壓力機參數(shù)化自動設計方法的開發(fā)

文／余紹虎，楊柳·金豐（中國）機械工業(yè)有限公司沖壓裝備研究院

21世紀以來，我國汽車、電子行業(yè)日益蓬勃發(fā)展，它們對鈑金沖壓件的需求也越來越大。而壓力機作為重要的生產(chǎn)制造裝備，發(fā)展勢頭迅猛，市場需求量日益膨脹，尤其是機械壓力機。本文將討論的就是機械壓力機的日常設計工作如何使用電腦程序來實現(xiàn)自動設計。

SolidWorks作為一個三維設計軟件，擁有二次開發(fā)API接口，為客戶提供了開放的、自由的、功能完整的開發(fā)工具。我們利用其這項功能，開發(fā)了壓力機設計系統(tǒng)，實現(xiàn)壓力機的參數(shù)化自動設計的功能。包括建立標準零件庫、規(guī)范設計步驟以及自動打印制造圖紙這幾個部分。

SolidWorks軟件二次開發(fā)功能簡介

SolidWorks本身所提供的功能非常強大，但要使其在我國企業(yè)中真正發(fā)揮作用，就必須對其進行本地化、專業(yè)化的二次開發(fā)工作。為了方便用戶進行二次開發(fā)，SolidWorks提供了幾百個API函數(shù)，這些API函數(shù)是SolidWorks的OLE或COM接口。SolidWorks API是一個自上而下的多層次的樹形網(wǎng)絡結構，編程時對SolidWorks API的調(diào)用實行逐級尋訪，即先調(diào)用能實現(xiàn)所需功能對象的父對象，逐級遍歷直到找到完成相應功能的屬性和方法為止。用戶可以使用高級語言對其進行二次開發(fā)，建立適合用戶需要的、專用的SolidWorks功能模塊。

SolidWorks是一個非常開放的系統(tǒng)，提供了VB、VC++和其他支持OLE的開發(fā)語言接口。提供給用戶必要的工具（宏語言、庫函數(shù)等）以開發(fā)個人化的應用模塊，并且易于將它集成到系統(tǒng)中去。用VB或VC++調(diào)用SolidWorks的API函數(shù)，可以完成零件的建模、修改；零件各特征的建立、修改、刪除、壓縮等各項控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的設置與提取；裝配體中應用高級選擇功能提取零件信息；零件工程圖紙中的各項信息；還可在SolidWorks主菜單上增加按鈕，將自己開發(fā)的應用模塊嵌入到它的管理系統(tǒng)里。

開發(fā)步驟

規(guī)范設計標準

眾所周知，進行三維設計的前提是必須建立統(tǒng)一、標準的設計環(huán)境，所設計的零件、裝配體和工程圖等必須有統(tǒng)一的工作模板保存在服務器的網(wǎng)絡位置，標準的設計環(huán)境可以將圖樣統(tǒng)一為一種模式，減少個人設計的隨意性。統(tǒng)一設計模式，具體概括為以下幾點。

⑴建立標準的壓力機設計環(huán)境，包括顏色、精度、單位及標注尺寸、文字大小等，使用SolidWorks的零件模板功能和尺寸收藏功能，儲存常用的零件環(huán)境。同時運用SolidWorks的材質(zhì)庫管理功能，建立企業(yè)自己常使用的材質(zhì)庫（圖1），管理材質(zhì)名稱及其屬性、外觀和剖面線等信息。

圖1 企業(yè)自建材質(zhì)庫

⑵建立標準壓力機工程詳圖模板（圖2），根據(jù)企業(yè)標準制定明細表、標題欄等，儲存在SolidWorks工程圖模板中，方便新建工程圖時選用。

圖2 企業(yè)標準工程圖模板

⑶使用SolidWorks的屬性標簽編制程序建立壓力機三維模型及工程圖文件的標準屬性模板（圖3），統(tǒng)一文件所列屬性，比如零件名稱、項目號、材質(zhì)、重量、設計人員、檢核人員等。

圖3 企業(yè)標準屬性標簽模板

壓力機設計標準的形成，可以保證設計的標準化，提高零件使用的準確程度和設計效率，它是壓力機設計的基礎工程。

對壓力機零件進行分類

⑴建立標準零件庫。

將確定性的零部件，固化為標準零部件，建立標準庫。按噸位、扭矩、臺面等參數(shù)進行系列規(guī)劃。標準零件庫有：⑴組件庫。包括傳動組立、傳動箱組件、踏板欄桿組件、離合剎車器組件、滑塊組件、蝸輪箱組件、平衡器組件、中臺身組立、底座組立、補強桿部分組件、譯碼器部分組件等；⑵零件庫。包括傳動部分、滑塊部分、中臺身、底座、補強桿部分、譯碼器部分零件等；⑶外購件庫。包括馬達、軸承、油封、螺絲、螺帽等。

⑵建立變動零件模板。

將不確定性的零件建成標準模板，通過系列零件設計表實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動設計。例如底座、中臺身、補強桿、曲軸、中間軸、鋸牙、滑塊導板、滑塊嵌條、滑塊調(diào)整軸、平衡器等。曲軸零件模板如圖4所示。

