基于SolidWorks的陶瓷模具參數化設計

王 宣，代曉波，董玉德

（1.合肥工業大學 數字化設計與研究中心，安徽 合肥230000；2.阜陽職業技術學院 工程科技學院，安徽 阜陽236031）

我國的陶瓷墻地磚模具制造業已經發展成為規模型產業［1］，但項目調研發現，模具的設計普遍沿用二維CAD軟件，不能充分滿足當前模具設計系列化、快速化的市場需求.基于三維CAD軟件的模具參數化設計系統，將會減少設計人員的重復性工作，提高設計效率，是模具行業提高設計手段的發展趨勢.

SolidWorks作為目前主流三維CAD軟件之一，不僅具有功能強大、易學易用和技術創新的特色，而且SolidWorks還提供了開發性和兼容性良好的應用程序開發接口 （SolidWorks API），凡是支持OLE和COM的編程語言如Visual C＋＋、Visual Basic、Delphi等均可用于SolidWorks的二次開發［2］.VC＋＋6.0是當今流行的軟件開發工具之一，是程序員的首選編程利器［3］.使用VC＋＋6.0對SolidWorks進行二次開發，能夠充分利用SolidWorks API，而且開發出的DLL應用程序作為插件直接嵌入到SolidWorks內部，加載成功后專用系統菜單直接出現在SolidWorks主菜單上，如SolidWorks原有菜單一樣操作方便，極大地提高了設計效率，但使用VC＋＋進行二次開發對開發人員的要求較高.目前，對金屬和塑料模具二次開發的研究已有不少先例，如姚敏敏等人利用Visual Basic開發了基于SolidWorks的精沖模設計系統［4］；李凱嶺等人在Visual Basic環境下開發了一個基于SolidWorks的智能注塑模具CAD系統［5］等，而采用VC＋＋二次開發陶瓷模具專用系統的研究卻較少.因此，根據模具市場需求，本文研究用VC＋＋6.0基于SolidWorks二次開發的陶瓷墻地磚模具參數化設計系統，具有重要的現實意義.

1 參數化設計的方法

在SolidWorks中，由二次開發實現的零件參數化設計方法主要是尺寸驅動法和程序驅動法［6］.尺寸驅動法需要先建立零件模板再通過程序生成新零件，而程序驅動法不需要建立零件模板就可以通過程序驅動生成新零件.尺寸驅動法程序代碼簡潔高效，是目前參數化設計較常用的方法，選用此方法作為陶瓷墻地磚模具的參數化設計，其設計流程如圖1所示.實現這種參數化設計的關鍵技術是SolidWorks API、ATL技術、參數化建模技術、數據庫建立與訪問技術.

1.1 SolidWorks API

SolidWorks通過OLE（Object Linking and Embedding，對象鏈接與嵌套）技術為用戶提供了強大的應用程序開發接口API.在SolidWorks API內封裝了大量的采用COM（Component Object Model，組件對象模型）技術構造的接口對象，每個接口對象都是由接口、屬性、方法與事件組成［3］.在進行SolidWorks二次開發時，需要先得到SolidWorks API對象的接口，然后才能使用對象的方法和屬性.這些對象呈樹狀層次結構分布，位于頂端的SolidWorks對象是所有其它接口對象的父類，如果想要訪問某一對象，必須先從SolidWorks對象對其子對象進行遍歷，直到找到該對象［3］.

接口對象的方法或屬性就是API函數，這些API函數可被Visual C＋＋、Visual Basic、Delphi等編程工具調用，使得開發出的程序具有直接訪問SolidWorks的能力.用戶通過對這些對象屬性的設置和方法的調用，就可以在自己開發的程序中對SolidWorks進行各種操作，完成零件草圖的繪制和修改，零件各種特征的建立和修改，零件的特征信息、裝配信息及工程圖紙信息的提取等.

圖1 零件參數化設計流程圖

1.2 ATL技術

微軟公司推出的COM開發工具ATL實質上是一套C＋＋模板庫，它采用特定的基本實現技術（包括COM技術、C＋＋模板類技術及C＋＋多重繼承技術等）.由于其擺脫了大量冗余代碼，開發出來的COM應用程序代碼簡潔高效，因而迅速成為開發COM組件的得力工具.從SolidWorks2006版本開始，在該軟件提供的二次開發向導中，Visual C＋＋6.0平臺上的向導就是基于ATL技術構造的［7］.

