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基于SolidWorks平台的轴类零件三维造型工具的开发 |
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作者：董星涛 洪亮亮 |
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SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件，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。SolidWorks是一个非常开放的系统，提供了VB，VC++和其他支持OLE的开发语言接口。提供给用户必要的工具(宏语言、库函数等)以开发个性化的应用模块，并且易于将它集成到系统中去。用VB或VC++调用SolidWorks的API函数，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。
本研究采用VB编程语言对SolidWorks进行二次开发，与其它开发语言相比，Visual Basic语言规则简单，容易上手，功能强大，同时SolidWorks提供的宏录制功能为VBA环境，与Visual Basic语法规则完全一致。
1 SolidWorks二次开发功能与参数化造型
SolidWorks的二次开发功能是针对VB和VC++程序设计语言，它为VB和VC++提供了很多与SolidWorks接口的对象、集合，如Body对象、Dimension对象、SolidWorks对象、Part对象、Face对象、Feature对象等。VB通过这些对象可以访问SolidWorks环境中所建实体的各种参数，包括各种尺寸，各实体表面、实体边界、实体特征等，甚至可以创建、复制、修改实体特征，在SolidWorks环境中能够执行的操作，都可以通过SolidWorks提供的API(应用程序接口)中的功能来实现。
参数化造型方法是CAD技术中较为先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。为各零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑基础上建立各零件要素之间的相互关系。随着计算机硬件和CAD技术的不断发展，三维CAD系统正逐渐得到重视和普及。三维造型技术一般有线框造型、曲面造型和实体造型，而特征造型是基于这3种技术之上的、以特征为基础的造型方法。与传统的布尔运算操作相比较，基于特征的造型技术更加简单、易于操作和理解。
2 三维拼装式参数化设计
由于轴类零件的应用非常广泛，而且种类繁多，结构复杂，因此很难用一种典型的结构来完全概括。但是不管结构如何，任何一根轴类零件都是由若干个常用的基本图形元素(即轴元)所组成。将这些轴元定义为特征，又可以划分为主特征和辅特征。主特征用于构造轴类零件的基本形状结构(如圆柱和圆锥)，可以单独存在。辅特征用于对主特征或辅特征进行局部修饰(如倒角、键槽、退刀槽和中心孔等)，反映了轴类零件几何形状的细微结构。它依附在主特征或另一辅特征之上，不能单独存在。一般轴的结构如图1所示，轴主要由轴颈、轴头、轴身3部分组成。轴上被支承部分叫做轴颈；安装轮毂部分叫做轴头；连接轴颈和轴头的部分叫轴身。
图1 轴的结构组成
轴的几个主要分解特征有圆柱体、倒角、键槽、退刀槽、砂轮越程槽等等，只要将这些分解特征的开发完成后，那么整个轴的建模就水到渠成了。
在设计轴类零件时，以Visual Basic的窗体作为程序的人机交互界面和主控界面，通过这些界面输入尺寸参数，将这些参数通过SolidWorks的二次开发功能变成SolidWorks的实体尺寸。根据各个轴段的主辅特征，按照先后顺序绘制出各个基本轴段，直到完成整个轴的建模。这实际上是采用了人机交互参数化中的基于构造过程法，它是参数化设计方法中的主要方法之一。采用基于构造过程法的优点是：
①可以灵活自由地构建出结构不同的轴类零件；
②轴段数不受限制(理论上可以无数段)；
③可以简化各个基本轴段的绘制工作量；
④降低编程难度。
3 参数化设计程序的开发
在VB6.0开发SolidWorks时，一般是利用宏录制命令在SolidWorks环境中录制SolidWorks的相关操作来获得程序头部和应用程序的代码，并将代码经过适当的修改后放到VB中使用H剖。下面以参数化绘制一般轴的实例来说明如何利用VB对SolidWorks进行二次开发。
本研究的开发思想是，将轴分成一个一个轴段来建模，这样无论什么样的轴段，都可以通过这个方法来进行建模。用户在新建轴段时选择好草图基准面，即下一轴段的起始端。总流程图如图2所示。
3.1 参数化绘制轴的一些关键代码
(1)轴段建模代码如下：
(2)键槽建模代码如下：
(3)退刀槽或砂轮越程槽建模代码如下：
3.2 二次开发的用户界面
按照该方法的特点，可以设计适合的界面。首先出现的初始界面简单明了。
4 结束语
本研究通过对SolidWorks二次开发及三维拼装式参数化设计的研究，得出了基于SolidWorks平台，利用VB对轴类零件进行三维拼装式的参数化设计开发。
研究结果表明该研究能方便快捷地对轴类零件进行三维建模，不但减轻设计者的劳动强度，提高设计的效率和质量，并且该系统的研发为其他机械零件的开发提供了很好的参考。
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(4/7/2012) |
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