基于SolidWorks 冲模标准件参数化设计研究

张信群

(滁州职业技术学院 汽车工程系，安徽 滁州 239000)

随着三维CAD 技术的出现，极大地推动了模具工业的发展，使模具零件设计和模具结构设计可以在非常直观的三维环境下进行。SolidWorks 作为一种简单、易用的三维设计软件，在我国模具企业中得到越来越广泛的应用。

由于冲压模具属于标准化程度较高的工艺装备，如果各种模具标准件能够直接从CAD 系统中建立的标准件库中直接调用，则可以缩短新产品的开发周期。在我国模具企业推广冲压模具标准件的参数化设计是实现模具标准化的有效途径。

1 参数化设计的原理和方法

1.1 参数化设计的原理

对于某一种规格标准件建立起来的三维几何模型中包含着几何约束，这些几何约束又可以分为结构约束和尺寸约束。结构约束是指零件各几何元素之间的固定关系，如各几何元素之间的相对位置关系(平行、相切、对称等)、建模过程中的“拉伸”、“倒角”等特征关系，结构约束对于标准件的系列零件是均保持不变的。尺寸约束是零件各几何元素之间的数值关系，通过尺寸标注来表示，包括数值相同的不变尺寸和控制零件形状结构发生改变的尺寸，后者称为特征尺寸。参数化设计的原理是先建立标准件的初始几何模型，将特征尺寸设定为可以任意调整的变量参数，当变化一个参数值，系统将自动改变所有与它相关的尺寸;用户通过赋予变量参数不同的数值来修改和控制几何形状，自动实现整个零件模型的完全更新。

冲模标准件是国家标准规定的系列零件，如图1 所示为在SolidWorks 环境下创建后角导柱下模座的三维模型，完整过程包括:建立4 个“草图”文件和2 个“基准面”、3 次“拉伸”、1 次“拉伸—切除”和6 次“倒角”，整个建模过程比较繁琐，共需要标注31 个控制模型各部分形状结构的尺寸(其中包括有一部分尺寸是重复的)，但不是每一个尺寸在建立标准件库时都需要调用的。

图1 后角导柱下模座的三维模型

经过分析和换算，该实体造型的特征尺寸共有12 个，如图2 所示。参数化设计就是着眼于对这12 个特征尺寸所对应的变量参数赋予不同的数值，后角导柱下模座零件结构就会随之改变，因此是一种高效的设计方法。

1.2 参数化设计的方法

1.2.1 传统的参数化设计方法及其不足

模具标准化在企业已经越来越得到重视，目前在模具企业中也逐步开始引导技术人员在模具标准件设计中引入参数化设计方法。传统的参数化设计方法是直接通过C、VB、VC 等高级程序调用SolidWorks API 函数绘制三维造型，三维造型完全由程序生成，这种方法称为编程法。

SolidWorks 提供了几百个API 函数，用户SolidWork 软件自带的宏工具录制零件造型的全过程，通过修改宏程序代码将选定的变量参数与API函数对接，用指定的数值或程序计算出的数值作为API 函数变量的值，并按该值重新完成整个三维造型过程。

编程法的主要不足在于:

(1)完全依赖录制的宏程序代码来描述建模的过程，程序代码繁杂、冗长。零件重新造型时，需要从头到尾地执行一遍程序，时间比较长、效率低，并且系统的可维护性差。

(2)对于复杂零件的建模过程，使用宏工具录制时难免会有遗漏，导致宏程序代码不完整，因此重新造型生成的零件结构会有残缺。

(3)如果要得到没有残缺的再造型零件，用户就必须使用SolidWorks API 函数自行编写程序代码，来补齐宏工具录制遗漏的过程。但是Solid-Works 内部有几百个API 函数，对于没有熟练掌握高级编程语言的设计人员而言，难度很大，并且查找、核对宏代码的过程非常繁琐，也影响了模具设计的效率。

1.2.2 尺寸驱动法的原理和优势

由于我国中、小型模具企业的设计人员主要来自本科和高职院校的机械类专业的毕业生，在校期间学校均高度重视培养学生工程设计软件的实际操作能力，而对程序语言类课程则是忽略或淡化。工作后企业以生产为第一要务，也鲜有这方面的培训;同时繁重的工作任务也使他们没有精力再深入学习程序语言类课程。因此设计人员虽然能够熟练操作SolidWorks 软件，也能够认识到编程法在参数化设计中的重要性，但是实际应用却是力不从心。

