够实现SolidWorks中所有功能。

(2)对象

对象是应用程序简单而抽象的代表。编程中的对象是将数据和方法包装在一起，丽形成的一些实体或者说是一种数据结构，它使这些实体变得独立。其特性是：每一个对象必须有一个名字以区别于其他对象；用属性来描述它的某些特征；有一组操作，每一个操作决定对象的一种行为。SolidWorks API包含了数百种函数，每一个函数都是一个独立的对象。

(3)属性和方法

属于一个类的对象具有相同的行为，当某个行为作用在对象时，就称对象执行了一个方法。方法定义了一系列的计算步骤。方法有两种，一种提供对象与外界的接口，一种实现自身的数据操作。对象的“属性”就是指有关的数据，对象的“方法”则是指如何操作。SolidWorks的所有功能都以属性和方法的方式封装于SolidWorksAPI对象中，对外提供执行代码。

(4)对象的交互

在面向对象程序设计中，对象之间需要联系，这称之为对象的交互。面向对象程序设计技术必须提供一种机制，允许一个对象与另一个对象的交互。这种机制，叫做消息传递。一个对象向另一个对象发出的请求被称为“消息”。消息是一个对象要求另一个对象执行某个功能操作的规格的说明，通过消息传递才能完成对象之间的相互请求或相互协作。SolidWorks二次开发中，用面向对象的编程语言VB编写客户端应用程序，它把程序员的要求转化为向服务端应用程序SolidWorks发出通讯的请求，SolidWorks根据请求“开放”API对象，VB引用该对象，设置其属性，操作其方法，SolidWorks按既定的数据信息和操作方式执行，实现所期望的功能，完成对象的交互。

(5)封装

封装是指将数据结构和作用于数据结构上的操作组成一个实体，数据的表示方式和对数据的操作细节被隐藏起来，用户只能通过操作接口对数据进行操作。即：令对象具有一个清楚的边界，对象的私有数据、成员函数的细节被封装在该边界内；令具有一个描述对象与其他对象如何相互作用的接口，该接口必须说明消息传递的使用方法；令对象内部的代码和数据应受到保护，其他对象不能直接修改，SolidWorks所有功能均以属性、方法的方式封装于SolidWorks API对象中。

(6)OLE技术

OLE就是对象的嵌入与连接，它使得应用程序之间能够通过数据的嵌入或连接的方式来共享数据。含有嵌入或连接文档的应用程序被称为容器程序，提供文档数据编辑的应用程序被称为服务器程序。自动化技术Automation是oLE技术的一个重要内容。直到今天，自动化技术扩充和发展为ActiveX Automation，它适用于OLE对象和ActiveX对象。操纵程序被称为客户(Client)，而被操纵程序称为服务器(Server)，被操纵的对象是ActiveX对象如果应用程序支持OLE技术，则在不同应用程序之间的切换由OLE自动完成。SolidWoks支持OLE标准，完全实现了OLE自动化，前已提及，SolidWoks具有开放的结构体系，它的这种开放性体现在它所提供的API对象上。API是一个对SolidWoks的应用编程接口(Application Prosramming Interface)，包含了几百个对象及其属性、方法和事件，这正是SolidWoks为用户提供的功能强大的二次开发接口，凡支持oLE编程的开发工具，如VisualC++、VisualBasic、Delphi等均可从各自本身操作这些对象，从而直接行使SolidWoks的功能，如画一条直线，拉伸一个凸台，或修改一个表面的参数等。利用这种方法可以完成SolidWoks的二次开发，创建出用户定制的、专用的SolidWoks功能模块。OLE2．0推出以后，OLE已经不再是对象的嵌入和连接的缩略词。不妨认为ActiveX是OLE3．0，事实上AcfiveX是OLE在网络上的扩展，它使用了0LE技术并且超过了本地机器的范围。在本课题中，用VB来控制SolidWoks提供的各种对象，即把VB作为客户程序，SolidWoks作为服务器程序。

