祝夢臣，汪洪峰，2

(1.安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南232001；2.黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山245041)

1 引 言

沖壓模具產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、日常用品等眾多領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)體系中占有舉足輕重的地位。換熱翅片級(jí)進(jìn)模作為一種“精密、復(fù)雜、長壽命”的連續(xù)沖壓模具，產(chǎn)品主要應(yīng)用于制冷散熱領(lǐng)域的諸多設(shè)備中，如空調(diào)、冰箱、船舶和汽車的熱交換器[1]。我國空調(diào)、冰箱、汽車的保有量及生產(chǎn)量均居世界前列，換熱翅片需求量巨大。傳統(tǒng)模具的二維設(shè)計(jì)效率低下，從設(shè)計(jì)到拆圖費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，為了加快模具生產(chǎn)周期和節(jié)約加工成本，設(shè)計(jì)人員往往大量使用標(biāo)準(zhǔn)件。市場上雖然存在很多含有標(biāo)準(zhǔn)件的插件，但是它們不具備針對(duì)性，模具設(shè)計(jì)人員甚至安裝數(shù)個(gè)插件也很難滿足標(biāo)準(zhǔn)件的全部調(diào)用，換熱翅片級(jí)進(jìn)模所用到的標(biāo)準(zhǔn)件包括各類廠家生產(chǎn)的緊固件、定位零件、軸系零件、卸料零件、氣動(dòng)零件和導(dǎo)向零件等。因此，企業(yè)有針對(duì)性地開發(fā)換熱翅片級(jí)進(jìn)模標(biāo)準(zhǔn)件庫和參數(shù)化裝配體具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

CAD是工程設(shè)計(jì)人員必不可少的設(shè)計(jì)工具，隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，面對(duì)專業(yè)建模人員的緊缺和軟件功能提升的需求[2]，二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)之而來。眾多學(xué)者對(duì)CAD二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，促進(jìn)了機(jī)械參數(shù)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的長足進(jìn)步。阮勤超等[3]基于SolidWorks 平臺(tái)，采用 VB 語言結(jié)合 Access 數(shù)據(jù)庫，通過配置技術(shù)和尺寸驅(qū)動(dòng)法，實(shí)現(xiàn)了斜楔機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模。朱增寶等[4]采用VB 語言以獨(dú)立運(yùn)行EXE軟件方式開發(fā)了集計(jì)算、強(qiáng)度校核和裝配為一體的行星齒輪系統(tǒng)。姚慧等[5]利用Visual C++開發(fā)出友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立。

二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，前人雖然開展了大量的研究，但對(duì)換熱翅片級(jí)進(jìn)模的二次開發(fā)卻鮮有報(bào)道。為此，本文選擇換熱翅片級(jí)進(jìn)模典型性的四步進(jìn)沖孔機(jī)構(gòu)進(jìn)行二次開發(fā)，以SolidWorks為平臺(tái)利用尺寸驅(qū)動(dòng)法，通過創(chuàng)建插件的形式實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件的快速建模調(diào)用和沖孔機(jī)構(gòu)裝配體的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)準(zhǔn)件庫的二次開發(fā)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)件庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)件庫時(shí)通過分析企業(yè)所需標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件模板精確建模，以保證驅(qū)動(dòng)參數(shù)時(shí)生成的新模型準(zhǔn)確可靠。標(biāo)準(zhǔn)件二次開發(fā)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)件庫二次開發(fā)結(jié)構(gòu)圖

標(biāo)準(zhǔn)件庫二次開發(fā)模塊包括二維結(jié)構(gòu)圖庫、人機(jī)交互界面、標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)件模板模型庫和參數(shù)化程序5個(gè)部分。將標(biāo)準(zhǔn)件的二維結(jié)構(gòu)圖插入到人機(jī)交互界面中，可以使其結(jié)構(gòu)簡單明了地呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前，方便設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)件模型的關(guān)鍵尺寸是與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的變量，從人機(jī)交互界面調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)件零件名稱和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)后，參數(shù)化程序?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)件模板關(guān)鍵尺寸，最終生成所需要的新模型。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)件人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

Visual Studio 以 VB.Net、C++、C#等為編程語言[6]，囊括了整個(gè)軟件生命周期所需的大部分工具，集成化的開發(fā)環(huán)境、敏捷開發(fā)項(xiàng)目模板和可視化編程方式使其成為最流行的Windows 開發(fā)平臺(tái)[7，8]。C#是一種運(yùn)行于.NET Framework 之上的面向?qū)ο蟮母呒?jí)程序語言[9]，它既有VB.Net 簡單易學(xué)的優(yōu)點(diǎn)又有C++強(qiáng)大的功能[6]，是.NET 開發(fā)的最佳語言之一。文中通過Visual Studio2013 建立C#的SwCSharpAddin 模板，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出友好的人機(jī)交互界面。限于篇幅，本文只展示部分標(biāo)準(zhǔn)件人機(jī)交互界面，內(nèi)六角螺釘和鋼制壓入式臺(tái)階式導(dǎo)套的人機(jī)交互界面如圖2、圖3所示。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件均為獨(dú)立的對(duì)話框窗體構(gòu)成，界面由圖像、超鏈接標(biāo)簽、組合框、文本框、標(biāo)簽和按鈕控件組成，簡潔直觀，使用方便。設(shè)計(jì)者通過組合框選擇數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)件零件名稱，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新并填充到文本框中。因此，人機(jī)交互界面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫和模板模型庫的連接起到至關(guān)重要的作用。

