带式输送机零部件三维设计开发技术研究及应用❋

宋 琦，张亮有

（太原科技大学 机械工程学院，山西 太原 030024）

0 引言

随着产品设计信息化的高速发展，三维CAD技术的应用日趋广泛。带式输送机在现代工业生产过程中发挥的作用越来越大，产品已经实现了通用化、标准化、系列化，因此，对带式输送机三维设计［1］开发技术的研究刻不容缓。

1 三维设计开发的关键技术

1.1 SolidWorks二次开发技术

SolidWorks是一款优秀的机械设计自动化软件，利用SolidWorks能够设计全相关的三维实体模型及装配体。软件本身具有良好的人机交互式参数绘图功能，通过三维建模技术和参数化技术，设计人员可以方便地对已有模型进行交互式的修改。

SolidWorks主要依靠其软件内嵌的API接口进行二次开发。API接口是一种COM术语，它囊括了SolidWorks中使用到的所有类，SolidWorks采用的是面向对象技术的方法，在SolidWorks之下是表示应用程序各种对象模型的事件、属性和方法。COM编程使得SolidWorks软件将实际的SolidWorks对象的上千种函数功能全部暴露给外部世界。编程人员通过调用SolidWorks API函数，就可以完成对三维模型的创建、修改、装配等操作，从而实现某些特定功能设计的自动化。SolidWorks API的对象模型是一个自上而下的层次结构，Sldworks是其中的最高级对象，必须先对其进行访问，然后才能访问层次结构中的下一级对象，以此类推。SolidWorks二次开发的工具主要有Visual Basic、Visual C＋＋和Delphi等编程语言。其中，Visual Basic是一种可视化应用程序的编程语言，语法规则简单，而且SolidWorks软件所提供的宏录制功能是在VBA的环境下实现的，与Visual Basic语法规则几乎一致；另一方面，使用VB语言可以简单快捷地建立强大的数据库，因而我们选择Visual Basic作为开发工具。

1.2 SolidWorks二次开发方法

参数化设计和变型零部件的三维外形建模是SolidWorks二次开发应用的两个主要方面，解决了同结构、不同尺寸零件的大批量设计问题以及具有非标准表面零部件的三维设计难题［2］。本文主要通过SolidWorks的二次开发，根据模型参数的变化，动态地获得所需零件的三维实体模型及装配体。基于SolidWorks二次开发的参数化建模方法主要有编程法和尺寸驱动法两种。

编程法就是将模型的建立过程完全利用Visual Basic编程语言和SolidWorks API函数表达在应用程序中，利用程序来顺序地驱动设计过程，模型的创建流程类似于手工建模。在编程法中，设计过程的所有约束和关系式都包含在程序代码中。这种方法无需模型库的支持，适用于参数较多或变型设计的零部件产品的参数化建模，但要求编程人员非常熟悉SolidWorks API函数。

尺寸驱动法是利用设计参数和三维模型的相关性，在三维模型结构保持不变的情况下，将零部件模型的尺寸标注视为变量，给予变量不同的尺寸值，就会得到一系列结构类型相同而尺寸不同的零部件模型。模型的创建实质就是对基准模型的参数化重建，这种方法节省了模型建立的过程，执行效率更高，但需要模型库的支持，模型的设计变量是模型与程序之间的联系纽带。

选用以上任一种二次开发方法，都需要使用SolidWorks API函数和编写大量的程序代码。采用Visual Basic对SolidWorks进行二次开发，就可以利用SolidWorks中的宏录制功能，获得相应的宏操作代码，将其复制添加到主程序对应部分，再将有关常量换成相应的变量，经过编辑修改调试来达到程序的要求。

1.3 Visual Basic与SolidWorks 2012的连接

使用VB对SolidWorks API进行二次开发时，每个工程中必须包含SolidWorks 2012Constant Type Library。这个类型库包含所有公开的API接口以及它们包含的用于SolidWorks自动操作的可使用成员［3］。只有在VB工程中引用了该类型库，才可以建立SolidWorks应用对象，创建新的零件或装配图，其连接代码如下：

1.4 数据库的建立和连接

程序中模型的创建需要大量数据的支持，本文采用Access 2007创建参数化设计所需的数据库，并且以DTⅡ（A）手册中提供的数据表为依据，以直接录入的方式添加数据。采用ADO技术对数据库进行访问［4］，ADO是Microsoft提出的一种应用程序接口，也是COM的一部分。ADO的对象模型主要包括Connection（数据库连接对象）、Recordset（数据集对象）和Command（命令对象）三个对象，使VB程序可以方便地实现对数据库的访问。在工程中引用Microsoft ActiveX Data Objects 6.1Library，声明并创建数据库连接对象，然后建立如下数据库连接：