(7)ActiveX技术

ActiveX是微软新近提出的一种技术，是实现不同语言开发的软件组件在单机或网络环境下能够相互操作的一组软件技术和软件方法的总称．它以COM为基础，其中包括了OLE技术以及应用于Intemet的多种技术。它使得不同的进程，甚至是网络上的进程之间相互通信，并朝着多媒体方向发展。ActiveX是一种标准，利用这个标准可以使用通过不同的语言开发的软件构件在单机或网络环境中相互操作。同时，ActiveX也是以组件对象模型为基础的开放技术的集合，它代表了应用程序与intemet的一种集成策略。COM客户通过一个指向虚拟函数表地址的指针即接口(Interface)来访问COM组件，以实现所期望的应用。而虚拟函数表每一项都是一个地址，一个由组件所实现的函数的地址。提供访问的所有的接口都自然继承一个名为Unknown的接口，因此接口的虚拟函数表的前三项均为Unknown接口的成员函数的地址。这些函数一是用来查询组件接口的QueryInterface函数，二是用来管理组件的生存周期的Addrcf函数和Release函数。通过ActiveX可以使应用程序的开发过程转变为将计算机上运行的各个软件有机组合的过程。如果将计算机上运行的这些软件看成为组件(Component)，那么应用程序的开发过程就类似于搭积木似的组件架构的过程，而每个组件类似于一个实现特定的功能己编译链接好的可使用的微型应用程序，其内部对客户隐藏，其外部(即输入与输出)对客户开放。

(8)宏

宏是一系列命令的集合，相当于Dos下的批处理文件，及AutoCAD中的脚本文件。可以录制使用SolidWorks用户界面执行操作，然后使用SolidWorks宏重新执行这些操作。宏所包含的调用相当于使用用户界面执行操作时，对APl的调用。通过记录宏和交互式执行任务，可以在所需的代码上获得命令和语法的飞跃。在写任何代码前，都是记录宏来用作程序的基础，即向程序添加功能时，返回到SolidWorks，记录添加的宏。然后剪贴和粘贴记录的宏的代码中，这样做，既是对最先进的程序也是有益的。

2．3．2 SolidWorks API对象

SolidWorks支持OLE标准，完全实现OLE自动化。作为～个OLE服务器，SolidWorks提供了大量的OLE对象，以及这些对象所拥有的方法和属性，用户通过在客户应用程序中对这些。OLE对象及其方法和属性的操作，可以在自己开发的应用软件中实现可以完成零件的建造、修改；零件各特征的建立、修改、删除、压缩等各项控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的设置与提取，特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息；零件的装配信息；零件工程图纸中的各项信息；还可在SolidWorks主菜单上增加按钮，将自己开发的应用模块嵌入到它的管理系统中。

图2．3所示是SolidWorks API对象的一个梗概。它并不代表对象的起源层次或惟一的来去途径。从图2．3中可以看到SolidWorks API的对象分为若干层，每一层又包括若干对象。每个对象又都有自己的属性、方法和事件。对象的数目很多，以后若在开发中用到，通过查找API帮助来使用它。

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图2．3 SolidWorks API对象梗概

2．4系统开发工具

2．4．1系统开发工具的选择

任何支持OLE(object linking and Embedding，对象的链接嵌入)和COM(Componentobject model，组件对象模型)的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具[28]。二次开发SolidWorks的方法分两种，一种是基于自动化技术的，此种技术只能开发放EXE形式的程序；另一种开发方式是基于COM的，这种技术可以使用最多的运用程序界面SoI idWorksAPI(application Programming Interface)。API还可控制SolidWorks会话的方式，生成*dll格式的文件，也就是SolidWorks的插件。程序内的DLL并不一定比程序外的EXE快，这主要取决于瓶颈在哪里。

S01idWorks的二次开发工具较多，开发者可以根据自身的条件、工具的特点，选择一种合适的开发工具。Visual Basic是Microsoft公司于1991年推出的Windows应用程序开发工具[30][31]，短短的几年时间，就成为Windows流行的编程语言，从根本上改变了传统的程序设计模式，大大简化了Windows应用程序设计。它的出现被计算机界看作是一个“令人震惊的奇迹”。Visual Basic的诞生使编程技术向前迈进了一大步，开创了可视化编程的先河。在它的带动下，许多优秀的可视化开发工具相继问世。这些开发工具各有千秋，但它们都或多或少地从Visual Basic中汲取了营养。

