基于Solid Works的標準件庫參數化建模系統開發

陳圣明

（廣東工業大學 機電工程學院，廣東 廣州 510006）

0 引言

任何一個CAD系統都不可能完全符合用戶的需求，因此工程師有必要對其進行專業化和本地化的二次開發，使CAD系統能更好地符合國標、行標和企標[1]。標準件庫的參數化自動建模系統是CAD系統二次開發的典型應用，任何一個機械產品都需要許多諸如螺栓、螺釘、軸承之類的通用標準件，因此可以基于企業所用的CAD系統，對這些標準件進行參數化二次開發，建立其自動建模系統以減少重復勞動，進而提高產品設計效率。本文闡述了基于Solid Works的通用標準件庫參數化建模系統的開發與應用。

1 系統總體分析與設計

1.1 總體分析

本系統要實現的功能是在Solid Works環境下，結合Toolbox的基礎性資源實現標準件的自動化和系列化建模，給工程師提供一種直觀、簡便的標準件快速建模方法。目前，常用的方式是：CAD供應商對用戶提供開放的可擴性接口（Application Programming Interface，API），設計人員采用可支持COM編程的開發工具，如VB、VC++、C#、Delphi等對其進行相關接口函數調用，通過這些函數來驅動CAD系統自動完成所需模型的建立[2]。

公司所使用的CAD平臺是Solid Works。它提供了支持二次開發的應用程序接口，通過該接口可以開發嵌入式功能插件(*.dll)或獨立的應用程序（*.exe）以擴充原Solid Works的功能，最終形成用戶定制或用戶驅動的參數化系統。開發工具我們選擇VB.NET，開發環境為Visual Studio 2010，它擁有完善的圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發系統(RAD)，可以輕易的使用ADO.NET（Active Data Objects）連接和訪問數據庫，因而完全能夠滿足本參數化系統的開發。

1.2 設計思路

我們的設計思路是以面向對象的VB.NET為開發工具，基于Access建立標準件尺寸參數數據庫，通過編程調用Solid Works API相關對象、屬性和方法，結合ADO.NET數據庫訪問技術實現系統參數化建模功能。

CAD系統實現參數化的關鍵在于模型庫的建立與尺寸驅動技術[3]。因此，首先得對需要參數化的標準件進行三維建模，獲得標準件模型庫。將這些源模型作為尺寸驅動模板，當程序運行的時候，根據用戶的選擇，更新模板文件即可自動建立所需零件的3D模型。在編程實現階段，采用的是特征參數法和編程法相結合的方式，通過繪制模板文件先獲得宏錄制代碼，然后將代碼中的特征尺寸進行常量變量化，再將這些變量傳遞給API函數。這樣做的優點是最大限度的將設計人員從眾多的Solid Works API函數中解放出來，設計人員只需稍加修改相關API的參數，刪減宏錄制代碼中一些無用代碼即可。至于程序調用模式，我們選擇將所編輯的程序以.exe格式保存，并將其添加至Solid Works的宏工具欄中以方便工程師調用。系統運作流程如圖1所示。

圖1 系統運作流程

2 系統開發關鍵技術

2.1 決定性要素

標準件包括螺栓、螺釘、軸承等大類，每個大類包括不同的型號，每個型號又包括不同的尺寸系列。通過對系統設計理論和應用方面的分析，我們確定了系統開發的決定性要素：

（1）需要建立完善的標準件模型庫。可利用Toolbox自帶的標準庫模型文件，在Solid W-orks安裝目錄的“SOLIDWORKS DATArowser”文件夾下，找到標準件模型，我們只需將相應的模型修改為中文名稱。

（2）明確各類標準件下不同型號的特征尺寸，建立尺寸參數數據表。

（3）設計友好的人機交互界面，添加響應功能函數并建立數據庫訪問機制實現系統功能。界面中提供參數輸入接口，程序接受各種參數，按用戶設計意圖重建模型。

（4）編寫完程序之后，需要進行反復測試以保證程序的正確性與建模的精確性。

2.2 關鍵技術

基于Solid Works平臺二次開發的自動建模關鍵在于三個方面：Solid Works API、VB.NET編程和數據庫技術。

（1）Solid Works API：它包括了數以百計的Solid Works內部功能函數，設計人員可以編寫程序調用這些功能函數，來實現所需要的功能。

（2）VB.NET：（VB.NET 嵌入在 VS2010 環境下）作為本系統的開發工具，通過我們編寫的代碼操縱相關Solid Works API對象，控制其屬性并調用相關方法實現系統參數化自動建模的要求。