使用ATL開發一個COM組件一般有以下幾個步驟［8］：（1）創建一個新的ATL工程.（2）向工程添加新的ATL對象.（3）根據COM應用要求向新的ATL對象添加接口.（4）完成代碼編寫，編譯鏈接工程，注冊COM組件.

1.3 參數化建模技術

參數化建模是以約束來表達產品模型的形狀特征，通過定義一組參數控制設計結果，實現通過調整參數修改設計模型的目的，從而設計一簇在形狀或功能上具有相似性特征的零件設計方案.目前，參數化建模可分為基于尺寸驅動的參數化建模，基于約束驅動的參數化建模，基于特征的參數化建模3種方法［9］.基于尺寸驅動的參數化建模，是指通過修改模型的幾何尺寸，達到改變模型形狀的目的，它是目前最基本的、應用最為廣泛的建模方法，本文模具零件模板就是采用這種三維建模方法的.零件模板參數化建模時，應注意：（1）合理設計建模思路，使實體模型生成的驅動尺寸為參數尺寸.（2）滿足草圖全約束，保證尺寸驅動模型重建的可靠性.（3）對于與參數尺寸有數學關系的其它模型尺寸，利用So1idWorks的方程式功能，建立以參數尺寸為自變量的關系式使之關聯.

1.4 數據庫建立與訪問技術

為了方便快捷地通過參數化設計生成相似零件，需要將參數數據存儲在數據庫中，目前可供選擇的數據庫很多.其中Access簡單易用，接口靈活，完全滿足零件參數化設計對數據管理的要求，因此常選用Access作為管理數據的工具，本文采用Access建立尺寸參數數據庫.

對數據庫的訪問就是通過建立與數據源的數據通道，利用此通道實現人機交互，完成對數據庫的查詢、修改等操作.VC＋＋提供了多種數據庫訪問技術，如ODBC、DAO、OLE DB、ADO等.考慮ADO功能強大，編程簡潔高效，本實例使用ADO訪問數據庫.ADO包含了3個獨立對象和4個非獨立對象，其中獨立對象Connection（連接對象）代表與數據源的連接，是ADO對象模型的基礎；獨立對象Recordset（記錄集對象）用于建立記錄集，并負責處理記錄集中的數據，是ADO對象模型的核心；獨立對象Command（命令對象）主要用于查詢數據庫，并返回記錄集對象中的記錄［10］.

2 參數化設計的實現

陶瓷墻地磚模具是一種生產一定形狀和尺寸要求的陶瓷墻地磚坯的模具［11］.陶瓷墻地磚坯品種變化多樣，為了滿足不同生產廠家的需求，模具企業需要不斷改變設計，快速生產出不同系列不同規格的模具.圖2所示為本項目開發的YP系列模具參數化設計系統主界面，從左側樹形圖中可知，底板是模具的基礎零件，盡管模具系列相同，但底板尺寸規格多達近十種.底板零件的參數化設計，可明顯提高設計效率.下面就以底板為例，詳細說明零件參數化設計實現過程.

2.1 建立零件模板的三維模型

在So1idWorks中建立零件模板的三維模型時，最好重命名模型驅動尺寸使之與參數尺寸名稱一致，便于程序識別.本文以“底板.SLDPRT"保存在“D：＼模具參數化設計＼模板模型＼”為底板模型，以備調用.

2.2 建立零件尺寸參數數據表

在Access中創建“YP4000－800－800－1W.mdb”數據庫，在庫中建立底板尺寸參數數據表等關聯表，如圖3所示，保存路徑為“D：＼模具參數化設計＼數據庫＼YP系列＼YP4000－800－800－1W.mdb”.

2.3 二次開發編程

（1）創建新的ATL工程并添加ATL對象 在Visual C＋＋6.0環境中，使用ATL COM AppWizard對象向導建立DLL工程，自定義名稱為mold，然后在工程中添加新的ATL對象mpd，向導自動生成接口Impd，該接口是所開發的模具參數化設計系統插件與SolidWorks的通信接口，接下來通過添加代碼實現本插件所要具備的功能.

（2）添加菜單和菜單項 在工程資源的String Table（字串表）中定制菜單資源，在IDS－MOLD－message－ITEM欄中添加顯示內容：YP系列模具＠模具參數化設計，其中“模具參數化設計”是添加到So1idWorks界面的菜單名稱，“YP系列模具”是該下拉菜單的菜單項，在IDS－MOLD－message－METHOD欄中添加顯示方法，效果如圖2所示.