英文Visuai的意思是“可视的”，之所以叫做“可视”，是因为用户只要看到VisualBasic的界面就会明白，实际上无需编程就可以完成许多步骤[29]。在VisualBasic中引入了控件的概念，并把这些控件模式化，并且每个控件都有若干属性用来控制控件的外观和工作方法，界面如图2．4所示。这样用户就可以像在画板上一样，随意点几下鼠标，、一个按钮就完成了，这些在以前的编程语言下是要经过相当复杂的工作的。

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图2．4 VisualBasic界面

Visual Basic指的是开发图形用户界面(CGD的方法。不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的对象拖放到屏幕上的一点即可。如果已使用过诸如Paint之类的绘图程序，则实际上已掌握了创建用户界面的必要技巧。Basic指的是BASIC(Beginners ALL-Purpose Symbolic Instruction Code，符号指令代码入门)语言，一种在计算技术发展历史上应用得最为广泛的语言。Microsoft公司创始之初，Bill Gates就开始使用BASIC语言来编写应用程序，Visual Basic在原有的BASIC语言基础上进一步发展而来的，是运行在Windows环境下的一个可视化编程语言，提供了开发Windows应用程序的编程环境。Visual Basic语言规则简单，不似其他的高级语言(如c++、Delphi等)那么复杂，但它的功能很全、使用简捷，用户只需掌握几个关键词就可以开始建立实用的应用程序。使用Visual Basic，用户不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，只要把预先建立的对象拖放到屏幕上即可[30]。

Microsoft十分钟情于Visual Basic语言。他们不仅在0mCe套件中嵌入Visual Basic代码，使之可以完成一定的任务(这种技术被称之为Microsoft ForApplication或VBA)，同时还在IE4．0以上版本的浏览器中支持VB Script(这是一种Visual Basic语言的简化版本，用于在网页上执行一定的功能)，利用Visual Basic还可以开发出动态服务器主页(Active Sever Page)和SQL Sever与IIS结合在一起可以组建大型复杂的网站。学会了Visual Basic，就几乎等于同时学会了以上的各种技术。从开发个人或小组使用的小工具，到大型企业应用系统，甚至通过Intemet的遍及全球的分布式应用程序，都可在VisualBasic提供的工具中各取所需。Visual Basic具有不可取代的简单易用性和真正的“所见即所得”特性。使用Visual Basic来开发软件，开发周期短，代码效率高[31]。

基于Visual Basic的上述优点，本次设计选用Visual Basic6．0作为开发编程语言，通过AetiveX与SolidWorks进行通信，调用SolidWorks的API函数设计系统。

2．4．2 Visual Basic开发SolidWorks的基本原理

SolidWorks支持ActiveX Automation技术，VB环境下建立的客户程序可以直接访问SolidWorks中的对象。ActiveX Automation是Microsoft公司提出的一个基于COM(Component Object Model)的技术标准，是以前的OLE(Object Linking andEmbedding)技术的更高层次的发展，ActiveX Automation被开发出来的原因就是需要协调不同的应用程序。

Windows本身准许同时运行多个应用程序，AcfiveXAutomation准许这些应用程序互相通讯[30][31]。每个应用程序可以决定哪些信息和功能可以公布或者暴露给系统上的其它应用程序。虽然ActiveXAutomation总是在两个应用程序之间安排对话，但是这个对话不是双向的，也是不平等的。ActiveX Automation程序的每一块都包括两个程序，起不同的作用，客户机是开始对话的应用程序，服务器是响应客户机的应用程序。代码在客户机上运行，而这个代码所控制的动作由服务器执行。在这里将SolidWorks理解为一个服务程序，把二次开发工具的VB程序作为客户程序，它们之间是服务器与客户的关系。用户只要在VB上进行操作，VB就驱动SolidWorks完成相应的工作[321。SolidWorks为二次开发提供了大量的API对象，这些对象涵盖了全部的SolidWorks的数据模型，通过对这些对象属性的设置和方法的调用，就可以在用户自己开发的DLL中实现与SolidWorks相同的功能。