（3）數據庫訪問技術：采用ADO.NET技術，它是一種和編程語言無關的COM組件系統，提供了訪問各種數據類型的連接機制，通過其內部的屬性和方法提供統一的數據訪問接口[3]。通過它我們可以訪問由Access建立的尺寸參數數據表，進而通過程序調用其中的數據來完成零件的參數驅動，實現自動建模功能。

3 參數化系統的具體實現

機械標準件可按層次分為標準、類型、子類型和零件[4]。以軸承為例，我們所面向的標準是GB和JB，軸承的類型包含深溝球軸承、圓柱滾子軸承等子類型，而這些子類型又分別包含不同規格、不同尺寸系列。由于同一子類型的零件結構和拓撲關系是相同的，它們的區別僅僅在于驅動尺寸的不同。因此整體標準件庫的開發可針對不同類型不同型號的標準件進行尺寸驅動建模。系統開發的具體流程如下：①建立子類型的模板文件(*.prtdot)；②建立驅動尺寸數據表(*.mdb)；③編輯該子類型建模代碼，實現尺寸驅動；④重復步驟1,2,3，完成其余類型；⑤系統整合在VS2010環境中，由VB.NET實現。

以下以深溝球軸承為例，詳細介紹VB.NET對Solid Works進行常用標準件參數化二次開發的具體流程和實現方法，其余型號和類型的標準件采用完全類似的方法即可實現，最終完成標準件庫參數化系統的構建。

3.1 深溝球軸承模板建模

查閱國標，以尺寸系列代號16001的深溝球軸承為例按照正確尺寸約束和設計意圖在Solid Works中建立三維模型。將其作為模板文件，此型號的深溝球軸承標準件庫的所有模型均基于此模板文件創建、修改和編輯。這里要完成的是：

（1）明確從動尺寸與驅動尺寸。深溝球軸承的造型由外圈外徑DD、內圈內徑d、軸承寬度B和倒圓角半徑rs這四個參數唯一確定。因此，可選擇這四個參數作為驅動尺寸，剩下的一些建模時的定位尺寸作為從動尺寸。如圖2所示，尺寸前有∑表示從動尺寸，沒有∑表示驅動尺寸。

圖2 主動尺寸和從動尺寸

（2）定義關聯關系。為利于編寫代碼與建立尺寸數據表實現對模型尺寸的賦值與重建，首先對驅動尺寸重命名，如上例中的DD、d、rs、B。此外，在繪圖過程中有一些尺寸大小是相同的，而Solid Works系統自身不允許有相同尺寸名稱，所以為了使相同的尺寸在名稱不同的情況下具有同時更改的性能，需要定義尺寸間的關聯關系。再者，要實現參數化實體造型，必須滿足全尺寸約束與數據全相關這兩個基本條件。因此，我們可以在Solid Works菜單欄，單擊“工具”/“方程式”，添加從動尺寸和驅動尺寸之間的關聯關系式。關系表如圖3所示。

圖3 尺寸方程式

3.2 建立尺寸數據表

采用Microsoft Access2010建立驅動尺寸數據表。首先要明確數據表的字段，根據上一步的內容可以知道深溝球軸承的造型由外圈外徑DD、內圈內徑d、軸承寬度B和倒圓角rs這4個參數唯一確定。因此，數據表的字段只需用這4個參數即可。查閱國標（GB/T276-1994）建立它的尺寸數據表如圖4所示。每一種標準件的子類型需要對應一張數據表，建立過程完全與此相類似，整體標準件庫的數據表整合在“gb.mdb”。

