基于VB的同拓撲結構機械三維自動建模技術研究

左明偉 曼茂立 田輝

摘 ?要：結合SolidWorks API開發平臺及Visual Basic程序語言，文章針對系列化機械產品提出一種參數化自動三維建模方法。并通過典型輥子輸送線系列化產品為建模對象，驗證此方法的有效性。參數化建模過程總體上經歷錄制基本鼠標操作代碼，根據需要參數化處理相關代碼的指令調試過程;對于裝配體內各零件通過遍歷面的方式設置參考基準面，通過引用基準面的絕對ID來實現裝配關系的設定。文章所提出的參數化自動建模方法有助于顯著提高機械設計效率、便于批量評價新結構性能，為進行大樣本產品優化設計提供可行途徑。

關鍵詞：SolidWorks;Visual Basic;參數化;自動建模

中圖分類號：TP311.52 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0030-03

Abstract： Combined with SolidWorks API development platform and Visual Basic programming language， this paper presents a parameterized automatic 3D modeling method for serialized mechanical products. And through the typical roller conveyor line series products as the modeling object to verify the effectiveness of this method. The parametric modeling process generally goes through the process of recording the basic mouse operation code and parameterizing the relevant code according to the need; setting the reference datum for each part in the assembly body by traversing the surface and setting the assembly relationship by referencing the absolute ID of the datum. The parametric automatic modeling method proposed in this paper can significantly improve the efficiency of mechanical design， facilitate batch evaluation of the performance of new structures， and provide a feasible way for the optimal design of large samples of products.

Keywords： SolidWorks; Visual Basic; parameterization; automatic modeling

引言

隨著人們生產、生活節奏的不斷加快，自動化生產、設計領域不但拓展，如何將技術人員從繁重的重復性技術工作中解放出來，如何自動完成類似結構產品設計甚至是結構優化都成為相關學者和技術人員關注的焦點。傳統情況下，技術人員需要為拓撲結構相同的同系列產品，分別進行結構設計、性能分析;優化過程需要分別進行個體構型、性能評估，從而造成工作效率低，消耗人力資源多，設計任務達成度不高[1]。本文在SolidWorks商用軟件API接口功能基礎上，通過Visual Basic程序設計實現典型機械零件裝配體的自動三維建模，為機械產品自動實現系列化、實現多樣本性能評價及結構優化提供了有效途徑。

1 總體思路

針對具有相同拓撲結構的系列化機械產品三維自動建模涉及各組成零件的自動建模過程和零件的自動裝配過程。零件的自動建模過程需要在確定的零件拓撲結構下，針對系列化產品的個體差異完成特征尺寸的自動重建。而自動裝配過程需要識別各零件的裝配基準并按照裝配要求實現各零件相對位置的準確設置[2]。

本文基于SolidWorks軟件提供的API開發平臺，通過Visual Basic程序語言實現建模過程由鼠標操作到代碼指令轉變，為實現系列化產品參數化自動化建模提供的有效途徑[3-4]。由于SolidWorks API指令代碼語法邏輯較為直

觀，而語句、參數、路徑等較為繁瑣，學者和技術人員逐漸形成了通過錄制基本操作，獲得相關指令代碼，確定其中需要修正和調整的部分，使其參數化（針對產品系列化要求獲得參數值），執行新的指令代碼，重構獲得所需新結構模型的方法。以上執行過程如圖1所示。

如圖1所示，實現機械結構三維自動建模過程（零件建模及裝配體建模）均可通過圖中的方式進行。在完成相同拓撲結構的鼠標操作過程中，系統自動錄制其指令代碼集。在此基礎上分析此指令集中涉及需要改變的參數位置，并通過設置相關形式參數進行替換（需提前完成參數表設計），再次運行修改好的指令集則獲得所需的結構形式。區別于單個零件結構的建模過程，裝配體的自動建模過程涉及到多個零件，需要頻繁引用裝配參考元素（參考點、參考線、參考面等）。指令集編輯過程中，需要將鼠標操作中點選的參考元素在系統中的ID在SolidWorks系統中查明，并在后續指令編輯中以引用此ID來自動的模擬鼠標點選操作。本文以輸送機行業常用的系列化產品輥子輸送線為例介紹參數化驅動下典型零件及裝配體的自動建模過程[5]。

2 相同拓撲結構的零件三維建模

如圖2所示為輥子輸送線最常用的零件——輥子的結構示意及確定結構所需參數情況。表1給出了當前行業內通用的輥子主要參數表。

零件的建模主要經歷以下幾步：

步驟一：分三次完成φD1、φD2和φD3的草圖的繪制及三維拉伸工作。

步驟二：完成2×φd的草圖繪制及三維拉伸切除工作。

步驟三：整合、修改、簡化上面步驟所得到的程序代碼。

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateCircle（0#， 0#， 0#， 0.038， 0， 0#） （語句1）

