王康康 張琳娜 趙鳳霞 金相杰

(鄭州大學機械工程學院,河南鄭州 450001)

新一代產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范GPS是ISO/TC213針對產(chǎn)品的設(shè)計與制造而規(guī)定的一系列宏觀和微觀的幾何技術(shù)規(guī)范。在新一代GPS規(guī)范中,形位公差的確定作為產(chǎn)品設(shè)計階段的重要環(huán)節(jié)之一,反映了設(shè)計人員的設(shè)計思想,同時也涉及到了加工、檢測的需要。

新一代GPS及制造業(yè)信息化的發(fā)展,要求實現(xiàn)精度信息在產(chǎn)品整個生命周期中的傳遞、共享與集成控制;而實現(xiàn)精度信息集成控制的基礎(chǔ)是實現(xiàn)精度信息描述的數(shù)字化。目前,雖然CAD/CAM的發(fā)展取得了重大突破,但精度設(shè)計的發(fā)展相對滯后,現(xiàn)有CAD造型系統(tǒng)大多缺少精度信息處理模塊或不能完善處理精度信息,設(shè)計者往往通過手工操作將精度信息作為靜態(tài)文本加入到實體模型中,沒有合理的解釋和工程語義。此外,手工查表進行公差確定、分析與綜合,也阻礙了設(shè)計和生產(chǎn)過程的自動化。因此,實現(xiàn)零件精度信息的自動設(shè)計及標注是解決CAD/CAPP/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)。而隨著CAD/CAPP/CAM技術(shù)向集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和并行工程的方向發(fā)展,在CAD平臺上開發(fā)基于GPS的精度設(shè)計模塊將具有非常重要的實際意義。

1 開發(fā)平臺及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 開發(fā)平臺及工具

SolidWorks是一款基于 Windows的 CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),是在Windows環(huán)境下實現(xiàn)的第一個機械三維CAD軟件,它為用戶提供產(chǎn)品級的自動設(shè)計工具,并可以最大限度地滿足設(shè)計者的設(shè)計意圖,并且操作簡單,功能強大,這些特點使它日漸成為目前微機平臺上的主流三維設(shè)計軟件。因此,此處將采用SolidWorks作為二次開發(fā)的平臺。

但從目前已發(fā)行的SolidWorks最新版本來看,還未見符合新一代GPS標準適用于計算機輔助檢測的獨立模塊,更沒有實現(xiàn)新一代GPS標準下,精度特征中極限與配合、形位公差以及粗糙度等的自行設(shè)計。設(shè)計人員需要考慮各種條件后一一查詢手冊來完成設(shè)計,然后再進行標注,這就降低了設(shè)計人員的工作效率,增加了勞動強度,并且容易造成設(shè)計結(jié)果的隨意性。因此,基于新一代GPS體系,在SolidWorks平臺上進行精度設(shè)計的二次開發(fā),以實現(xiàn)公差的自動設(shè)計與標注具有很重要的實際意義。本文正是基于這一出發(fā)點,在SolidWorks中開發(fā)精度設(shè)計模塊,實現(xiàn)尺寸精度及配合的自動設(shè)計,從而有效地提升SolidWorks在尺寸精度設(shè)計方面的功能。

1.2 開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù)

為了方便用戶開發(fā)符合自身要求的專用工具和具體功能,SolidWorks提供了大量的 API(Application Program Interface,應用程序接口)函數(shù)用于二次開發(fā),這些 API函數(shù)是 SolidWorks的 OLE(Object Linking and Embedding,對象的嵌入與鏈接)或COM(Component Object Model,組件對象模型)接口,使用戶能夠通過高級語言編程直接訪問SolidWorks,并可以使用多種高級語言對其進行二次開發(fā),如VBA、VB、VC、Delphi等。本課題選擇VB作為開發(fā)工具。

SolidWorks API接口采用面向?qū)ο蟮姆椒?所有的函數(shù)都是有關(guān)對象的方法或?qū)傩?。API及其有關(guān)文檔都包括在SolidWorks軟件中,任何用戶都可以對Solidworks進行二次開發(fā)。SolidWorks API的兩種接口函數(shù)中,基于OLE自動化控制的,只能開發(fā)TXT形式的程序,可以在程序中調(diào)用SolidWorks;而基于COM技術(shù)的,可以使用最多的SolidWorks API,并可以控制SolidWorks的運行方式,生成*.dll格式的文件,得到SolidWorks的插件,實現(xiàn)與SolidWorks平臺的無縫連接。本文所設(shè)計的精度設(shè)計模塊是SolidWorks在工作過程中可以隨時調(diào)用的功能模塊,所以選擇基于COM技術(shù)的方法來實現(xiàn)。

2 精度設(shè)計模塊開發(fā)

精度設(shè)計模塊的開發(fā)主要包括:與ACCESS公差信息數(shù)據(jù)庫的通訊,與SolidWorks無縫連接的基于COM技術(shù)的*.dll插件程序的開發(fā),精度設(shè)計模塊主程序開發(fā)等三個部分。這里擬采用的技術(shù)方案是:首先利用ACCESS構(gòu)造出基于現(xiàn)代GPS理論的公差信息數(shù)據(jù)庫,然后利用SolidWorks API函數(shù)來完成和SolidWorks直接通訊的DLL插件程序的開發(fā),再用VB創(chuàng)建 ActiveX DLL文件,即精度設(shè)計菜單,集成到SolidWorks環(huán)境中,直接在SolidWorks中運行,從而方便設(shè)計人員的設(shè)計和操作。