圖4 曲軸零件模板

⑶建立變動組件模板。

將不確定性的組件裝配體建成模板，通過替換零部件，實現(xiàn)設計的變更。例如傳動組立、踏板欄桿組立、滑塊組立等。

通過壓力機零組件的分類管理，將會極大提高效率并保證設計的準確性。

建立壓力機主參數(shù)表

在接到一個壓機制造規(guī)范時，首先要建立主參數(shù)表，列出壓機的所有會影響壓機零件尺寸的參數(shù)。比如公稱能力、行程、能力發(fā)生點、臺面長寬、最大上模重量等。同時將每個參數(shù)所影響到的零件尺寸關系做好關聯(lián)公式，在輸入壓力參數(shù)的同時會自動計算出對應改變零件的尺寸數(shù)值，以備后續(xù)程序調(diào)用。

圖5所示為平衡器組件示意圖。以平衡器組件為例，設計計算步驟如下：

圖5 平衡器組件示意圖

⑴根據(jù)最大上模重量和滑塊本體及滑塊零部件重量，以及最大氣壓不大于6.5kg/cm2，計算出平衡器氣缸直徑。公式如下：

式中：W1——最大上模重量；W2——滑塊本體重量；W3——滑塊零部件重量。

計算出平衡器氣缸直徑以后，提前規(guī)劃好的平衡器系列標準組件，由主參數(shù)表自動選擇出與計算結果最接近的那一缸徑的標準平衡器組件。

⑵根據(jù)選擇好的那一款標準平衡器組件零件清單列表，選出需要設計修改的零件，包含缸體、主軸桿、固定座三個零件。在主參數(shù)表里預設其對應計算關系。

編制程序設計軟件

⑴設計軟件界面制作。

本文以VB為編程工具，編制了自動程序設計軟件。軟件首先需要有一個輸入界面（圖6），輸入內(nèi)容包含設計擔當信息、壓力機主參數(shù)信息、壓機配置信息以及設計文件存放目錄位置信息。輸入以上相關信息以后，設計軟件才允許進入設計界面（圖7）。

圖6 軟件輸入界面

設計界面有兩個選項，可以選擇整機連續(xù)設計，也可以選擇分步設計。整機連續(xù)設計模式下，點擊設計按鈕，程序會自動按預設的順序執(zhí)行各個部件的設計工作。分步設計模式下，會出現(xiàn)各個部件分別設計按鈕，對應點擊相應的按鈕，即可進行相關部件的設計工作。分步設計為了避免操作者設計順序搞亂，程序提前做了預設，只有前工程的部件設計完成后，才能進行后工程的部件設計。

⑵設計程序編寫。

制作好設計軟件界面之后，需要在對應的設計按鈕下編寫設計程序，以選擇調(diào)用零件模板、設計尺寸參數(shù)、驅(qū)動標準零件模板修改成特殊的設計零件。下面以曲軸為例簡單介紹程序設計流程。

圖7 軟件設計界面

1)首先創(chuàng)建曲軸零件存放的文件夾。

在設計輸入界面已經(jīng)選擇了整個訂單文件夾存放的位置，以此位置為根目錄，通過Mkdir命令創(chuàng)建曲軸存放的子目錄文件夾。

2)用CopyFile命令調(diào)用標準曲軸零件和工程圖模板，并將其文件名稱修改為特殊指令訂單的項目號名稱存放在子目錄文件夾內(nèi)。

3)調(diào)用SolidWorks軟件的API函數(shù)，程序自動打開曲軸零件，并調(diào)出預先編制好的設計驅(qū)動表格，導入曲軸零件所需要的相關參數(shù)，比如壓機臺面長度、壓機行程長、訂單流水碼等參數(shù)。根據(jù)壓機臺面長度修改曲軸長度，根據(jù)壓機行程長修改曲軸曲拐偏心量，訂單流水碼可以編寫曲軸零件的項目號。

⑶最后設計完成以后，程序彈出對話框，詢問是否打印工程圖。如果選擇打印工程圖，執(zhí)行打印程序段，將工程圖打印出來，同時還可以選擇同步轉(zhuǎn)出PDF版圖紙進行保存，方便后期檢圖。

設計前工程與后工程的銜接

此程序自動設計系統(tǒng)同時預留了訂單實績表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和零件項目號導出系統(tǒng)。實績表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以查詢以往訂單參數(shù)信息，包括機型、臺面尺寸、行程、SPM、特殊配置、機器重量等數(shù)據(jù)。業(yè)務員在與客戶洽談訂單過程中，遇到特殊參數(shù)時可以查詢此系統(tǒng)，是否有做過實績，以確定能否接單，是否需要設計部門評審，從而提高接單效率。營業(yè)報價人員可以查詢相似規(guī)格的壓機重量，以給新訂單參考報價。

零件項目號導出系統(tǒng)可以將此訂單壓機所需要借用的標準圖項目號和程序自動設計出來的特殊零件項目號導出清單，如果制造BOM或ERP系統(tǒng)有開放的接口，可以直接將清單導入制造系統(tǒng)，不用再手工鍵入。提高設計效率的同時，可以為后工程的制造管制提供準確無誤的零組件清單信息。

結論

通過多年的實際訂單設計應用，充分表明基于SolidWorks軟件的API函數(shù)開發(fā)平臺所建立的自動化程序設計方法，能有效的降低產(chǎn)品設計周期，可以縮短原來人工設計周期的三分之二。最主要的優(yōu)點是提高了設計圖紙的準確性，理論上可以實現(xiàn)零異狀。隨著鍛壓設備客制化程度高、產(chǎn)品需求時間短等特性的日益激化，這一參數(shù)化自動設計方法將成為攻堅克難的利器。