換熱翅片級進模沖孔機構參數化設計研究

祝夢臣，汪洪峰，2

(1.安徽理工大學 機械工程學院，安徽 淮南232001；2.黃山學院 機電工程學院，安徽 黃山245041)

1 引 言

沖壓模具產品廣泛應用于機械工業、日常用品等眾多領域，在國民經濟體系中占有舉足輕重的地位。換熱翅片級進模作為一種“精密、復雜、長壽命”的連續沖壓模具，產品主要應用于制冷散熱領域的諸多設備中，如空調、冰箱、船舶和汽車的熱交換器[1]。我國空調、冰箱、汽車的保有量及生產量均居世界前列，換熱翅片需求量巨大。傳統模具的二維設計效率低下，從設計到拆圖費時費力。此外，為了加快模具生產周期和節約加工成本，設計人員往往大量使用標準件。市場上雖然存在很多含有標準件的插件，但是它們不具備針對性，模具設計人員甚至安裝數個插件也很難滿足標準件的全部調用，換熱翅片級進模所用到的標準件包括各類廠家生產的緊固件、定位零件、軸系零件、卸料零件、氣動零件和導向零件等。因此，企業有針對性地開發換熱翅片級進模標準件庫和參數化裝配體具有重要的現實意義。

CAD是工程設計人員必不可少的設計工具，隨著現代制造業的發展，面對專業建模人員的緊缺和軟件功能提升的需求[2]，二次開發技術應之而來。眾多學者對CAD二次開發技術進行了研究，促進了機械參數化設計領域的長足進步。阮勤超等[3]基于SolidWorks 平臺，采用 VB 語言結合 Access 數據庫，通過配置技術和尺寸驅動法，實現了斜楔機構的參數化建模。朱增寶等[4]采用VB 語言以獨立運行EXE軟件方式開發了集計算、強度校核和裝配為一體的行星齒輪系統。姚慧等[5]利用Visual C++開發出友好的人機交互界面，實現了滾動軸承標準件庫的建立。

二次開發技術在機械產品設計中的應用越發廣泛，前人雖然開展了大量的研究，但對換熱翅片級進模的二次開發卻鮮有報道。為此，本文選擇換熱翅片級進模典型性的四步進沖孔機構進行二次開發，以SolidWorks為平臺利用尺寸驅動法，通過創建插件的形式實現了標準件的快速建模調用和沖孔機構裝配體的參數化設計。

2 標準件庫的二次開發

2.1 標準件庫的結構設計

在開發標準件庫時通過分析企業所需標準件的結構和尺寸參數，實現標準件模板精確建模，以保證驅動參數時生成的新模型準確可靠。標準件二次開發結構圖如圖1所示。

圖1 標準件庫二次開發結構圖

標準件庫二次開發模塊包括二維結構圖庫、人機交互界面、標準件數據庫、標準件模板模型庫和參數化程序5個部分。將標準件的二維結構圖插入到人機交互界面中，可以使其結構簡單明了地呈現在設計者面前，方便設計。標準件模型的關鍵尺寸是與數據庫中數據對應的變量，從人機交互界面調用數據庫中的標準件零件名稱和驅動數據后，參數化程序將驅動標準件模板關鍵尺寸，最終生成所需要的新模型。

2.2 標準件人機交互界面設計

Visual Studio 以 VB.Net、C++、C#等為編程語言[6]，囊括了整個軟件生命周期所需的大部分工具，集成化的開發環境、敏捷開發項目模板和可視化編程方式使其成為最流行的Windows 開發平臺[7，8]。C#是一種運行于.NET Framework 之上的面向對象的高級程序語言[9]，它既有VB.Net 簡單易學的優點又有C++強大的功能[6]，是.NET 開發的最佳語言之一。文中通過Visual Studio2013 建立C#的SwCSharpAddin 模板，在此基礎上開發出友好的人機交互界面。限于篇幅，本文只展示部分標準件人機交互界面，內六角螺釘和鋼制壓入式臺階式導套的人機交互界面如圖2、圖3所示。每個標準件均為獨立的對話框窗體構成，界面由圖像、超鏈接標簽、組合框、文本框、標簽和按鈕控件組成，簡潔直觀，使用方便。設計者通過組合框選擇數據庫中的標準件零件名稱，對應的驅動數據會自動更新并填充到文本框中。因此，人機交互界面對標準件數據庫和模板模型庫的連接起到至關重要的作用。

