基于SolidWorks的组合夹具构件自动建模方法

2013-06-27 by:广州Solidworks培训中心来源:仿真在线

基于SolidWorks的组合夹具构件自动建模方法

Solidworks是美国三维机械设计软件Solidworks公司设计的,其功能强大,简单易用,是新一代以创新著称的人性化的CAD/CAM系统。它在企业的信息化建设领域提供了完整、实用的解决方案,已广泛应用于航空、航天、铁道、兵器、电子和机械等领域。

自动建模是指针对于特定的产品,根据用户输入的参数或者根据运用CAD系统进行设计产生的数据结果,系统可以动态地自动生成所需模型的过程。目前设计人员在设计组合夹具时,用到的元件绝大部分是组合夹具厂商提供的,虽然目前大多数CAD软件都提供部分标准件库供设计人员重复利用,但是其数量远远不能满足组合夹具行业的需求,尤其是对构件的实际需求。组合夹具主要面向单件小批量生产,许多具有典型功能结构的夹具随着产品的加工结束,也就消亡了。为了充分利用已有的设计经验,研究如何将组合夹具中的典型功能结构作为一个功能构件存储下来,实现其自动建模,就很有意义。本文通过研究SolidWorks API(Application Programming Interface),利用Vc++对其进行编程,较为方便地实现组合夹具构件的自动化建模,完成组合夹具构件建库。

1 组合夹具元件自动建模的方法

组合夹具构件库建立的基础是组合夹具元件库,因此首先介绍组合夹具元件的自动建模方法。对于基于几何特征的自动建模,SolidWorks为用户提供了下述两种开发方法:

(1)宏技术。利用宏,从内部编程角度操作solidworks对象,然后利用语言编程实现自动建模。如建立一个六角头螺栓的模型,录制其造型过程,建立一个宏文件;然后用变量代替宏文件中的关键数据,而这些变量的数据来源为螺栓数据库下的某种螺栓类型数据表,这样就可以利用语言编程方便地实现自动化造型。这种方法的缺点是使零件模型与语言程序混在一起,不能实现用户自己添加元件,建库柔性差,对元件库进行维护的人员要求较高。

(2)尺寸驱动技术。利用尺寸驱动原理,从外部编程角度操作Solidworks对象,实现自动建模,其基本原理见图1。尺寸驱动是指在零件几何特征不变的约束下,把零件的尺寸参数作为尺寸驱动变量,并在模板中定义变量间的约束关系,当给定尺寸驱动变量的值时,就可生成相应参数化的零件,这种技术实现了零件模型与语言程序的有效分离,使它们之间的耦合性变小,便于用户自己添加元件,建库方便,柔性高,对维护人员要求不高,从实用性和有效性的角度考虑,针对组合夹具元件特点,本文采用第二种技术。

图1 组合夹具元件尺寸驱动原理图

2 组合夹具构件建模的关键技术

2.1 组合夹具构件的自动建模原理

组合夹具构件是指由一定尺寸约束关系的各个组合夹具元件组装而成的,具有一定功能的装配体。组合夹具构件建模是建立在组合夹具元件模型基础上的,主要利用所包含的组合夹具元件自动建模原理和元件之间的相互尺寸参数约束方程,来完成构件自动建模。当给定一个组合夹具构件模型,必须定义它的约束方程,否则,就会造成构件中每个元件之间驱动尺寸参数没有规则约束,构件中元件的类型参数匹配就会变得庞大,而且很多参数类型根本不能生成合理的构件图,成为参数冗余。相反,约束方程定义越准确越完备,构件中参数类型匹配结果就越准确。然后,通过提取定义的完备约束方程式和分析方程式,从组合夹具元件尺寸数据库中就可以自动查找符合约束方程的尺寸参数规格形成构件驱动参数视图。用编程语言可以调用Solidworks API来读取各个零件和它们对应的尺寸驱动参数,利用元件参数化的方法,就可达到组合夹具构件自动建模目的,自动建模的原理见图2。

2.2 构件模板建立

构件模板建立是构件参数化的基础,所谓模板是指具有某些属性的、参数化的、大小可变的三维几何实体。这种几何实体在相关研究中被称之为“哑图”或者“母板”,组合夹具元件库中的每个元件都是模板文件,它们都是可参数化的,由模板、属性、数据和规则组成。因此,构件模板建立最简单的方式就是利用元件模板建立,构件中各个元件之间要设定出尺寸约束方程式,这些尺寸约束方程式表达了各元件之间的相互约束关系,是构件参数化的基础。各元件之间的尺寸约束方程式可在Solidworks中工具菜单下的方程式子菜单中设置完成。

图2 组合夹具构件自动建模原理图

2.3 提取约束方程式

从图2可以看出从构件模板图形文件中读取和分析约束方程式是构件自动建模的关键。装配约束方程式存储在构件模板文件中,是在绘制构件模板时,利用Solidworks设定方程式对话框设定的。一般一个装配文件中含有多个装配约束方程式。Solidworks中装配约束方程式的一般形式为“l@草图@part1-1”=3*l@草图@part2-1”。我们可以利用Solidworks API将约束方程式从构件的装配图中提取出来,其核心代码如下:

通过上述代码,就可以得到构件的每一个尺寸约束方程式字符串equation,方便以后的处理。

2.4 约束方程式分析

因为构件定义要求各个元件之间要有一定的尺寸约束关系,所以组成构件的所有元件都存在于约束方程式中。假设模板中所建的方程式是完备的,我们就可以用约束方程式作为约束条件,分析所有的尺寸约束方程,得到所有元件尺寸参数之间的关系。利用这些关系,在所建的元件驱动参数表中,查询到满足所有约束条件的所有元件参数匹配视图,以此作为构件驱动参数视图。

以图2中的表为例,假设构件中只有两个元件part1和part2,约束方程为“l@草图@part1-1”=“l@草图@part2-1”,则从此约束方程式中,分析可以得到查询条件part1视图中的l@草图=part2视图中的l@草图,从而得到驱动参数视图。这是最简单的情况,如果构件中约束方程式较多,则须对每一个方程式都进行上述的语义分析,得出每一个查询条件。最终综合所有的查询条件,从数据库表中得到一个满足所有查询条件的型号参数匹配视图。

2.5 参数驱动

从图2中我们还可以看到,构件的参数驱动过程实际上是所包含全部元件的参数驱动,但是要完成元件的参数驱动,必须从构件中获取每个元件操作的指针和需要的驱动参数视图中的数据,再根据元件的自动建模方法,完成构件中各个元件相应的参数化,最后构件整体重新建模,完成构件的自动建模。其中组合夹具元件参数化的核心代码如下:

3 运行实例

通过以上分析及建模,目前组合夹具构件库已经开发成功,可以满足组合夹具人员进行构件设计要求,避免了重复构件的设计,提高了组合夹具设计的效率。用户界面如图3所示。

图3 组合夹具构件用户界面

4 结语

SolidWorks不仅是一个优秀的、广泛应用的通用三维CAD软件平台,而且还为用户提供了强大的二次开发包SolidWorks API,极大地方便了用户的开发和应用。本文中详细介绍了通过Solidworks API进行组合夹具构件库自动建模的原理和关键技术,最后通过一个实际例子,开发了组合夹具构件库系统,在实现计算机辅助夹具设计系统方面做出了有益的尝试。

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