基于SolidWorks的組合夾具構(gòu)件自動(dòng)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(dòng)建模方法

Solidworks是美國三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Solidworks公司設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)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(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果,系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地自動(dòng)生成所需模型的過程。目前設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)組合夾具時(shí),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(jì)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(shí)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(jì)經(jīng)驗(yàn),研究如何將組合夾具中的典型功能結(jié)構(gòu)作為一個(gè)功能構(gòu)件存儲下來,實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)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(shí)現(xiàn)組合夾具構(gòu)件的自動(dòng)化建模,完成組合夾具構(gòu)件建庫。

1 組合夾具元件自動(dòng)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(dòng)建模方法。對于基于幾何特征的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。如建立一個(gè)六角頭螺栓的模型,錄制其造型過程,建立一個(gè)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化造型。這種方法的缺點(diǎn)是使零件模型與語言程序混在一起,不能實(shí)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(dòng)技術(shù)。利用尺寸驅(qū)動(dòng)原理,從外部編程角度操作Solidworks對象,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模,其基本原理見圖1。尺寸驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)變量的值時(shí),就可生成相應(yīng)參數(shù)化的零件,這種技術(shù)實(shí)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(shí)用性和有效性的角度考慮,針對組合夾具元件特點(diǎn),本文采用第二種技術(shù)。

圖1 組合夾具元件尺寸驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)建模。當(dāng)給定一個(gè)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(gè)元件之間驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)參數(shù)視圖。用編程語言可以調(diào)用Solidworks API來讀取各個(gè)零件和它們對應(yīng)的尺寸驅(qū)動(dòng)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(dòng)建模目的,自動(dòng)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(shí)體。這種幾何實(shí)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí),利用Solidworks設(shè)定方程式對話框設(shè)定的。一般一個(gè)裝配文件中含有多個(gè)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(gè)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?yàn)闃?gòu)件定義要求各個(gè)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(dòng)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(dòng)參數(shù)視圖。

以圖2中的表為例,假設(shè)構(gòu)件中只有兩個(gè)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(dòng)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(gè)方程式都進(jìn)行上述的語義分析,得出每一個(gè)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(gè)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(dòng)

從圖2中我們還可以看到,構(gòu)件的參數(shù)驅(qū)動(dòng)過程實(shí)際上是所包含全部元件的參數(shù)驅(qū)動(dòng),但是要完成元件的參數(shù)驅(qū)動(dòng),必須從構(gòu)件中獲取每個(gè)元件操作的指針和需要的驅(qū)動(dòng)參數(shù)視圖中的數(shù)據(jù),再根據(jù)元件的自動(dòng)建模方法,完成構(gòu)件中各個(gè)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(dòng)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(shí)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(jì)要求,避免了重復(fù)構(gòu)件的設(shè)計(jì),提高了組合夾具設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)建模的原理和關(guān)鍵技術(shù),最后通過一個(gè)實(shí)際例子,開發(fā)了組合夾具構(gòu)件庫系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)方面做出了有益的嘗試。

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