本文主要探索另外一种参数化设计途径——尺寸驱动法，它只需要设计人员简单掌握任一种程序语言，就可以在SolidWorks 平台上完成。

尺寸驱动法是在编程法基础上发展而来的，尺寸驱动法的原理是对零件标准模型进行尺寸分析，确定变量参数，尺寸驱动程序只需修改这些变量参数的值，实现整个模型完全更新。

尺寸驱动法的优势在于:

(1)不需要使用宏工具录制零件整个造型过程，编写的程序代码是针对特定的变量参数，提高了系统运行的可靠性，避免了部分过程被遗漏。

(2)重新建模省去了编程法中重复所有造型步骤的过程，而只是更新改变的尺寸数值所对应的模型部分的结构，所以系统运行速度快，设计效率高。

(3)编写的程序代码总量大大减少，程序代码具有比较固定的格式，不要求设计人员掌握SolidWorks API 函数的具体含义也能完成。

由此可见，在模具企业推广参数化设计，应该优先选择尺寸驱动法。

2 冲模标准件参数化设计的流程

在冲压模具中，模座是最复杂的冲模标准件。本文以后角导柱下模座:250 × 200 × 50 GB/T2855.6－1990 为例，将尺寸驱动法与数据库Microsoft Access 相结合，实现其参数化造型。

2.1 建立后角导柱下模座参数化模型

2.1.1 在SolidWorks 界面建立初始零件模型

在SolidWorks 界面建立后角导柱下模座的零件模型，如图1 所示。

2.1.2 将特征尺寸设定为变量参数

后角导柱下模座零件模型的特征尺寸共有12个，只要对它们指定不同的数值，零件结构就会随之改变。

SolidWorks 系统会为标注的尺寸自动赋予尺寸名称，但是这种命名是随机的，没有规则可循，并且可以重复，不可以作为变量参数的名称。所以为了在程序代码中调用尺寸方便，应该将后角导柱下模座实体图中特征尺寸的命名为变量参数，其名称应尽量与国标的规定保持一致，如导柱孔直径命名为D1、D，其他变量参数还有:A1、R、S、A2、L1、b、L2、H、h、H1 (注:尺寸单位均为mm)，如图2 所示。

图2 后角导柱下模座的尺寸名称

2.2 建立人机对话窗口

2.2.1 选择合适的程序语言

任何支持OLE 或COM 的计算机语言都可以作为编程工具，常用的有C、VB 、VC 等，相比之下，VB 语言更加大众化，它保留了Basic 语法简洁、直观简便的特点，又充分利用了windows 平台的图形优势，为用户提供了一个直觉的、全新的软件开发环境和崭新的可视化软件开发工具。

针对每一种计算机语言(开发工具)，Solid-Works 软件提供了不同的接口连接方式。实现VB与SolidWorks 软件连接的程序代码如下:

(1)打开一个新的SolidWorks 实例

Sub main ()

Dim swApp As SldWorks. SldWorks.

Set swApp=GreateObject(，“SldWorks.Application”)

(2)连接一个已经运行的SolidWorks 实例

Sub main ()

Dim swApp As SldWorks. SldWorks.

Set swApp=GetObject(，“SldWorks.Application”)

2.2.2 建立人机对话窗口

建立一个VB 工程文件，将VB 窗体的界面设计成为一个人机对话窗口。在VB 窗体上添加如下控件:

(1)一个Image 控件。可以为用户显示图片。VB 程序运行时，适当地插入一些图形，会使VB窗体丰富多彩，且更加直观。

(2)一个Data 控件。作用是建立VB 工程文件与数据库Access 之间的联系。

(3)一个MSFlexGrid1 控件。它是微软的一个网格控件，用于数据库文件的显示及交互操作。

但是在VB 标准工具箱没有这个控件，需要用户添加，方法是打开“工程”菜单，在二级菜单中点选“部件”，在弹出的对话框中勾选Microsoft FlexGrid control 6.0 (SP6)选项即可。