圖2 內(nèi)六角螺釘人機(jī)交互界面

圖3 鋼制壓入式臺(tái)階式導(dǎo)套人機(jī)交互界面

2.3 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫建立與連接

換熱翅片級(jí)進(jìn)模沖孔機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件種類較多，通過查閱國家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和供應(yīng)商零件圖庫，準(zhǔn)確詳細(xì)地對(duì)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。采用SQL Server2014 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，每一個(gè)零件數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表。

系統(tǒng)采用C#語言結(jié)合Visual Studio2013 實(shí)現(xiàn)了SQL Server 數(shù)據(jù)庫與SolidWorks 的連接。利用ADO.NET 訪問 SQL Server 數(shù)據(jù)庫[10]，通過 Connection 對(duì)象連接SQL Server 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，通過Com-mand對(duì)象來操作數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)適配器DataAdapter對(duì)象實(shí)現(xiàn)DataSet對(duì)象存取數(shù)據(jù)。

2.4 尺寸驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)件

啟動(dòng)程序獲取由SQL Server 建立的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫中零件名稱和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，調(diào)用Directory：：Exists(string path)判斷新模型保存路徑文件夾是否存在，如果不存在則利用 Directory：：CreateDirectory(string path)新建保存路徑文件夾；然后通過 File：：Exists(string path)判斷新零件名稱是否已經(jīng)在保存路徑文件夾下，若存在則利用 File：：Delete(string path)刪除；再將標(biāo)準(zhǔn)件庫中的模型利用File：：Copy(string sourceFileName, string destFileName, bool overwrite)以新零件名稱復(fù)制到指定保存路徑文件夾下，最后調(diào)用ModelDoc2：：Parameter()獲取和修改標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸，生成新模型。

3 沖孔機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

3.1 沖孔機(jī)構(gòu)方程式的約束

在裝配體的設(shè)計(jì)過程中，方程式約束可以達(dá)到尺寸關(guān)聯(lián)的目的。用添加方程式的方式來體現(xiàn)沖孔機(jī)構(gòu)步距、列距和列數(shù)為全局變量參數(shù)下的關(guān)聯(lián)尺寸，可以減少交互界面數(shù)據(jù)輸入工作。如圖4 為沖孔機(jī)構(gòu)示意圖，其主體為墊板、凸模固定板、凹模套固定板、卸料板、壓板和凹模固定板，建模時(shí)對(duì)主體零件和裝配體添加方程式，通過裝配體中的全局變量關(guān)聯(lián)主體零件的方程式，達(dá)到尺寸聯(lián)動(dòng)效果。但過多的添加方程式會(huì)使得手動(dòng)修改尺寸較為麻煩，因此通過參數(shù)化程序計(jì)算并賦值尺寸和添加方程式結(jié)合可使二次開發(fā)高效、實(shí)用。

圖4 沖孔機(jī)構(gòu)示意圖

3.2 沖孔機(jī)構(gòu)參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 所示為沖孔機(jī)構(gòu)裝配體參數(shù)化結(jié)構(gòu)圖，裝配體參數(shù)化模塊由零件二維結(jié)構(gòu)圖庫、人機(jī)交互界面、替換零件庫、裝配體模板、工程圖模板和參數(shù)化程序組成。裝配體模板中的標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件并非固定不變的，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行替換和修改。當(dāng)設(shè)計(jì)人員通過人機(jī)交互界面選擇需要的標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)和輸入合適的參數(shù)時(shí)，參數(shù)化程序會(huì)替換標(biāo)準(zhǔn)件、打包裝配體、遍歷裝配體和修改零件尺寸，最終達(dá)到生成所需裝配體的目的。

圖5 沖孔機(jī)構(gòu)裝配體參數(shù)化結(jié)構(gòu)圖

3.3 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

沖孔機(jī)構(gòu)人機(jī)交互界面如圖6 所示，為獨(dú)立窗口，由圖像、組合框、文本框、標(biāo)簽、超鏈接標(biāo)簽、按鈕和分組框控件組成。導(dǎo)套、導(dǎo)柱、滾珠架和彈簧的型號(hào)以及內(nèi)六角螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)、間距由組合框下拉選擇；分組框控件分別將沖孔凹模、沖孔翻邊凹模套、沖孔凸模、導(dǎo)正凸模、導(dǎo)正凹模套和制件分割成可供單獨(dú)識(shí)別的部分，便于區(qū)分。翅片制件的雙眼皮高度、雙眼皮直徑、翻邊孔直徑、最大翻邊高度和最大料厚與分組框內(nèi)各零件的部分尺寸有關(guān)聯(lián)，通過按鈕控件“計(jì)算”體現(xiàn)相關(guān)尺寸，可以避免人工計(jì)算帶來的失誤和節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間。在人機(jī)交互界面開發(fā)了二維結(jié)構(gòu)圖，以方便準(zhǔn)確識(shí)別、填寫分組框內(nèi)各個(gè)零件的尺寸信息。在打包裝配體時(shí)添加前綴、后綴對(duì)零件和裝配體更改名稱，避免與裝配體模板及零件重名。設(shè)計(jì)人員通過修改文本框中的數(shù)據(jù)和選擇組合框中的型號(hào)就能實(shí)現(xiàn)沖孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3.4 沖孔機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