圖4 尺寸數據表

3.3 界面設計與代碼編寫

完成以上步驟后，即可在VS2010環境下設計系統的界面，按照系統功能需求，我們選擇Tree View、Data Grid View、Tool Strip、Splitter、Panel控件，分別設計相應的屬性并進行合理的布局，具體界面見3.4節。

需要編寫的代碼包括數據處理與自動建模兩部分，下面分別對其進行介紹：

（1）數據處理：核心是用戶數據顯示、查詢。根據第一部分內容所述，我們選擇的是ADO.NET技術訪問Access數據庫，它通過相關對象的屬性、方法完成相應的數據庫操作。一般而言，ADO.NET處理數據庫的步驟：a.創建數據庫連接對象；b.使用連接對象打開數據庫；c.使用命令對象操作數據庫；d.關閉數據庫[5]。數據的顯示相對簡單，運用Tree View和Data Grid View控件，對其進行相應屬性設置與代碼編輯即能輕松實現。

數據查詢是方便用戶在種類繁多的標準件中快速找到所需的種類或型號。它的算法如下：當用戶輸入標準件的名稱或代號后，點擊查詢按鈕，系統自動查詢Tree View控件中節點數據。

（2）數據的傳遞與自動建模

通過在程序界面中Text控件與用戶進行人機交互，用戶在數據表中選中某行或某行的一個單元后，Text控件組自動顯示被選中行的各個參數，然后編寫相應程序將Text控件組的Text屬性值作為API函數的參數，這樣既可實現尺寸驅動完成自動建模又能保證數據庫和建模代碼之間相對獨立。

自動建模部分的代碼（節選）：

Dim PartAs Object

Dim SelMgrAs Object

Dim boolstatus As Boolean

Dim Feature As Object’ 定義對象

SetswApp=CreateObject("SldWorks.App

lication")

Set Part=swApp.NewDocument("E:標準件模板earings gb.SLDPRT",0,0,0)’打開標準件模板

SetPart=swApp.ActiveDoc

Set SelMgr=Part.SelectionManager

Boolstatus=Part.Extension.SelectByID2("d@Sketch2@bearings gb.SLDPRT","DIMENSION",0,0,0,True,0,Nothing,0)’根據打開的標準件模板，對特征尺寸重新賦值

Part.Parameter("d@Sketch2").SystemValue=Val(d.Text)/1000

……

boolstatus=Part.Extension.SelectByID2("r@Fillet1@bearingsgb.SLDPRT","DIMENSION",0,0,0,True,0,Nothing,0)

Part.Parameter("r@Fillet1").SystemValue=Val(r.Text)/1000

boolstatus=Part.EditRebuild3’重建特征建立模型

End Sub

3.4 定制應用程序菜單

最終的標準件庫參數化原型系統如圖5所示。運行時，在程序界面左側檢索到需要的標準件，在彈出的窗口中選擇需要的型號和尺寸系列，即可自動生成所需的模型。

圖5 系統最終界面

4 結論

通過對參數化系統的設計方案分析和二次開發具體工作的研究與實踐，本文從理論和實例兩個方面詳細討論了基于Solid Works的標準件庫自動化建模技術，開發了在Solid Works環境下通用標準件庫參數化建模系統，并以深溝球軸承為例，詳細說明了建立參數化建模系統的具體設計流程和實現方法。整個原型系統的設計與開發，經企業測試可快速、穩定地實現標準件的自動化建模，對基于Solid Works進行標準件庫、非標件庫或產品參數化二次開發的用戶具有一定的借鑒作用。

[1] 彭龑，李淇陽.基于Solid Works二次開發的自動建模技術與方法[J].制造業信息化.

[2] 劉慶立，曹巨江，姚素芬等.基于Solid Works二次打開技術[J].煤礦機械，2009，30（8）：202-204.

[3] 肖麗雯等.參數化圖庫建立工具的開發與應用[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2001,14(5):444-448.

[4] 劉萍萍.面向企業應用的Solid Works軟件開發[D].南京理工大學，2004.

[5] 高春艷，李艷，谷偉東編著.Visual Basic數據庫開發關鍵技術與實例應用[M].北京：人民郵電出版社，20.