SolidWorks中常用的主要ActiveX Automation对象有SolidWorks BodyParametcr、Sldworks、Part、Face和Feature对象等。Sldworks对象为vB对SolidWorks工作环境进行访问处理提供了接口。通过此对象可以对SolidWorks工作环境添加菜单、删除菜单、添加工具条、打开文件、新建文件、退出SolidWorks系统。用VB调用SolidWorks中的API函数，还可以完成零件的建造和修改；零件各特征的建立、修改、删除和压缩等各项控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的设置与提取，特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息；零件的装配信息；零件工程图纸中的各项信息等。

对SolidWorks进行二次开发，本设计采用的开发方法是用人机交互形式建立模型，设置合理的设计变量，再通过VB程序驱动设计变量实现模型的更新，这种方法编程较简单，通用性好。

2．5参数化设计

2．5．1参数化设计概述

参数化设计方法是指对于几何图形的某个系列的零件，用一个参数序列一一对应定义并约束一个几何图形的一组尺寸序列[33]，当赋予参数序列以不同的数值时，它对应的那个几何图形的尺寸序列也会随之变化，并驱动图形做出相应的变化而达到预期的几何图形[33]。

一般说来，实现参数化必须要满足以下条件：几何图形本身是由几何和拓扑关系定义而成；几何图形形状大小可以由尺寸驱动；一个参数序列与一个几何图形的尺寸序列数据具有一一对应关系。实行参数化的设计方法，能够方便地进行更改以适应不同的需求，使设计具有灵活的应变能力：能够方便地进行工装的变型设计，大大减少了零部件的数量和设计周期，使设计质量和效率得到很大的提高。根据研究，可以将参数设计方法分为：基于数据结构的参数设计方法；交互实时处理方法；变量设计方法；基于规则的推理方法；直接操作方法；语言方法。

2．5．2参数化设计的特点

目前，参数化设计己成为CAD中最热门的应用技术之一，能否实现参数化设计也成为评价CAD系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员设计开始阶段可快速草拟产品的零件图，通过对产品形状及大小的约束最后精确成图[34]。

同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，设计参数不但可以驱动设计结果，而且影响产品的整个开发周期，设计参数可来自于其他系统。参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的改动，从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便于用户修改和设计。通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。总之，参数化设计极大地改善了绘制图形的质量和效率。参数化设计又分为部分参数化设计和全参数化设计，部分参数化设计一般应用于造型简单的设计中，造型固定，而全参数化设计应用于造型复杂多变的设计中，可移植性高但编程复杂。

采用VB开发参数化建模和造型实质上是在更深的层次中应用SolidWorks，即直接利用VB程序对SolidWorks的内部特征函数进行调用从而实现特征的生成、修改、编辑、保存等操作。本次设计采用全参数化造型，有利于特征的编辑和修改。

第3章液压阀块特征设计

3．1液压阀块的结构特点及设计

3．1．1液压阀块的结构特点

按照结构和用途划分，液压阀块有条形块(Bar Manifolds)、小板块(Subplates)，盖板(Cover plates)、夹板(Sandwich Plates)、阀安装底板(Valve Adaptors)、泵阀块(PumpManifolds)、逻辑阀块(Logic Manifolds)、叠加阀块(Accumulator Manifolds)、专用阀块(Specialty Manifolds)、集流排管和连接块(Header and Junction Blocks)等多种形式[35][36]。实际系统中的液压阀块是由阀块体以及其上安装的各种液压阀、管接头、附件等元件组成。

(1)阀块体

阀块体是集成式液压系统的关键部件，它既是其它液压元件的承装载体，又是它们油路连通的通道体。阀块体一般都采用长方体外型，材料一般用铝或可锻铸铁。阀块体上分布有与液压阀有关的安装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔，以及公共油孔、连接孔等，为保证孔道正确连通而不发生干涉有时还要设置工艺孔。一般一个比较简单的阀块体上至少有40-60个孔，稍微复杂一点的就有上百个，这些孔道构成一个纵横交错的孔系网络。阀块体上的孔道有光孔、阶梯孔、螺纹孔等多种形式，一般均为直孔，便于在普通钻床和数控机床上加工。有时出于特殊的连通要求设置成斜孔，但很少采用。

