基于SolidWorks的組合夾具構(gòu)件自動建模方法

2013-06-27 by:廣州Solidworks培訓(xùn)中心來源:仿真在線

基于SolidWorks的組合夾具構(gòu)件自動建模方法

Solidworks是美國三維機(jī)械設(shè)計軟件Solidworks公司設(shè)計的,其功能強(qiáng)大,簡單易用,是新一代以創(chuàng)新著稱的人性化的CAD/CAM系統(tǒng)。它在企業(yè)的信息化建設(shè)領(lǐng)域提供了完整、實用的解決方案,已廣泛應(yīng)用于航空、航天、鐵道、兵器、電子和機(jī)械等領(lǐng)域。

自動建模是指針對于特定的產(chǎn)品,根據(jù)用戶輸入的參數(shù)或者根據(jù)運(yùn)用CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果,系統(tǒng)可以動態(tài)地自動生成所需模型的過程。目前設(shè)計人員在設(shè)計組合夾具時,用到的元件絕大部分是組合夾具廠商提供的,雖然目前大多數(shù)CAD軟件都提供部分標(biāo)準(zhǔn)件庫供設(shè)計人員重復(fù)利用,但是其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足組合夾具行業(yè)的需求,尤其是對構(gòu)件的實際需求。組合夾具主要面向單件小批量生產(chǎn),許多具有典型功能結(jié)構(gòu)的夾具隨著產(chǎn)品的加工結(jié)束,也就消亡了。為了充分利用已有的設(shè)計經(jīng)驗,研究如何將組合夾具中的典型功能結(jié)構(gòu)作為一個功能構(gòu)件存儲下來,實現(xiàn)其自動建模,就很有意義。本文通過研究SolidWorks API(Application Programming Interface),利用Vc++對其進(jìn)行編程,較為方便地實現(xiàn)組合夾具構(gòu)件的自動化建模,完成組合夾具構(gòu)件建庫。

1 組合夾具元件自動建模的方法

組合夾具構(gòu)件庫建立的基礎(chǔ)是組合夾具元件庫,因此首先介紹組合夾具元件的自動建模方法。對于基于幾何特征的自動建模,SolidWorks為用戶提供了下述兩種開發(fā)方法:

(1)宏技術(shù)。利用宏,從內(nèi)部編程角度操作solidworks對象,然后利用語言編程實現(xiàn)自動建模。如建立一個六角頭螺栓的模型,錄制其造型過程,建立一個宏文件;然后用變量代替宏文件中的關(guān)鍵數(shù)據(jù),而這些變量的數(shù)據(jù)來源為螺栓數(shù)據(jù)庫下的某種螺栓類型數(shù)據(jù)表,這樣就可以利用語言編程方便地實現(xiàn)自動化造型。這種方法的缺點是使零件模型與語言程序混在一起,不能實現(xiàn)用戶自己添加元件,建庫柔性差,對元件庫進(jìn)行維護(hù)的人員要求較高。

(2)尺寸驅(qū)動技術(shù)。利用尺寸驅(qū)動原理,從外部編程角度操作Solidworks對象,實現(xiàn)自動建模,其基本原理見圖1。尺寸驅(qū)動是指在零件幾何特征不變的約束下,把零件的尺寸參數(shù)作為尺寸驅(qū)動變量,并在模板中定義變量間的約束關(guān)系,當(dāng)給定尺寸驅(qū)動變量的值時,就可生成相應(yīng)參數(shù)化的零件,這種技術(shù)實現(xiàn)了零件模型與語言程序的有效分離,使它們之間的耦合性變小,便于用戶自己添加元件,建庫方便,柔性高,對維護(hù)人員要求不高,從實用性和有效性的角度考慮,針對組合夾具元件特點,本文采用第二種技術(shù)。

圖1 組合夾具元件尺寸驅(qū)動原理圖

2 組合夾具構(gòu)件建模的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 組合夾具構(gòu)件的自動建模原理

組合夾具構(gòu)件是指由一定尺寸約束關(guān)系的各個組合夾具元件組裝而成的,具有一定功能的裝配體。組合夾具構(gòu)件建模是建立在組合夾具元件模型基礎(chǔ)上的,主要利用所包含的組合夾具元件自動建模原理和元件之間的相互尺寸參數(shù)約束方程,來完成構(gòu)件自動建模。當(dāng)給定一個組合夾具構(gòu)件模型,必須定義它的約束方程,否則,就會造成構(gòu)件中每個元件之間驅(qū)動尺寸參數(shù)沒有規(guī)則約束,構(gòu)件中元件的類型參數(shù)匹配就會變得龐大,而且很多參數(shù)類型根本不能生成合理的構(gòu)件圖,成為參數(shù)冗余。相反,約束方程定義越準(zhǔn)確越完備,構(gòu)件中參數(shù)類型匹配結(jié)果就越準(zhǔn)確。然后,通過提取定義的完備約束方程式和分析方程式,從組合夾具元件尺寸數(shù)據(jù)庫中就可以自動查找符合約束方程的尺寸參數(shù)規(guī)格形成構(gòu)件驅(qū)動參數(shù)視圖。用編程語言可以調(diào)用Solidworks API來讀取各個零件和它們對應(yīng)的尺寸驅(qū)動參數(shù),利用元件參數(shù)化的方法,就可達(dá)到組合夾具構(gòu)件自動建模目的,自動建模的原理見圖2。