2.1 DLL插件程序的開發(fā)

要實現(xiàn)精度設(shè)計模塊與SolidWorks的無縫連接,首先必須利用SolidWorks API函數(shù)來完成和 Solid-Works直接通訊的DLL插件程序的開發(fā),實際上就是生成一個DLL文件。具體操作步驟如下:

首先,利用VB創(chuàng)建ActiveX DLL文件,即要生成的SolidWorks的插件文件,再利用VB的編程能力創(chuàng)建出自定義的SolidWorks菜單,即精度設(shè)計模塊菜單,集成到SolidWorks環(huán)境中。在用VB程序生成DLL的過程中,必須定義DLL文件與SolidWorks連接的接口。

實現(xiàn)這部分功能的核心程序段為:

程序編寫完成后,點擊菜單【文件】【生成jdsj.dll】,得到 DLL文件,然后運行 SolidWorks,點擊【打開】,找到之前編寫的*.dll文件,運行。這樣編寫的菜單就作為插件加入到了SolidWorks環(huán)境中。加載精度設(shè)計模塊菜單后的SolidWorks主窗口如圖1所示。

2.2 模塊開發(fā)的主程序

此處主要是研究精度設(shè)計中尺寸精度及配合的設(shè)計。主要是利用VB開發(fā)的程序,通過對精度信息數(shù)據(jù)庫的讀取,來輔助設(shè)計工作,從而避免了手工查詢,同時可以通過API將設(shè)計結(jié)果直接在SolidWorks的三維實體上進行標注,減少了設(shè)計的隨意性,并有效的提高了設(shè)計效率。

由于尺寸精度的設(shè)計直接關(guān)系到零件使用性能和加工的難易程度,因此在具體設(shè)計時,應首先考慮使用要求的保證,其次應聯(lián)系工藝、配合及有關(guān)典型零部件精度匹配的特點,參考應用實例,進行尺寸精度的選取及設(shè)計。

下面簡單介紹一下編寫程序的主要過程:首先利用VB窗體設(shè)計器設(shè)計出符合設(shè)計人員工作習慣,且操作簡便的主窗口,如圖2。根據(jù)所設(shè)計零件的使用性能要求,可分為塊規(guī)尺寸、量規(guī)尺寸、配合尺寸、精密零件的配合尺寸、非配合尺寸以及原材料尺寸等六種尺寸類型。國家標準規(guī)定了每一種尺寸類型的公差等級的大致應用范圍。在圖2中,點擊每一個選項按鈕,將會在下面的文本框中顯示相應的公差等級及其應用范圍,選中任一選項,按下“繼續(xù)”按鈕,就會得到公差等級的最終設(shè)計結(jié)果,同時可得到推薦使用的加工方法。

當尺寸為配合尺寸時,尺寸精度的設(shè)計還應該綜合考慮配合及典型零(部)件的精度匹配。由于孔、軸的公差等級直接影響配合的精度,所以配合要求中必然包含有對孔、軸公差的要求。如:對過渡配合或過盈配合,一般要求配合的穩(wěn)定性較高,即不允許其間隙或過盈的變動量太大,否則滿足不了定心或傳力的要求,因此,應選較高的公差等級(如:過渡配合應在8級或以上,過盈配合應在7級或以上)。而對間隙配合,允許有間隙變動較大的情況時,一般情況下,間隙小,其公差等級應選高一些(如H6/g5);間隙大,其公差等級應低一些(如H10、a10)。同時,由于配合尺寸精度設(shè)計還要考慮配合類型的選用等要求,所以比其他幾種尺寸類型設(shè)計要復雜一些。界面如圖3所示:用戶選擇相應的設(shè)計表面和配合表面,由具體工作要求得到相應的配合類型,再選擇具體的使用要求,即可得到最終的設(shè)計結(jié)果——推薦的公差等級及可選用的加工方法,如圖4所示。然后再在圖5的公差帶中,點選已得到的公差等級,由基本尺寸即可得到公差值以及上下偏差,進而完成標注,標注的結(jié)果如圖6所示。

3 結(jié)語

本文以新一代GPS為理論基礎(chǔ),以VB為開發(fā)工具,對SolidWorks進行精度設(shè)計模塊的二次開發(fā),主要是尺寸精度及配合的設(shè)計,不但解決了CAD系統(tǒng)中公差與配合設(shè)計需要人工查詢手冊的問題,同時避免了設(shè)計的隨意性,實現(xiàn)了尺寸精度查詢和設(shè)計的自動化和智能化,并且提高了設(shè)計與繪圖的效率和質(zhì)量,提升了軟件性能,擴展了SolidWorks的應用功能,有利于進一步發(fā)揮CAD的優(yōu)越性,從而真正實現(xiàn)CAD與后續(xù)的CAPP/CAM的集成。

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