(2)液压阀

液压阀一般为标准件，包括各类板式阀、插装阀、叠加阀等，由连接螺钉安装在阀块体上，实现液压回路的控制功能。

(3)管接头

管接头用于外部管路与阀块的连接。各种阀和阀块体组成的液压回路，要对液压缸等执行机构进行控制，以及进油、回油、泄油等，必须与外部管路连接才能实现。

(4)其它附件

包括管道连接法兰、工艺孔堵塞、油路密封圈等附件。

3．1．2液压阀块的布局原则

阀块体外表面是阀类元件的安装基面，内部是孔道的布置空间。阀块的六个面构成一个安装面的集合。通常底面不安装元件，而是作为与油箱或其它阀块的叠加面。在工程实际中，出于安装和操作方便的考虑，液压阀的安装角度通常采用直角。

液压阀块上六个表面的功用(仅供参考)：

(1)顶面和底面

液压阀块块体的顶面和底面为叠加接合面，表面布有公用压力油口P、公用回油口O、泄漏油口L、以及四个螺栓孔。

(2)前面、后面和右侧面

(a)右侧面：安装经常调整的元件，有压力控制阀类，如溢流阀、减压阀、顺序阀等：流量控制阀类，如节流阀、调速阀等。

(b)前面：安装方向阀类，如电磁换向阀、单向阀等；当压力阀类和流量阀类在右侧面安装不下时，应安装在前面，以便调整。

(c)后面：安装方向阀类等不调整的元件。

(3)左侧面

左侧面设有连接执行机构的输出油口，外测压点以及其他辅助油口，如蓄能器油孔、接备用压力继电器油孔等。

液压阀块块体的空间布局规划是根据液压系统原理图和布置图等的设计要求和设计人员的设计经验进行的。经常性的原则如下：

(1)安装于液压阀块上的液压元件的尺寸不得相互干涉。

(2)阀块的几何尺寸主要考虑安装在阀块上的各元件的外型尺寸，使各元件之间有足够的装配空间。液压元件之问的距离应大于5mm，换向阀上的电磁铁、压力阀上的先导阀以及压力表等可适当延伸到阀块安装平面以外，这样可减小阀块的体积。但要注意外伸部分不要与其他零件相碰。

(3)在布局时，应考虑阀体的安装方向是否合理，应该使阀芯处于水平方向，防止阀芯的自重影响阀的灵敏度，特别是换向阀一定要水平布置。

(4)阀块公共油孔的形状和位置尺寸要根据系统的设计要求来确定。而确定阀块上各元件的安装参数则应尽可能考虑使需要连通的孔道最好正交，使它们直接连通，减少不必要的工艺孔。

(5)由于每个元件都有两个以上的通油孔道，这些孔道又要与其它元件的孔道以及阀块体上的公共油孔相连通，有时直接连通是不可能的，为此必须设计必要的工艺孔。阀块的孔道设计就是确定孔道连通时所需增加工艺孔的数量、工艺孔的类型和位置尺寸以及阀块上孔道的孔径和孔深。

(6)不通孔道之间的最小壁厚必须进行强度校核。

(7)要注意液压元件在阀块上的固定螺孔不要与油道相碰，其最小壁厚也应进行强度校核等等。

根据以上原则，液压阀块布局的优化方法如下：

(1)如果在液压阀块某面上的液压元件的数量不超过4个，则分别布置液压元件在4个角附近，不一定在角上．这样可以保证在两个边附近进行工艺孔设计。

(2)如果在液压阀块某面上的液压元件的数量不超过8个，则除了分别布置液压元件在4个角附近以外，其它液压元件可根据情况分别布置在4个边附近。这样可以保证在一个到两个边附近进行工艺孔设计。

(3)如果液压阀块某面上的液压元件的数量超过8个以上，可以考虑使用智能方法进行优化设计。

由于一般情况下，液压阀块包含的液压元件总和不会超过10个以上，所以分配到各个面上的液压元件数量不会超过lO个，一般在3到5个左右。

由于在一般液压阀块设计中很少涉及到大量的液压元件布置，所以根据前两条的规则可以满足系统设计的基本要求。

3．1．3液压阀块的设计思路

集成块单元回路图实质上是液压系统原理的一个等效转换，它是设计块式集成液压控制装置的基础，也是设计集成块的依据。阀块图纸上要有相应的原理图，原理图除反映油路的连通性外，还要标出所用元件的规格型号、油口的名称及孔径，以便液压阀块的设计。