(4)两个Command 按钮。分别命名为“建模”、“退出”，单击Command 按钮，可以达到程序执行和终止的目的。简单易操作，并且一目了然。

2.3 建立标准模座变量参数的数据库

国家标准规定的后角导柱下模座的规格较多，在参数化造型过程中所涉及的数据量很大，为了便于管理和调用，可以将标准模座的特征尺寸数值存储到用Access 建立的数据库文件中，构成参数数据库。

在本例中，运行Access 2000，建立一个空数据库文件，文件命名为“后角导柱下模座. mdb”，和后角导柱下模座的零件模型保存在同一个文件夹中。建立数据表如图3 所示，这种数据表实际上就是后角导柱下模座的变量参数数据库。

图3 后角导柱下模座数据表

2.4 编写的VB 程序代码

2.4.1 用Dim 语句定义变量

将后角导柱下模座实体造型的12 个变量参数定义为VB 程序变量，如对导柱孔直径D1、D 定义变量的程序语句为:

Dim swApp As Object

Dim swPart As Object

Dim D1 As Double

Dim D As Double

2.4.2 窗体加载图片程序语句

Private Sub Form_ Load ()

Image1. Picture=LoadPicture(App. Path ＆“下模座. JPG”)

本程序语句的作用是增强人机对话窗口的视觉效果，在程序运行之初，窗口中就能显示后侧导柱下模座零件的三维造型图片。

2.4.3 建立参数变量和参数数据表连接的程序语句

Data1. DatabaseName =App. Path ＆“ 下模座. mdb”

Data1. RecordSource= “表1”

本程序语句的作用是伴随着程序开始运行，在窗口中立即显示后侧导柱下模座零件的参数数据表。

用MSFlexGrid1 控件读取数据表中参数数值，如读取导柱孔直径D1、D 定参数值的程序语句为:

Private Sub MSFlexGrid1_ SelChange ()MSFlexGrid1.Col=2:D1=CDbl(MSFlexGrid1.Text)MSFlexGrid1.Col=3:D=CDbl(MSFlexGrid1.Text)

2.4.4 对参数变量重新赋值的程序语句

如对导柱孔直径D1、D 重新赋值:

swPart. Parameter(“D1@草图4”). SystemValue=D1 / 1000

swPart. Parameter(“D@ 草图4”). SystemValue=D / 1000

注:由于在VB 程序中参数的数值是以米为单位，所以各参数变量的取值必须除以1000。

2.4.5 重新建模并调整到全屏显示的程序语句

swPart. EditRebuild

swPart. ViewZoomtofit2

从以上程序代码可以看出，主要的程序语句都是VB 编程语言中固定的语句格式，可以直接套用;针对变量参数的程序代码相似度很高，设计人员只需要掌握一些常规的、通用的程序段，达到开发整个程序要求的难度并不高。

2.5 生成可执行的EXE 文件

EXE 格式的文件，可以在没有安装VB 软件的计算机上直接在SolidWorks 界面运行，并且操作人员看不到程序代码，能够很好地保护企业的知识产权和技术机密。

本例中生成的EXE 文件，设计人员可以根据需要进行命名。该文件也提供了一个人机对话窗口，在窗口中可以看到数据表(即参数库)，能够使用户在参数化造型之前就对各种型号模座零件的相应尺寸有全面了解。执行EXE 文件时只要在数据表中选择不同的标准件代号，点击“建模”按钮，就可以得到相应的下模座造型，如图4 所示。

图4 后角导柱下模座造型

3 结论

企业对开发出符合我国标准的模具标准件库的需求越来越高，本文中探讨的冲模标准件的参数化设计方法，实际上就是建立起冲模标准件库。编写的程序代码简单、易学，人机对话窗口简洁、友好，设计人员很容易掌握。模座参数化设计的方法，完全可以推广到其他冲模标准件的设计中，从而在企业设计人员之间建立起共享资源。经过在滁州市两家模具企业内应用，效果很好。

［1］季忠，王晓丽，刘韧. 冲压模具设计自动化－SolidWorks应用［M］. 北京:化学工业出版社，2007.

［2］魏铮，牟林.SolidWorks 2004 冷冲模设计实训教程［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［3］赵万龙.Visual Basic 程序设计［M］. 北京:中国铁道出版社，2006.

［4］张信群.SolidWorks 二次开发在冲模标准件中的应用［J］. 制造业自动化，2010，(12 上):70－72.