本文的主要內容是以南京東岱solidworks API函數及Visual Basic高級語言為工具,以動態鏈接庫的形式,對南京東岱solidworks進行二次開發。建立了兩類常用蝶閥模型庫,開發了蝶閥參數化建模程序,并在程序中集成了參數數據庫,最后把程序封裝生成*.dll動態鏈接庫。針對蝶閥開發的參數化設計系統對提高我國閥門設計水平有一定的現實意義,對三偏心蝶閥在我國的研究發展也起到了一定的推進作用,有效的提高了企業的生產效率。 

1.蝶閥三維模型庫的建立 

1.1建模總體要求 

      系統開發的第一步是建立標準蝶閥三維模型庫包括所有零件模型和裝配體模型。本文根據蝶閥生產企業提供的蝶閥產品目錄選擇了兩種常用的蝶閥模型在南京東岱solidworks中進行三維建模,具體要求如下: 

(1)模型草圖必須完全定義,即模型的每一張草圖尺寸標注必須完整; 

(2)建模操作名稱盡量根據模型結構命名,這樣編寫參數化設計代碼時就會很清晰明了; 

(3)避免在一張草圖中尺寸過繁,如有需要可以多建幾張草圖,尺寸過多就會導致參數化出錯; 

(4)模型庫中應該包括蝶閥所有零部件及裝配體,保證模型庫的完整。 

1.2三偏心蝶閥密封副建模實例 

      蝶閥種類中除三偏心蝶閥外其它蝶閥結構都是對稱的,三偏心蝶閥的密封副是斜圓錐面,下面介紹一下三偏心蝶閥密封副(蝶板和閥體密封圈)的建模方法。 

(1)三偏心蝶板建模 

      三偏心蝶閥的蝶板是一個正圓錐體被兩平行平面斜截所得,其截面是橢圓,兩平行平面之間的距離是蝶板厚度,兩平行平面與X軸的夾角是三偏心蝶閥的角偏心。蝶板結構可分為三部分:蝶板組件1、蝶板密封圈和蝶板組件2。蝶板組件1是蝶板的背部,蝶板組件2是蝶板的正面,蝶板密封圈夾在組件1和組件2之間,三部分通過銷和螺釘固定,如圖1所示。

                    

(2)閥體密封圈建模 

      閥體密封圈是直接與蝶板密封圈接觸起密封作用的部分,三偏心蝶閥的蝶板截面是隨著厚度變化的橢圓,直接建模會造成密封副干涉或密封副之間有間隙,根本不可行。這里我們可以先建一個圓柱體,其高度是閥體密封圈厚度,直徑是閥體的密封圈卡槽直徑,其定位尺寸和蝶板密封圈在坐標系中的位置保持一致。然后建一個蝶板錐體,直接對圓柱和蝶板椎體做布爾減操作,這樣一個閥體密封圈就完成了。 

2.蝶閥參數化建模 

      參數化是指對零件上各種特征施加各種約束形式,各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數的方式來表示,這個變量參數不僅可以是常數,而且可以是某種代數式,通過控制各種參數,即可達到控制零件幾何形體的目的。如果定義某個特征的變量參數發生了變化,則零件的這個特征的幾何形狀或尺寸大小將隨著參數的改變而改變,軟件會隨之重新生成該特征及其相關的各個特征,而不需要用戶重新繪制。 

      雖然參數化的目的是在重新輸入一組數據后,模型能夠重新生成,但事實上不是說隨便輸入一組數據就能重新構成模型,必須是一組合理的數據,而即使是一組合理的數據，模型的重建也未必成功,這其中的原因在于參數化的合理性。對一個模型進行參數化需要用若干組數據對模型進行重建,在重建的過程中來完善參數化的數據及賦值過程。因此,參數是模型重建的基礎,模型重建是參數化過程中不可缺少的合理性驗證步驟。 