圖2 模具參數化設計系統主界面圖

圖3 數據庫部分關聯表展示圖

（3）創建用戶操作界面 首先用對話框資源編輯器創建底板對話框模板資源.然后利用類向導Class Wizard添加對話框類dbandlg，并向對話框類添加消息處理函數、成員變量等，向導自動生成該對話框類的dbandlg.h和dbandlg.cpp文件.最后聲明對話框類的對象以便激活對話框，添加的主要代碼如下：

（4）訪問數據庫 將已建立的底板尺寸參數數據表載入底板操作界面的列表框中，主要實現步驟是：①在工程的StdAfx.h文件里引入ADO庫文件，添加代碼如下：＃import"C：＼Program Files＼Common Files＼SYSTEM＼ADO＼msado15.dll"no－namespace rename（"EOF"，"adoEOF"）rename（"Parameter"，"adoParameter"）msado15.dll動態鏈接庫中定義了ADO接口對象.②連接數據庫獲取數據表.一般使用函數open或使用UDL文件連接數據庫.采用UDL文件的方便之處是，當數據源改變后，只需雙擊相應的UDI文件打開屬性對話框重置數據源即可，不用更改軟件編制的程序.實例選用了此方法，建立了TCCSH.udl文件.在dbandlg.h和dbandlg.cpp文件中添加的主要代碼是：

（5）參數尺寸驅動模板模型改變，生成新零件 ①將底板操作界面列表框內的一行數據，賦值給對話框中的編輯框，獲得驅動尺寸參數，如圖4所示.

圖4 底板操作界面圖

主要代碼：

2.4 編譯鏈接，生成.dll文件，加載插件

在SolidWorks中，通過點擊菜單“工具／插件”，打開插件對話框，選擇mold插件完成加載；也可點擊菜單“文件／打開”，選擇文件類型Add－Ins，打開mold.dll文件實現加載.

圖5 底板三維模型圖

2.5 運行實例

打開SolidWorks菜單欄里“模具參數化設計”下拉菜單，選擇“YP系列模具”選項，打開系統主界面，雙擊主界面樹形圖中“底板”選項，彈出“底板”操作界面，雙擊列表框中“圖號”是“YP4881DB－2”的一行數據，編輯框內出現相應尺寸參數，也可手動輸入尺寸參數，然后單擊“三維模型”按鈕，生成新的底板三維模型，如圖5所示.

3 結束語

以SolidWorks為平臺，運用VC＋＋6.0二次開發工具，開發陶瓷墻地磚模具參數化設計系統，實現相似零件的快速設計，有利于滿足模具產品系列化、快速化的設計需求.同時零件的參數化設計方法，對其他品種規格多樣的零件實現企業標準化設計具有一定的參考價值，達到減少零件種類、縮短設計周期、減少工藝裝備、降低生產成本、提高企業經濟效益的目的.

［1］姚德良，呂暉.陶瓷墻地磚模具制造業現狀、問題及建議［J］.陶瓷，1996（4）：3－5.

［2］董玉德，趙韓.CAD二次開發理論與技術［M］.合肥：合肥工業大學出版社，2009：7－11.

［3］王文波，涂海寧，熊君星.SolidWorks2008二次開發基礎與實例（VC＋＋）［M］.北京：清華大學出版社，2009：4－12.

［4］姚敏敏，陳昊哲，許樹勤.基于SolidWorks二次開發的精沖模設計系統［J］.液壓裝備與制造技術，2009（1）：93－95.

［5］李凱嶺，孫乃坤，朱連富，等.基于SolidWorks的注塑模具CAD系統［J］.山東大學學報，2004，34（2）：22－26.

［6］王東，蒲小瓊.基于SolidWorks的機械零件參數化設計［J］.機械制造與研究，2004，33（5）：15－17.

［7］陳岳坪，高健.基于 ATL技術的SolidWorks二次開發新方法［J］.模具工業，2009，35（6）：5－7.

［8］王影.VC＋＋中訪問COM 組件的五種方法［J］.計算機時代，2005（12）：69－71.

［9］陳璐.基于SolidWorks的參數化建模［J］.CAD／CAM 與制造業信息化，2007（2－3）：72－73.

［10］李明星.起重機運行機構三維參數化系統的設計與研究［D］.太原：太原科技大學，2012：21－25.

［11］向衛兵，王剛.陶瓷墻地磚模具類型與分析［J］.佛山陶瓷，2008（3）：29－32.