2.2 構(gòu)件模板建立

構(gòu)件模板建立是構(gòu)件參數(shù)化的基礎(chǔ),所謂模板是指具有某些屬性的、參數(shù)化的、大小可變的三維幾何實體。這種幾何實體在相關(guān)研究中被稱之為“啞圖”或者“母板”,組合夾具元件庫中的每個元件都是模板文件,它們都是可參數(shù)化的,由模板、屬性、數(shù)據(jù)和規(guī)則組成。因此,構(gòu)件模板建立最簡單的方式就是利用元件模板建立,構(gòu)件中各個元件之間要設(shè)定出尺寸約束方程式,這些尺寸約束方程式表達(dá)了各元件之間的相互約束關(guān)系,是構(gòu)件參數(shù)化的基礎(chǔ)。各元件之間的尺寸約束方程式可在Solidworks中工具菜單下的方程式子菜單中設(shè)置完成。

圖2 組合夾具構(gòu)件自動建模原理圖

2.3 提取約束方程式

從圖2可以看出從構(gòu)件模板圖形文件中讀取和分析約束方程式是構(gòu)件自動建模的關(guān)鍵。裝配約束方程式存儲在構(gòu)件模板文件中,是在繪制構(gòu)件模板時,利用Solidworks設(shè)定方程式對話框設(shè)定的。一般一個裝配文件中含有多個裝配約束方程式。Solidworks中裝配約束方程式的一般形式為“l(fā)@草圖@part1-1”=3*l@草圖@part2-1”。我們可以利用Solidworks API將約束方程式從構(gòu)件的裝配圖中提取出來,其核心代碼如下:

通過上述代碼,就可以得到構(gòu)件的每一個尺寸約束方程式字符串equation,方便以后的處理。

2.4 約束方程式分析

因為構(gòu)件定義要求各個元件之間要有一定的尺寸約束關(guān)系,所以組成構(gòu)件的所有元件都存在于約束方程式中。假設(shè)模板中所建的方程式是完備的,我們就可以用約束方程式作為約束條件,分析所有的尺寸約束方程,得到所有元件尺寸參數(shù)之間的關(guān)系。利用這些關(guān)系,在所建的元件驅(qū)動參數(shù)表中,查詢到滿足所有約束條件的所有元件參數(shù)匹配視圖,以此作為構(gòu)件驅(qū)動參數(shù)視圖。

以圖2中的表為例,假設(shè)構(gòu)件中只有兩個元件part1和part2,約束方程為“l(fā)@草圖@part1-1”=“l(fā)@草圖@part2-1”,則從此約束方程式中,分析可以得到查詢條件part1視圖中的l@草圖=part2視圖中的l@草圖,從而得到驅(qū)動參數(shù)視圖。這是最簡單的情況,如果構(gòu)件中約束方程式較多,則須對每一個方程式都進(jìn)行上述的語義分析,得出每一個查詢條件。最終綜合所有的查詢條件,從數(shù)據(jù)庫表中得到一個滿足所有查詢條件的型號參數(shù)匹配視圖。

2.5 參數(shù)驅(qū)動

從圖2中我們還可以看到,構(gòu)件的參數(shù)驅(qū)動過程實際上是所包含全部元件的參數(shù)驅(qū)動,但是要完成元件的參數(shù)驅(qū)動,必須從構(gòu)件中獲取每個元件操作的指針和需要的驅(qū)動參數(shù)視圖中的數(shù)據(jù),再根據(jù)元件的自動建模方法,完成構(gòu)件中各個元件相應(yīng)的參數(shù)化,最后構(gòu)件整體重新建模,完成構(gòu)件的自動建模。其中組合夾具元件參數(shù)化的核心代碼如下:

3 運(yùn)行實例

通過以上分析及建模,目前組合夾具構(gòu)件庫已經(jīng)開發(fā)成功,可以滿足組合夾具人員進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計要求,避免了重復(fù)構(gòu)件的設(shè)計,提高了組合夾具設(shè)計的效率。用戶界面如圖3所示。

圖3 組合夾具構(gòu)件用戶界面

4 結(jié)語

SolidWorks不僅是一個優(yōu)秀的、廣泛應(yīng)用的通用三維CAD軟件平臺,而且還為用戶提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)包SolidWorks API,極大地方便了用戶的開發(fā)和應(yīng)用。本文中詳細(xì)介紹了通過Solidworks API進(jìn)行組合夾具構(gòu)件庫自動建模的原理和關(guān)鍵技術(shù),最后通過一個實際例子,開發(fā)了組合夾具構(gòu)件庫系統(tǒng),在實現(xiàn)計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)方面做出了有益的嘗試。

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