基于SolidWorks的計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)

陳　田，　陳海鵬，　印　松，　李　林，　許福春

(上海電機(jī)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院, 上海 201306)

基于SolidWorks的計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)

陳田，陳海鵬，印松，李林，許福春

(上海電機(jī)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院, 上海 201306)

摘要流量可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、滿足各種嚴(yán)格工藝流程需要的計(jì)量泵，正日漸應(yīng)用到不同行業(yè)領(lǐng)域。圍繞計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，論述了SolidWorks二次開發(fā)方法、計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的具體要求，分析了計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建，進(jìn)而結(jié)合開發(fā)實(shí)例，對(duì)計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型構(gòu)建、自動(dòng)裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了深入闡述。提出的基于SolidWorks計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)能夠縮短計(jì)量泵設(shè)計(jì)選型周期，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞Solidworks二次開發(fā); 計(jì)量泵; 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD); 軟件平臺(tái)

隨著全球重工業(yè)的快速發(fā)展，制造業(yè)正變得越來(lái)越規(guī)范化、過(guò)程化。為了提高管理和設(shè)計(jì)的效率，需要對(duì)大型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design, CAD)系統(tǒng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì)[1-3]，筆者提出了一種改進(jìn)的CAD系統(tǒng)在某一細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用，使其更人性化、專業(yè)化。計(jì)量泵產(chǎn)品種類很多，由于生產(chǎn)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，計(jì)量泵的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷滲入到不同行業(yè)，客戶的需求也越來(lái)越多樣化，焏需基于現(xiàn)有的計(jì)量泵設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與產(chǎn)品使用現(xiàn)狀等，開發(fā)出自動(dòng)化、智能化的計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，由此縮短計(jì)量泵設(shè)計(jì)的選型周期，提高生產(chǎn)效率[4]。

SolidWorks軟件界面的操作命令本身就是通過(guò)函數(shù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其二次開發(fā)技術(shù)是隨著SolidWorks的發(fā)行而誕生的[5]。二次開發(fā)的目的就是將這些函數(shù)拿出來(lái)組合在一起使用，然后達(dá)到客戶使用的目的。SolidWorks的二次開發(fā)工具很多，由于SolidWorks提供了內(nèi)部的應(yīng)用程序接口函數(shù)(Application Program Interface，API)，故而工具的選擇只是在語(yǔ)法的表述上有所不同，其他方面都是大同小異[6-7]。但是，開發(fā)的過(guò)程是一樣的，SolidWorks的操作方式不會(huì)因?yàn)檎Z(yǔ)言和工具的改變而改變。

1計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建

1.1計(jì)量泵CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的的開發(fā)涉及到計(jì)量泵系統(tǒng)選型計(jì)算，即在原系統(tǒng)的組成部分上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行選型，系統(tǒng)選型界面設(shè)計(jì)如圖1所示。基于SolidWorks的計(jì)量泵關(guān)鍵零件的建模、裝配及出圖的二次開發(fā)。企業(yè)人員可以輸入?yún)?shù)后直接獲取一些關(guān)鍵零件的模型，也可輸入特定的參數(shù)獲

圖1　計(jì)量泵選型界面設(shè)計(jì)Fig.1　Interface design of metering pump

取到計(jì)量泵的組件，然后軟件系統(tǒng)會(huì)在后臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)裝配。裝配件完成后，只需要點(diǎn)擊建立工程圖按鈕，即可在指定目錄位置獲取到圖紙的PDF格式文件。

1.2SolidWorks API函數(shù)的應(yīng)用

SolidWorks提供的二次開發(fā)接口可以通過(guò)調(diào)用API函數(shù)與SolidWorks應(yīng)用程序進(jìn)行交互從而實(shí)現(xiàn)特定的功能[8-10]。由SolidWorks API函數(shù)接口關(guān)系圖可看出，SolidWorks API是按照一定規(guī)則調(diào)用的，調(diào)用關(guān)系是按照層級(jí)調(diào)用方式調(diào)用，逐級(jí)進(jìn)行訪問(wèn)的[11-12]。要想調(diào)用某個(gè)對(duì)象，則需要先調(diào)用上一層對(duì)象，即父對(duì)象，否則無(wú)法調(diào)用成功。對(duì)象的包含與被包含關(guān)系在對(duì)象調(diào)用過(guò)程中是嚴(yán)格界定的[13]。SolidWorks使用對(duì)象來(lái)完成打開文件、關(guān)閉文件等操作。SldWorks是API的第1個(gè)對(duì)象，是所有子對(duì)象的父對(duì)象。在計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過(guò)SldWorks對(duì)象訪問(wèn)和調(diào)用了下列對(duì)象： ModelDoc、Frame、Modeler等。計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，ModelDoc對(duì)象又通過(guò)訪問(wèn)PartDoc、AssemblyDoc和DrawingDoc這幾個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了計(jì)量泵的模型構(gòu)建、自動(dòng)裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊。這3個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)于SolidWorks環(huán)境下的零件建模、零件裝配環(huán)境和繪圖環(huán)境。PartDoc對(duì)象是通過(guò)SolidWorks零件模型來(lái)操作的。如建立計(jì)量泵零件模型，改變零件模型的大小，以生成新的特征，獲得零件的特性及其相關(guān)特性。AssemblyDoc對(duì)象則通過(guò)激活SolidWorks裝配環(huán)境，調(diào)用Assembly的子對(duì)象函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵3個(gè)不同組件的裝配、移動(dòng)、配合等操作。通過(guò)子對(duì)象函數(shù)的操作，可以對(duì)組件讀取計(jì)量泵零件的相關(guān)屬性： 尺寸、質(zhì)量、材料、名稱等。DrawingDoc對(duì)象實(shí)現(xiàn)的是計(jì)量泵工程圖的相關(guān)操作，如創(chuàng)建新的工程視圖，標(biāo)注相關(guān)尺寸，注解標(biāo)注等。