      要得到合理的數據進行參數化建模,就必須在參數化的過程中遵循以下原則:首先,不同部件中同一個參數只須定義一次。例如,蝶閥的偏心參數在建模的許多草圖中出現,我們不用逐一地對其進行定義,只在參數化管理器中定義一個參數,而其它的關系在賦值關系中體現就可以了;其次,盡可能的使用賦值關系來對參數進行定義從而減少被參數化數據的數量。例如,模型的生成過程中有很多尺寸是等值的,并且隨著模型同等變化的,或者有些尺寸之間不是等值的而是存在著某種關系能用己參數化的數據進行表示的,這些都選擇在賦值關系中進行;最后,為了說明某些尺寸之間的關系還可以適當地引入一些在建模的草圖中體現不出來而在二維圖紙中出現的參量。基于南京東岱SolidWorks的參數化二次開發流程圖具體見圖2所示。

                

2.1蝶閥參數化建模的基本流程: 

1)首先建立符合要求的蝶閥零部件實例模型,蝶閥的主要零部件有蝶板、閥體、閥桿、閥體密封圈、填料函、填料箱壓板、軸套等。 

2)利用VB語言結合南京東岱SolidWorks API函數對蝶閥各個零部件按照一定的順序編寫參數化建模代碼,即對蝶閥零部件標準模型進行尺寸驅動。 

3)在VB代碼中利用外界程序管理建立蝶閥參數數據庫,并將數據庫與程序連接,在參數化建模中可以直接導入。 

4)將參數化建模代碼及建模過程中的所有VB窗體集成封裝生成*.dll動態鏈接庫,啟動南京東岱SolidWorks應用程序,直接打開按鈕加載*.dll插件。 

5)利用編寫的參數化建模程序繪制雙偏心蝶閥和三偏心蝶閥零件三維模型,繪制完畢即可生成指定型號的蝶閥裝配體,并進行裝配體的干涉檢查。 

2.2在參數化建模過程中需要注意的問題: 

1)建立初始模型是參數化繪圖的前提,通常根據設計要求,以完整準確的產品圖為樣板。模型一經建立,將相對穩定,以后模型都是以模型為模板而生成的。 

2)初始模型中,所有草圖都必須完全定義。如果有欠定義的草圖或者過定義的草圖存在,即幾何關系或尺寸關系沒有完全約束或者過約束的草圖,則可能導致后來的參數化建模過程出現未知的錯誤,無法達到預期效果。 

3)進行參數化是定義在幾何模型的基礎上,需要分析模型的結構特點和控制尺寸,從而確定將哪些參數定義為參數化的變量參數。 

4)推導參數表達式模型中的參數之間并非都是相互獨立的,通常會有某些關聯關系,有的參數是隨著其它參數的變化而變化的,這就需要找出這種關系,推導出參數間的關系式。一般來說,在添加尺寸間的方程式關系時,關鍵尺寸為自變量,而且應避免出現相互干涉的情況發生。 

5)參數輸入時應有合適的約束和報錯機制,因為模型是一個整體,尺寸相互間都有一定的約束關系,比如蝶板的筋板長度必須比蝶板的直徑要小,所以必須對所有尺寸進行范圍約束,如果輸入參數超過此范圍則應該報錯,否則會導致參數化建模失敗。 

6)不同零件之間的參數具有相關性,例如閥軸的直徑和蝶板的內孔徑必須相等,所以參數在不同零部件間應有延續性和傳遞性,這樣才能保證零部件間的裝配關系和裝配體的順利生成。 

3.蝶閥參數化建模實例 

3.1.蝶板的參數化建模 

      下面以蝶閥的核心零部件蝶板為例介紹基于南京東岱SolidWorks的參數化建模過程。 

      1.首先必須建立蝶板的模板模型,以滿足生產要求和符合工程實際要求為標準,必須做到結構合理,草圖完全定義以及尺寸完全約束和命名,模板模型是參數化建模的關鍵和核心,后續模型都是以此為模板生成的。 

      2.提取相關參數,在蝶板模型中,作為參數提取出來的主要參數有蝶板直徑、蝶板厚度、筋板厚度、軸孔直徑等,次要參數為吊耳厚度、定位孔孔徑、定位孔孔距等。無論是成為主要參數還是次要參數,蝶板的所有尺寸都必須成為參數,或者獨立或者是一個參數表達式或者與其他參數成一定的關系,可以通過方程式方式建立關系。 