1.5 智能装配技术

在零部件模型的装配过程中主要运用了数学变换阵理论，通过矩阵变换可以确定或移动一个零部件在装配体中的物理位置［5］。装配体的零部件可以是单独的零件，也可以是已装配好的子装配体。而配合关系是指零部件的表面或边与参考集合体（基准轴、基准面）的约束关系，用于调整零部件在装配体中的位置和方向，限制零部件的自由度。配合关系可以分为标准配合、高级配合以及机械配合，其中，常用到的标准配合又包括角度、距离、锁定、同轴心、垂直、重合、平行、相切等8种配合类型。

在设计零部件的时候，需要预先考虑到该零部件在装配体模型中与其他零部件之间的配合关系，并根据实际情况，在适当的位置添加基准轴和基准面，便于后期的装配。装配完毕后，干涉检查是一项非常重要的环节，用于检查各个零部件之间的干涉情况。

2 三维设计开发实例

2.1 带式输送机零部件三维模型的参数化设计

输送机普通辊子主要包括轴、辊皮和轴承座等零部件。本文以输送机普通辊子的轴为例说明基于VB的SolidWorks二次开发的具体过程。辊子轴外形简单，所以选用尺寸驱动的方法进行二次开发更加方便快捷。

（1）确定建模需要定义的轴的参数，并分析轴的设计关系。需要确定的参数主要是驱动各种特征的驱动尺寸［6］，包括描述特征外形的定形尺寸和确定特征位置的定位尺寸。DTⅡ（A）手册中已经给出普通辊子轴的设计关系和部件型谱，分别如图1和表1所示，可以确定轴的规格参数主要有5个：长度L＋2f、直径d、f、h、b。

图1 辊子外形尺寸参数

表1 辊径为Φ108mm辊子的部分部件型谱

（2）运用SolidWorks软件创建辊子轴的三维模型，并将其中的参数尺寸名称重新命名，以更好地表达特征，例如，轴的直径用d表示。

（3）依据手册所提供的数据，在Microsoft Office Access 2007中建立模型尺寸数据库“普通辊子参数尺寸表.accdb”。

（4）建立尺寸驱动用户界面，编写程序连接SolidWorks和Access数据库，利用已经建立好的数据库表中的数据，选择辊子的直径D和长度L，可以快捷地进行数据库查询，从而驱动SolidWorks中三维模型的建立，实现尺寸数据与模型变量的一一对应，还可以根据实际需求读取尺寸数据、对数据进行修改保存。以下是将变量参数赋予轴尺寸的部分代码：

2.2 零部件的智能装配

辊子零部件模型建立后，将它们插入到装配体文件中，实现输送机普通辊子的自动装配。其中，主要用到的SolidWorks API有：AssemblyDoc.AddComponent5（向装配体文件中添加零部件）、AssemblyDoc.Extension.SelectByID（选择实体元素）、AssemblyDoc.AddMate3（建立配合关系）。普通辊子装配流程如图2所示。

2.3 装配体

输送机普通辊子的装配运行结果如图3所示。用同样的技术原理和方法建立辊子内部轴承、胀套、密封圈等部件的三维模型，生成完整的辊子三维总装图，其内部结构如图4所示。

图2 普通辊子装配流程图

3 结语

本文基于三维设计开发技术，通过分析输送机辊子的外形特征，利用Visual Basic对SolidWorks进行二次开发，实现了带式输送机普通辊子的三维参数化建模及智能装配，在产品系列化设计、智能装配方面具有工程实际意义。设计人员可以依据该原理对SolidWorks进行其他更加复杂的二次开发，完成机械产品整机系统的三维模型设计，可缩短产品设计周期，提高产品开发效率。

图3 辊子装配三维图

图4 辊子总装图内部结构

［1］徐国权，黄志超.基于SolidWorks的参数化设计二次开发研究［J］.机械设计与研究，2007，23（1）：68-70.

［2］曾锋，钟治初，姚山.SolidWorks API二次开发方法与应用［J］.嘉应学院学报（自然科学版），2011，29（11）：21-25.

［3］叶修梓，陈超祥.SolidWorks高级教程：二次开发与API［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［4］盛利，张亮有，谢立新.SolidWorks二次开发精确草绘问题的分析与探讨［J］.现代制造工程，2014（4）：68-71.

［5］于洋，贺栋，魏苏麒.基于SolidWorks二次开发的智能装配技术研究［J］.机械设计与制造，2011（3）：60-62.

［6］田文涛，贺小华.基于VB技术的SolidWorks二次开发与应用［J］.计算机工程与科学，2009，31（7）：65-67.