1.3Visual Basic程序的實(shí)現(xiàn)

VBA(Visual Basic Application, VBA)主要取決于文件的宏，通過(guò)宏記錄程序的編寫。VBA是微軟20世紀(jì)90年代推出的一種自動(dòng)化的 Visual Basic腳本語(yǔ)言。VBA可以鏈接到SolidWorks宏程序編寫和調(diào)試。VBA也包括非常重要的功能： ① 用戶的標(biāo)準(zhǔn)操作，控制用戶的操作；② 界面直觀，操作方便；③ 減少人工操作，設(shè)置一個(gè)復(fù)雜的操作；④ 自動(dòng)編程。

對(duì)于計(jì)量泵零件模型的構(gòu)建，嘗試了VBA編程方式。過(guò)程設(shè)計(jì)中最重要的部分之一是開發(fā)環(huán)境的建立。穩(wěn)定的開發(fā)平臺(tái)會(huì)影響程序開發(fā)的進(jìn)度和質(zhì)量。VBA通過(guò)宏記錄選擇，其編輯器具有更高的穩(wěn)定性，能夠讓開發(fā)者更快速地開展工作。所用的開發(fā)環(huán)境測(cè)試語(yǔ)句定義方式如下，此測(cè)試程序使VBA程序成功連接到SolidWorks軟件。

Dim swApp As SldWorks.SldWorks

Set swApp=Application.SldWorks

Dim fileerror As Long

Dim filewarning As Long

以上測(cè)試成功后，對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件模型，通過(guò)宏錄制方式構(gòu)建。

2計(jì)量泵零件的自動(dòng)建模

SolidWorks自動(dòng)建模涉及的內(nèi)部API函數(shù)和特征操作的組合來(lái)完成自動(dòng)建模。研究項(xiàng)目主要是在Visual Studio和SolidWorks上的設(shè)計(jì)及調(diào)試。設(shè)計(jì)的方案可以調(diào)用SolidWorks內(nèi)部API函數(shù)，從鍵盤輸入?yún)?shù)，完成自動(dòng)建模的模型。SolidWorks中包含大量的功能，包括圖紙、切除、旋轉(zhuǎn)、鏡像等，在模型的構(gòu)建方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槠髽I(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)線生產(chǎn)是一系列不同尺寸的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)具有可重復(fù)性，而SolidWorks自動(dòng)建模能通過(guò)修改產(chǎn)品相關(guān)的參數(shù)，滿足其他產(chǎn)品的要求，在一定程度上降低了設(shè)計(jì)成本和時(shí)間，可加快更新其他產(chǎn)品，搶占市場(chǎng)。計(jì)量泵組件眾多，但也有一些關(guān)鍵部位的非標(biāo)準(zhǔn)件。這些零件往往在設(shè)計(jì)尺寸的變化，形狀是沒有太大的變化。在不同類型的計(jì)量泵組件中，涉及不同的非標(biāo)件。因此，需要建立一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，或建立一個(gè)參數(shù)化的建模程序，它可以用來(lái)設(shè)計(jì)在不同情況下的非標(biāo)準(zhǔn)件。該模型具有通用的零件模型設(shè)計(jì)要點(diǎn)。固定截面圖只需要設(shè)置相應(yīng)的約束條件，自動(dòng)建模命令可以用來(lái)在Solidworks環(huán)境下創(chuàng)建實(shí)體模型。程序的界面主要是按照零件的尺寸進(jìn)行安排。

對(duì)于界面的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，建模的界面要把關(guān)鍵的用戶需要輸入的文本框設(shè)計(jì)在明顯的地方方便用戶輸入。在零件的建模示意圖上要詳細(xì)而準(zhǔn)確地標(biāo)注出來(lái)各個(gè)尺寸的代號(hào)和關(guān)系。如圖2所示，完成了計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的零件自動(dòng)建模模塊。