设计阀块前．首先要读通原理图，然后确定哪一部分油路可以集成。每个块体上包括的元件数量应适中。阀块体尺寸应考虑两个侧面所安装的元件类型及外形尺寸，以及保证块体内油道孔间的最小允许壁厚的原则下，力求结构紧凑、体积小、重量轻。

3．2基于特征的液压阀块的交互设计

3．2．1基于阀块的特征分析

特征是设计者对涉及对象的功能、形状、结构、制造、装配、检验、管理与使用信息及其关系等具有确切的工程含义的深层次抽象的描述，是产品描述信息的集合[37][38]。不同的应用领域和不同的对象，特征的抽象和分类方法有所不同。在机械产品中，将构成零件的特征分为以下几大类：辅助特征、几何特征等。

(1)辅助特征

辅助特征是进行基于特征的零件实体建模设计的辅助工具，并不是所设计实体模型的组成部分。在实体建模时，如何恰当地使用辅助特征来顺利完成实体建模，具有很大的技巧性。在实体模型的特征创建完毕后，辅助特征可被隐藏或重新显示。辅助特征主要包括：工作平面、工作轴、工作点、构造特征和特征管理设计树。工作平面又称工作基准面，是辅助创建草图及其特征和执行特征操作终止的工作平面。是一个无限边界的平坦面，因实体建模的设计必须在某一平面上完成二维草图绘制后，进行特征操作。所以，工作平面主要作用是确定草图平面，同时也可以作为特征操作的终止参数平面和创建其他工作平面的中间媒体。

(2)几何特征

几何特征是构成零件实体模型的基本要素，是基于特征的实体建模的含义所在，是创建基体特征和进行细节特征操作的主要部分。根据创建方式不同，将几何特征分为草图特征和直接生成特征。草图特征是由二维轮廓线或横断面进行拉伸、旋转、扫描和放样形成的特征，因此草图特征又分为拉伸特征、旋转特征、扫描和放样特征。直接生成特征是直接参数地创建在实体模型上的特征，是系统或设计者已定义好的参数化特征，在建模时，只需进行特征定位和输入参数化尺寸值即可形成的特征。

阀块的特征可以知道，有最基本的基体特征，其余就是孔道及沉槽，整体设计特征如下图所示：

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图3.1 阀块特征设计树

3．2．2基于特征的SolidWorks API对象

在对SolidWorks进行二次开发时，首先要建立SolidWorks的连接，创建SolidWorks的应用对象：

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这两个函数创建了一个新的工作区，使能够进行建模和装配。

“选择”可以说是在使用SolidWorks时用得最多的一个命令，有很多命令在使用时都要选择操作对象，通过调用ModelDoc对象中的SelectBylD函数来实现：

ModelDoc．SelectBylD(objectName，objectType，x，y，z)

这个函数在应用时需要输入五个参数：objectName表示要选择对象的名称，该名称是SolidWorks在创建对象时按先后顺序自动命名的，如基准面l、基准面2、Arcl、Line3、D1@草图1@Partl．SLDPRT：objectType要输入对象的类型，如PLANE(面)、SKETCHSEGMENT(草图上的对象如直线、圆弧等)、DIMENSION(尺寸标注)；x，y，Z是平面上任一点的坐标值。

在所选平面上插入草图，调用ModelDoc中的InscrtSketch函数：

ModelDoc．InsertSketeh()

画直线调用ModelDoe对象中的CreateLine2函数：

ModelDoc．CreateLine2(xStart,yStart,zStart，xEnd，yEnd，zEnd)[ConstructionGeometry=True]

xStart、yStaa、zStart、rend、yEnd、zEnd分别是直线的起点和终点坐标；ConstruetionGeometry=True时表示画中心辅助线。