AssemblyDoc 對(duì)象提供操作裝配體的方法，參數(shù)化驅(qū)動(dòng)裝配體可以通過ModelDoc2 得到AssemblyDoc 對(duì)象。沖孔機(jī)構(gòu)三維模型如圖7 所示，其參數(shù)化過程分為以下步驟。

1.在按鈕控件“計(jì)算”下，對(duì)于有“雙眼皮”結(jié)構(gòu)的翅片制件寫出雙眼皮高度、雙眼皮直徑、翻邊孔直徑、最大翻邊高度和最大料厚與各零件尺寸的計(jì)算關(guān)系。無“雙眼皮”結(jié)構(gòu)的制件不影響分組框內(nèi)零件驅(qū)動(dòng)模具中對(duì)應(yīng)孔尺寸。

圖6 沖孔機(jī)構(gòu)人機(jī)交互界面

圖7 沖孔機(jī)構(gòu)三維模型

2.不同列距、步距和列數(shù)下沖孔機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件的型號(hào)和數(shù)量往往有所差異，調(diào)用AssemblyDoc：：ReplaceComponents()選擇對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件替換掉現(xiàn)有裝配體中的標(biāo)準(zhǔn)件，調(diào)用 ModelDoc2：：EditDelete()刪除多余的零件和裝配體特征。

3.調(diào) 用 SwAddin：：PackAndGo(ModelDoc2 swDoc,string sPackPath, string sPrefix, string sSuffix)打包裝配體、零件和工程圖模板至指定位置。在打包時(shí)程序讀取到人機(jī)交互界面輸入的前綴、后綴，自動(dòng)添加到零件和裝配體的名稱中，避免了更改名稱的問題。參數(shù)化完成后打開工程圖會(huì)自動(dòng)更換新結(jié)構(gòu)尺寸，減少了出圖工作量。

4.調(diào) 用 EquationMgr：：Equation(int Index, string Equation)獲取與修改相應(yīng)索引位置的方程式。沖孔機(jī)構(gòu)裝配體中存在“沖孔列距”、“沖孔步距”和“沖孔列數(shù)”3個(gè)方程式全局變量，并對(duì)應(yīng)人機(jī)交互界面3 個(gè)文本控件，通過人機(jī)交互界面直接修改方程式全局變量，方便操作。

5.遍歷沖孔機(jī)構(gòu)裝配體，獲取子裝配體和每一個(gè)零件的名稱。調(diào)用AssemblyDoc：：GetComponents(bool ToLevelOnly)獲得當(dāng)前配置中的所有部件對(duì)象，通過 Componet2：：GetModelDoc2()獲得該部件的文檔對(duì)象，再由 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)從路徑字符串中得到零件名稱。

6.調(diào) 用 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)得到需要修改尺寸的零件名稱，再用ModelDoc2：：Parameter()方法獲取或修改相關(guān)零件的尺寸。

4 結(jié) 論

本文采用C#語言在Visual Studio2013 環(huán)境下結(jié)合SQL Server2014 數(shù)據(jù)庫，通過創(chuàng)建插件的形式開發(fā)了換熱翅片級(jí)進(jìn)模沖孔機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)。

1.通 過 ADO.NET 結(jié) 合 Visual Studio 實(shí) 現(xiàn) 了SolidWorks 與SQL Server 數(shù)據(jù)庫的連接，完成了標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)，設(shè)計(jì)者通過人機(jī)交互界面選擇標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)即可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件快速調(diào)用。

2.建模時(shí)對(duì)主體零件和裝配體添加方程式，通過裝配體的全局變量關(guān)聯(lián)主體零件的方程式，達(dá)到尺寸聯(lián)動(dòng)效果。利用ModelDoc2 下AssemblyDoc 對(duì)象提供的操作裝配體的方法完成了沖孔機(jī)構(gòu)裝配體的參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化后打開零件工程圖會(huì)自動(dòng)更換新結(jié)構(gòu)尺寸，減少了出圖工作量。

3.在人機(jī)交互界面開發(fā)出計(jì)算功能，解決了設(shè)計(jì)和計(jì)算相互脫節(jié)問題，計(jì)算結(jié)果通過程序直接賦值并驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的零部件尺寸，減少了設(shè)計(jì)人員單獨(dú)計(jì)算出錯(cuò)的概率。

4.本文所述方法具有參考性，對(duì)其他機(jī)械產(chǎn)品的二次開發(fā)具有借鑒意義。