對(duì)于結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的零件，在其自動(dòng)建模過(guò)程中，所應(yīng)用的函數(shù)如下[12]：

value=instance.NewDocument(TemplateName, PaperSize, Width, Height)

該函數(shù)是新建一個(gè)SolidWorks文件。

value=instance.FeatureExtrusion2(Sd, Flip, Dir,T1,T2,S1,S2, Dchk1, Dchk2, Ddir1, Ddir2, Dang1, Dang2, OffsetReverse1, OffsetReverse2, TranslateSurface1, TranslateSurface2, Merge, UseFeatScope, UseAutoSelect, T0, StartOffset, FlipStartOffset)

該函數(shù)用來(lái)對(duì)草圖進(jìn)行拉伸等操作的。

草圖拉伸的具體參數(shù)描述： Sd為此變量為真時(shí)為單向終止，假時(shí)為雙向終止；Flip為此變量為真時(shí)為反向切除；T1為取值為： 0，1，2，3，4，5，6，7，表示第1個(gè)終止類型；T2為此變量取值同T1，說(shuō)明同T1；S1為第1個(gè)方向拉伸的深度；S2為第2個(gè)方向拉伸的深度；Dchck1為允許第1個(gè)方向上可以存在拔模，為假時(shí)表示不允許；Dchck2為允許第2個(gè)方向上可以存在拔模，為假時(shí)表示不允許；Ddir1為真時(shí)表示第1個(gè)方向上可以存在內(nèi)拔模，為假時(shí)表示有外拔模；Ddir2為真時(shí)表示第2個(gè)方向上可以存在內(nèi)拔模，為假時(shí)表示有外拔模；Dang1、Dang2分別為第1和第2個(gè)方向上的拔模角度。在圖2中，共包含3個(gè)拉伸操作，第1個(gè)拉伸是針對(duì)D1，拉伸深度S1取H1；第2個(gè)拉伸則針對(duì)D2，S1取H2-H1；第3個(gè)拉伸針對(duì)D3，S1取H2。

3計(jì)量泵零部件的自動(dòng)裝配

裝配的主要要求是能夠滿足同一模塊的不同組件的可換性。計(jì)量泵是的基本原理和大體結(jié)構(gòu)類似，比如隔膜式計(jì)量泵都具有液力端和驅(qū)動(dòng)端，根據(jù)不同的客戶需求，各個(gè)子部件乃至零件選型不同[14]。這就要求通過(guò)零部件替換的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配。在組件的裝配接口等問(wèn)題上要求產(chǎn)品具有互換性。組件的自動(dòng)裝配還需要對(duì)建模特征進(jìn)行識(shí)別，這就要求組件模型不能夠被消除特征。在自動(dòng)裝配的過(guò)程中，通過(guò)程序編碼遍歷組件中的各種特征，選取需要的特征進(jìn)行配合。

Part.Extension.SelectByID2(" ", "FACE", 00, 0, True, 1, Nothing, 0)

上面的函數(shù)就表明在識(shí)別完特征之后進(jìn)行選擇所需要的面(FACE)。通過(guò)這個(gè)步驟的重復(fù)計(jì)算，能夠滿足組件對(duì)裝配的基本要求。

該模塊用到SolidWorks對(duì)自建模型進(jìn)行特征讀取與特征遍歷，記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)SolidWorks內(nèi)部API函數(shù)接口的讀取，完成零件的自動(dòng)裝配。主要的裝配涉及了同軸、面接觸、面對(duì)齊等配合方式。

裝配需要根據(jù)輸入的參數(shù)選擇計(jì)量泵的3個(gè)主要部件，然后進(jìn)行裝配。

3.1裝配流程

在SolidWorks的裝配環(huán)境下，人工手動(dòng)裝配的流程圖如圖3所示。計(jì)算機(jī)的自動(dòng)裝配過(guò)程也是大同小異。① 打開需要裝配的部件體，API調(diào)用AssemblyDoc函數(shù)，打開裝配部件。② 新建一個(gè)新的裝配體文件，為即將加入的部件做準(zhǔn)備，并且裝配體文件會(huì)根據(jù)打開的現(xiàn)有的文件數(shù)自動(dòng)命名。③ 就開始向新建的裝配體文件加入第1個(gè)部件。此部件會(huì)自動(dòng)設(shè)置成固定件。接著加入第2個(gè)部件，放在某位置，此時(shí)的第2個(gè)部件是非固定部件，用戶可以任意拖動(dòng)。緊接著加入第3個(gè)部件。在加載完成部件后，開始執(zhí)行配合程序。