画矩形调用ModelDoc中的SketchRectangle函数：

Part．SketchRectangle(vall，val2，zl，val3，val4，z2，val5)

vail和val2分别是左上角的X值和Y值，val3和val4分别是右上角的X值和Y值，z1和z2分别是左上角和左下角的Z值。

画圆调用ModelDoc·对象中的Create Circle2函数：

ModeIDoc．CteateCirele2(xg，yc，zc，xp，yp，zp)

xc、yc、zc、xp、yp、zp分别是圆心和圆上一点的坐标值。

基本实体建模命令：

拉伸调用PanDoc中的FeatureExtrusion函数：

PartDoc．FeatureExtrusion(sd，flip，dir,tl，t2，dl，d2，dchkl，dchk2，ddirl，ddir2，dangl，dang2，offsetReverse1，ffsetReverse2)

sd为TRUE时表示单向拉伸为FALSE时双向拉伸，以0、l表示；dir为TRUE时表示正向拉伸。为真时有效；dir为TRUE时表示反向拉伸，为真时有效；tl、t2表示终止类型。可取下列值：0(给定深度)、1(贯穿)、2(为贯穿下一个)、3(成形到一顶点)、4(成形到一面)、5(到离指定面指定的距离)、6(两侧对称)；dl、d2表示拉伸的深度；ddirl、ddir2为TRUE时表示带拔模角拉伸；dangl、dan92为TRUE时表示向内拔模，为FALSE是向外拔模；offsetRe2verseI，offsetReverse2控制到离指定面指定的距离，在t1、t2为5时有效。其中d2、dchk2、ddir2、dang2、offsetReverse2在双向拉伸时有效。切除拉伸调用PartDoc中的FeatureCut函数：

Part．FeatureManager．FeatureCut(sd，flip，dir,tl，t2，dl，d2，dchkl，dchk2，ddirl，ddir2，dangl，dan92，off．Revea1，offsetReverse2；keeppieceindex，normalcut)

sd为TRUE时表示单向拉伸，为FALSE时双向拉伸，以0、1表示；flip为TRUE时表示切除轮廓外的材料；dir为TRUE时表示反向拉伸，为真时有效；t1、t2表示终止类型，可取下列值：0(给定深度)、l(贯穿)、2(为贯穿下一个)、3(成形到一顶点)、4(成形到一面)、5(到离指定面指定的距离)、6(两侧对称)；dl，d2表示切割的深度；ddirl、dd砬为TRUE时表示带拔模角拉伸；dangl、dan92为TRUE时表示向内拔模，为FALSE是向外拔模；offsetRe2versel，offsetReverse2控制到离指定面指定的距离，在tl、t2为5时有效。其中d2、dchk2、ddir2、dan92、offsetReverse2在双向拉伸时有效。NormalCut正常切除时为TRUE，否则为FALSE。

3．2．3基于阀块特征的参数化设计

基于特征参数化建模技术是将特征设计方法与参数化技术有机的结合起来，从而实现对多种设计方式(自顶而下或自底而上等)和设计形式(原始设计、相似设计和衍生设计等)的支持[39]。这种理念的提出，改变了传统CAD系统完全靠设计者指出零件几何图素的位置这一限制，将零件几何体的多个图素结合在一起，形成一个以特征为操作单位的新语义实体，这将包含比几何图素多得多的零件描述。

对于一个特征来说其构成的几何图索之间的拓扑关系是不变的，特征形状的变化只能通过给特征指定不同的参数值来实现[40]。对零件的修改就可转化为对构成零件特征参数的修改，使得用户不用直接参与修改零件几何图素位置关系的工作，大大方便了零件的设计与后期修改。

本设计主要采用特征参数化技术。系统首先对阀块进行特征分析，然后进行确定特征建立的次序，将特征归纳为参数的表达形式；最后利用Solidworks进行建模，在程序中进行参数设置，实现参数化驱动。

利用SolidWorks类型库的支持对该系统的模块进行二次开发。草图特征和螺纹孔定位销孔采用基于特征的全参数造型技术，用户可以方便地利用特征造型技术新建零件实体，也可通过SolidWorks系统所提供的特征树等功能对己有零件实体进行编辑和修改。采用VB开发参数化建模和造型实质上是在更深的层次中应用Sol(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/27/2008)


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