圖2 內六角螺釘人機交互界面

圖3 鋼制壓入式臺階式導套人機交互界面

2.3 標準件數據庫建立與連接

換熱翅片級進模沖孔機構標準件種類較多，通過查閱國家標準、機械行業標準和供應商零件圖庫，準確詳細地對各個標準件的驅動數據進行統計。采用SQL Server2014 創建標準件數據庫，每一個零件數據對應一個數據表。

系統采用C#語言結合Visual Studio2013 實現了SQL Server 數據庫與SolidWorks 的連接。利用ADO.NET 訪問 SQL Server 數據庫[10]，通過 Connection 對象連接SQL Server 標準件數據庫，通過Com-mand對象來操作數據，應用數據適配器DataAdapter對象實現DataSet對象存取數據。

2.4 尺寸驅動法驅動標準件

啟動程序獲取由SQL Server 建立的標準件數據庫中零件名稱和驅動數據，調用Directory：：Exists(string path)判斷新模型保存路徑文件夾是否存在，如果不存在則利用 Directory：：CreateDirectory(string path)新建保存路徑文件夾；然后通過 File：：Exists(string path)判斷新零件名稱是否已經在保存路徑文件夾下，若存在則利用 File：：Delete(string path)刪除；再將標準件庫中的模型利用File：：Copy(string sourceFileName, string destFileName, bool overwrite)以新零件名稱復制到指定保存路徑文件夾下，最后調用ModelDoc2：：Parameter()獲取和修改標準件的尺寸，生成新模型。

3 沖孔機構的參數化設計

3.1 沖孔機構方程式的約束

在裝配體的設計過程中，方程式約束可以達到尺寸關聯的目的。用添加方程式的方式來體現沖孔機構步距、列距和列數為全局變量參數下的關聯尺寸，可以減少交互界面數據輸入工作。如圖4 為沖孔機構示意圖，其主體為墊板、凸模固定板、凹模套固定板、卸料板、壓板和凹模固定板，建模時對主體零件和裝配體添加方程式，通過裝配體中的全局變量關聯主體零件的方程式，達到尺寸聯動效果。但過多的添加方程式會使得手動修改尺寸較為麻煩，因此通過參數化程序計算并賦值尺寸和添加方程式結合可使二次開發高效、實用。

圖4 沖孔機構示意圖

3.2 沖孔機構參數化結構設計

圖5 所示為沖孔機構裝配體參數化結構圖，裝配體參數化模塊由零件二維結構圖庫、人機交互界面、替換零件庫、裝配體模板、工程圖模板和參數化程序組成。裝配體模板中的標準件和非標準件并非固定不變的，可以根據設計需求進行替換和修改。當設計人員通過人機交互界面選擇需要的標準件型號和輸入合適的參數時，參數化程序會替換標準件、打包裝配體、遍歷裝配體和修改零件尺寸，最終達到生成所需裝配體的目的。

圖5 沖孔機構裝配體參數化結構圖

3.3 人機交互界面設計

沖孔機構人機交互界面如圖6 所示，為獨立窗口，由圖像、組合框、文本框、標簽、超鏈接標簽、按鈕和分組框控件組成。導套、導柱、滾珠架和彈簧的型號以及內六角螺釘的個數、間距由組合框下拉選擇；分組框控件分別將沖孔凹模、沖孔翻邊凹模套、沖孔凸模、導正凸模、導正凹模套和制件分割成可供單獨識別的部分，便于區分。翅片制件的雙眼皮高度、雙眼皮直徑、翻邊孔直徑、最大翻邊高度和最大料厚與分組框內各零件的部分尺寸有關聯，通過按鈕控件“計算”體現相關尺寸，可以避免人工計算帶來的失誤和節約設計時間。在人機交互界面開發了二維結構圖，以方便準確識別、填寫分組框內各個零件的尺寸信息。在打包裝配體時添加前綴、后綴對零件和裝配體更改名稱，避免與裝配體模板及零件重名。設計人員通過修改文本框中的數據和選擇組合框中的型號就能實現沖孔機構的設計。