圖3　自動(dòng)裝配的流程Fig.3　Automatic assembly process

3.2載入計(jì)量泵部件

在載入計(jì)量泵的零部件前，需要激活SolidWorks的裝配環(huán)境。在編程環(huán)境下用到的語(yǔ)句為

Dim swAssy As SldWorks.AssemblyDoc

Set swAssy=swModel

必須在激活環(huán)境后才可以添加載入零部件的函數(shù)。

AddComponent5可實(shí)現(xiàn)將部件添加到SolidWorks裝配環(huán)境中，具體用法和參數(shù)意義如下：

AddComponent5(CompName, ConfigOption, ConfigName,X，Y，Z)

CompName為索要添加的部件名稱，但要注意的是需要包含全部路徑及后綴名，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；ConfigOption為加入的組件的配置參數(shù)；ConfigName為加入環(huán)境中部件的配置名字，一般不做特殊設(shè)置；X、Y、Z為部件中心加入SolidWorks裝配體后所處的位置坐標(biāo)。

3.3自動(dòng)裝配

在3個(gè)計(jì)量泵組件完全載入到新建立的裝配體文件中后，程序開始執(zhí)行裝配關(guān)系代碼。自動(dòng)裝配的遍歷裝配流程如圖4所示。圖5為通過(guò)程序查找到所需要裝配的3個(gè)部件及其需要配合的面。在計(jì)量泵子部件裝配過(guò)程中用到的

圖5　需要裝配的3個(gè)部件及其需要配合的面Fig.5　Three components and their mated faces of a metering pump for assembling

圖4裝配體遍歷面的過(guò)程
Fig.4Process of body assembly

API有Selectionmanager、GetSelectionObjectCount、GetSelectionObjectType2等

[15]

。

4計(jì)量泵裝配體的工程圖自動(dòng)生成

SolidWorks零件庫(kù)包含了大部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的常用規(guī)格，特別是具有強(qiáng)大的工程圖開發(fā)模塊，能夠通過(guò)二次開發(fā)滿足企業(yè)的設(shè)計(jì)需求。在處理工程圖紙時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。對(duì)于計(jì)量泵裝配圖的工程制圖，程序中需對(duì)于SolidWorks設(shè)置相關(guān)屬性。通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法加快計(jì)算速度的SolidWorks。研究方案就是參照SolidWorks提供的API函數(shù)，結(jié)合自動(dòng)建模的特點(diǎn)，確定預(yù)先設(shè)定的位置，完成工程圖紙的繪制。這不僅提高了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少了設(shè)計(jì)人員，更能修改相關(guān)的尺寸，可以實(shí)時(shí)更新工程圖紙，減少工程師檢查的時(shí)間。

圖6為通過(guò)程序自動(dòng)生成的簡(jiǎn)易工程圖效果。從圖7的流程中可見，工程圖的自動(dòng)出圖的主要操作步驟是調(diào)用API函數(shù)執(zhí)行原來(lái)的Solid-Works操作。

圖6　簡(jiǎn)易的工程圖效果Fig.6　Result of simple engineering graphics

圖7　API制作工程圖的流程Fig.7　API process for making engineering drawings

5結(jié)語(yǔ)

本文論述了SolidWorks二次開發(fā)方法、計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的具體要求，分析了計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建，進(jìn)而結(jié)合開發(fā)實(shí)例，對(duì)計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型構(gòu)建、自動(dòng)裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了深入闡述。提出基于SolidWorks計(jì)量泵快速設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)能快速、有效地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)和客戶的需求變化，滿足客戶的需求、縮短計(jì)量泵的設(shè)計(jì)周期、提高生產(chǎn)效率，以便增強(qiáng)企業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)力。

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Rapid Design System of Metering Pump Based on SolidWorks

CHEN Tian，CHEN Haipeng，YIN Song，LI Lin，XU Fuchun

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China)

AbstractThe metering pump for continuously adjusting flow that can meet the needs of different kinds of strict process is applied in various industrial fields. In this paper, we discuss the method and environment of secondary development of SolidWorks, and analyzes specified demands of a fast design system of metering pump. Modeling, automated assembly, and generation of engineering drawing of the system are described. A prototype fast design system of metering pump presented in this paper can greatly reduce time of model selection, and improve production efficiency.

KeywordsSolidWorks secondary development; metering pump; computer aided design (CAD); software platform

收稿日期：2015-12-30

基金項(xiàng)目：上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(15ZR1417200)；上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目資助(14ZZ169)；閔行區(qū)科委產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目資助(2014MH182)；上海市大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目資助(A1-5701-14-006-08-19)；上海電機(jī)學(xué)院登峰學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目資助(15DFXK02)

作者簡(jiǎn)介：陳田(1973-)，女，教授，博士，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)、制造及檢測(cè)，E-mail： chent@sdju.edu.cn

文章編號(hào)2095-0020(2016)02-0070-06

中圖分類號(hào)TP 391.72；TH 715.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A