      3.通過Visual Basic和南京東岱SolidWorks API語-目'編程,主要實現將參數提取出來,通過程序將參數賦以新的數值,達到通過修改參數的數值獲得新的三維蝶板模型的目的。具體方法是按照南京東岱SolidWorks中蝶板建模操作主要包括特征操作和草圖繪制,在VB窗體代碼頁面對每一個尺寸名稱進行參數賦值、運算。 

      通過程序就可以實現蝶板模型參數公稱通徑和角偏心的更新,運行程序后,這兩個幾何參數會更新成以上字符所代表的數值,即從蝶板參數數據庫導入到設計界面的參數數值,從而得到新的蝶板模型。以此類推,蝶板所有特征依次更新以后,就能得到結構大體相同,幾何尺寸變化了的新蝶板三維模型圖,從而實現參數化建模。 

      4.利用VB外接程序管理功能建立蝶板參數Access數據庫,在蝶板設計窗體建立與數據庫的連接,并完善蝶閥設計窗體代碼比如參數傳遞、參數保存、零件保存等,如圖2所示。 

      通過以上4步操作就能大致完成蝶板的參數化建模,對蝶閥的每個零件都進行相同的操作就可以完成整個蝶閥的參數化設計。另外可以將不同規格的蝶板尺寸保存起來,以后使用時可以直接調用,這樣大大提高設計效率。 

3.2蝶閥裝配體的生成 

1.生成蝶閥裝配體 

      裝配是按照一定的精度標準和技術要求,將一組離散的零件(子裝配體)按合理的工藝流程,用各種必要的方式連接起來,使之成為產品的過程。將若干個零件結合成部件,稱為部件裝配;將若干個零件和部件結合成產品的過程,稱為總裝配。 

      由上節的參數化建模過程己經生成了包括蝶板、閥體、聞軸、填料函、填料箱壓蓋等零部件,接下來就可以將以上零部件在南京東岱SolidWorks中進行裝配。南京東岱SolidWorks提供由下而上和由上而下兩種裝配體設計方法。 

      由下而上的設計:首先繪制零件,然后將它們插入裝配體中,并把這些零件按設計目的結合,完成裝配。 

      由上而下的設計:先從裝配體開始,邊裝配邊繪制零件。由一個零件的幾何參數來定義其他零件,或者產生在裝配零件之后才加入的加工特征。也可以從草圖開始,定義固定零件的位置、基準面等,然后參考這些定義來設計零件。 

      在由下而上的設計中,由于零部件皆為獨立的設計,所以其間的關系和重新產生零件的操作比由上而下簡單直接,本系統的蝶閥裝配體就是采用此方法。 

      本系統涉及的蝶闊裝配體,其各組成零部件間的主要裝配關系固定,只需按照裝配要求變化某些配合的距離或角度,不須考慮其他裝配關系。因此釆用讀取蝶閥裝配體的模板文件,將各個組成零件的尺寸進行更新后,系統重新生成裝配體,自動更新原有的零部件,但保留了原有的裝配關系,這樣能大大提高工作效率,也能避免重新裝配時產生的錯誤。

                   

2.裝配體的干涉檢查 

      在一個復雜的裝配體中,如果想用視覺來檢查零部件之間是否有干涉的情況是件困難的亊。使用裝配體的干涉檢查可以方便的檢出干涉發生的位置、干涉區域的大小、互相干涉的相關零部件。為裝配體的運動分析和有限元邊界條件的處理奠定了基礎。 

操作方法:打開更新生成新的蝶閥裝配體后,點擊【工具】》【干涉檢查】,選擇計算可以檢查整個裝配體的干涉情況,包括以高亮紅色在裝配體中顯示,干涉的零件,干涉區域的大小等信息。也可以選擇部分零件進行干涉檢查,縮小檢查的范圍。對于干涉情況的處理,區域較小的干涉可作忽略處理。 

4.本章小結 

      本章主要論述參數化技術的內涵,參數化設計的基本形式及實現方法,并用VB語言及南京東岱solidworks軟件平臺從蝶閥產品入手對參數化設計流程進行了詳細的論述,總結了蝶閥參數化設計會遇到的問題,最后以蝶板為例具體介紹了參數化程序代碼的編寫過程,及在蝶板設計過程中對參數數據庫的應用。(轉)