3.4 沖孔機構參數化設計的實現

AssemblyDoc 對象提供操作裝配體的方法，參數化驅動裝配體可以通過ModelDoc2 得到AssemblyDoc 對象。沖孔機構三維模型如圖7 所示，其參數化過程分為以下步驟。

1.在按鈕控件“計算”下，對于有“雙眼皮”結構的翅片制件寫出雙眼皮高度、雙眼皮直徑、翻邊孔直徑、最大翻邊高度和最大料厚與各零件尺寸的計算關系。無“雙眼皮”結構的制件不影響分組框內零件驅動模具中對應孔尺寸。

圖6 沖孔機構人機交互界面

圖7 沖孔機構三維模型

2.不同列距、步距和列數下沖孔機構的標準件的型號和數量往往有所差異，調用AssemblyDoc：：ReplaceComponents()選擇對應的標準件替換掉現有裝配體中的標準件，調用 ModelDoc2：：EditDelete()刪除多余的零件和裝配體特征。

3.調 用 SwAddin：：PackAndGo(ModelDoc2 swDoc,string sPackPath, string sPrefix, string sSuffix)打包裝配體、零件和工程圖模板至指定位置。在打包時程序讀取到人機交互界面輸入的前綴、后綴，自動添加到零件和裝配體的名稱中，避免了更改名稱的問題。參數化完成后打開工程圖會自動更換新結構尺寸，減少了出圖工作量。

4.調 用 EquationMgr：：Equation(int Index, string Equation)獲取與修改相應索引位置的方程式。沖孔機構裝配體中存在“沖孔列距”、“沖孔步距”和“沖孔列數”3個方程式全局變量，并對應人機交互界面3 個文本控件，通過人機交互界面直接修改方程式全局變量，方便操作。

5.遍歷沖孔機構裝配體，獲取子裝配體和每一個零件的名稱。調用AssemblyDoc：：GetComponents(bool ToLevelOnly)獲得當前配置中的所有部件對象，通過 Componet2：：GetModelDoc2()獲得該部件的文檔對象，再由 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)從路徑字符串中得到零件名稱。

6.調 用 Path：：GetFileNameWithoutExtension(string path)得到需要修改尺寸的零件名稱，再用ModelDoc2：：Parameter()方法獲取或修改相關零件的尺寸。

4 結 論

本文采用C#語言在Visual Studio2013 環境下結合SQL Server2014 數據庫，通過創建插件的形式開發了換熱翅片級進模沖孔機構CAD系統。

1.通 過 ADO.NET 結 合 Visual Studio 實 現 了SolidWorks 與SQL Server 數據庫的連接，完成了標準件庫的開發，設計者通過人機交互界面選擇標準件型號即可對標準件快速調用。

2.建模時對主體零件和裝配體添加方程式，通過裝配體的全局變量關聯主體零件的方程式，達到尺寸聯動效果。利用ModelDoc2 下AssemblyDoc 對象提供的操作裝配體的方法完成了沖孔機構裝配體的參數化設計。參數化后打開零件工程圖會自動更換新結構尺寸，減少了出圖工作量。

3.在人機交互界面開發出計算功能，解決了設計和計算相互脫節問題，計算結果通過程序直接賦值并驅動對應的零部件尺寸，減少了設計人員單獨計算出錯的概率。

4.本文所述方法具有參考性，對其他機械產品的二次開發具有借鑒意義。