Set myFeature = Part.FeatureManager.FeatureExtrusion

2（True， False， False， 6， 0， 0.39， 0.01， False， False， False， False， 1.74532925199433E-02， 1.7453292519943

3E-02， False， False， False， False， True， True， True， 0， 0， False）（語句2）

以繪制圖1中輥子外圓柱為例，語句1主要實現在草圖中繪制一個半徑為0.038米的圓，而語句2主要實現將上述草圖中的圓形拉伸0.39米這一功能。由此可見，只要將語句1括號內的第4個參數及語句2括號內第6個參數設置為控制變量如圖1所使用的D1、L1，通過對兩個變量進行合理賦值（如表1中行業推薦數據），再次運行相關指令將實現圓柱的自動參數化建模。

如圖3連接板零件機構示意，其各個孔位置與連接板總體外形長度和寬度并無統一標準。對于此類參數值并非源于手冊或標準的，本文采用函數運算的方式獲得。軌架對接板裝配于槽鋼內部，主要起連接作用，其寬度與槽鋼的型號聯系起來，djb_h=（h-4×t），定義其長度是寬度的三倍，即djb_l=3×（h-4×t）。八個孔的位置與大小與對接板的大小有關，根據實際情況孔的位置可表示為：

w_djbk1x=-（21*（h-4*t）/16）

w_djbk2x=-（3*（h-4*t）/16）

w_djbky=（h-4*t）/4

3 相同拓撲結構的零件間裝配

裝配體的自動建模過程涉及基于給定的總體設計尺寸，求解各零件控制尺寸及裝配尺寸。完成零件的建模，并基于裝配關系完成各零件相對位置的確定。以圖4所示輥子輸送線總體結構為例，當根據實際需要給定槽鋼型號、輸送線長度、高度等核心驅動尺寸后，預設指令集將完成包括輥子、支腿、側軌架、連接板等控制參數的求解并實現零件建模。

裝配關系的實現通過準確設定參考元素來實現。執行過程通過參考面、參考線（軸）、參考點來實現。以下指令，語句3，用于選中ID2的基準面進行裝配關系設定，此處的基準面是在零件繪制完成后利用遍歷添加的，與零件表面重合。所以需要選擇某個零件表面進行配合時，都會提前添加基準面。

boolstatus=Part.Extension.SelectByID2（“基準面5@814-1@”&asmname，“PLANE”，0，0，0，True，1，Nothing，0）（語句3）

Set myMate=Part.AddMate5（0，1，False，0，0.001，0.001， 0.001，0.001，1.5707963267949，0.5235987755983，0.5235987755983，False，False，0，longstatus）（語句4）

在此基礎上可通過語句4添加與基準面ID2之間的配合關系，第一個參數是配合的類型，0（swMateCOINCIDENT）代表重合;第二個參數是對準類型;第三個參數是是否翻轉零件，True翻轉，False不翻轉。

4 結束語

本文提出一種基于SolidWorks API開發平臺，通過Visual Basic語言進行程序設計的系列化機械結構自動三維建模方法。參數化建模過程總體上經歷錄制基本鼠標操作代碼，根據需要參數化處理相關代碼的指令調試過程。成功實現對包括輥子、支腿、側軌架、連接板等基本零件的參數化建模。通過遍歷面的方式，為有裝配要求的參考元素建立參考基準并通過引用此基準的絕對ID實現裝配關系的設置，從而完成了輥子輸送線整套裝配體的參數化自動建模。

本文通過典型輥子輸送線系列化產品為建模對象，驗證此方法的有效性，所提出的參數化自動建模方法有助于顯著提高機械設計效率、便于批量評價新結構性能，為進行大樣本產品優化設計提供可行途徑。

參考文獻：

[1]汪林，杜玉祥，何雪浤.大型裝配體的SolidWorks參數化建模方法[J].機械設計與制造，2018（10）：173-175+179.

[2]范素英.基于VB的SolidWorks個性化參數化建模研究[J].裝備制造技術，2013（9）：44-46+50.

[3]江洪，魏崢，王濤威.SolidWorks二次開發實例解析[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4]陳永康.SolidWorks API二次開發實例詳解[M].北京：機械工業出版社，2018.

[5]王皓輝，殷國富，陳果，等.基于SolidWorks的機床夾具標準件三維圖庫的開發[J].機械，2007（4）：50-52.

[6]文小炎，史良蟾.輥子輸送機的概況與分析[J].汽車科技，1996（4）：1-5.