基于DriveWorks的油缸自动化设计

江苏宏昌天马物流装备有限公司 陈兆勇 蒋庭友 李文峰

介绍了一种实现油缸自动化设计的方法，选取SolidWorks软件为三维设计软件，利用DriveWorks插件，以随车吊变幅油缸为实例，介绍油缸自动化设计的主要步骤及注意事项。这种设计方法对于提高设计效率，规范设计，进一步提高模块化设计使用的水平具有重要的意义，同样对其他产品的自动化设计也有参考意义。

众所周知，作为工程车辆的关键零部件，液压油缸（下称油缸）在产品的质量和可靠性方面占有十分重要的地位。如何高效设计油缸，成为各个公司研发部门不断探索的课题。

DriveWorks软件是基于SolidWorks软件的一个设计自动化工具，能够自动生成零件、装配体和工程图，更可实现对最佳设计方法的记录，实现设计的知识管理。通过自动创建零件、装配体和工程图使设计过程自动化；定义设计规则，然后让软件生成需要的设计更改。确保始终符合设计规则和标准；可按照预定义的规则创建相应的设计环节，从而排除人为迭代导致设计错误带来的风险[1]。

某公司有如下油缸设计的应用需求：随车吊设计工程师需关注油缸的缸径、杆径、行程、初始安装距和外形尺寸，不需要了解油缸具体细节，如O型圈、导向套、耐磨环的选择等。所以对于该公司工程师来说，如何快速获得符合要求的模型，并利用油缸模型开展其他零部件的设计，是非常迫切的问题。针对以上需求，结合DriveWorks工具，笔者进行了油缸自动化设计的尝试。

DriveWorks界面的简要介绍

当SolidWorks软件安装好DriveWorks插件后，新建一个项目，完成捕捉模型后，界面如图1所示。在此界面主要完成捕捉模型、捕捉装配体结构、尺寸及特征的捕捉、自定义属性的捕捉、实例及替换模型捕捉及输出文件格式设置。后期进行规则的定义与设置完全是在这里指定的数据基础上进行的。

当点击“显示项目设计界面”按钮，界面如图2所示，这里主要有3个阶段：第一阶段为界面导航与界面设计，主要是为项目确定流程节点及为每个节点设计界面；第二阶段为数据与规则，主要是定义各种变量及相应运算公式和建立相关表数据；第三阶段为定义输出规则，主要是利用模板创建文档及定义模型及工程图的规则。其中定义模型及工程图的规则定义较为关键，前期相关数据捕捉、界面定义中的数据运算及第二阶段变量定义与运算，全部在这里进行逻辑规则定义（数据交汇），以驱动模型中的尺寸、装配关系、自定义属性内容、工程图视图位置、比例、技术要求等内容自动发生变化。随车吊所用变幅油缸的自动化设计

图1 DriveWorks 界面1

图2 DriveWorks 界面2

图3 油缸模型

图4 特征更改名称

图5 捕捉模型

1. 创建SolidWorks油缸模型

如图3所示，以缸径140mm为规格建模，创建油缸模型。在建模过程中有3点技巧：第一，如果确定油缸的结构型式有几种（本例中有3种型式），总装配体只使用单一配置，在包含所有型式的零部件都装配到总装配的情况下，采取压缩与解压缩零部件的方式实现油缸型式的变化，这样处理可以避免后期出工程图时，由于不同配置不得不出多个工程图情况，节省了出图工程量；第二，装配体或零件的文件名仅包括名称，不包括图号（见图3），这样处理的目的是图号在自定义属性中自动变化容易实现；第三，零件的关键建模特征需要重新命名（见图4），以方便后期捕捉及设置规则时查找理解方便。

2. 新建项目

在捕捉模型步骤，需要注意的是要将装配体中所有零部件前面方框都打上勾，否则后期在定义模型规则时，未打勾零部件，不能加载，见图5。其他捕捉内容操作比较简单，无需特别说明。

3. 设计导航流程

导航流程一般可分为3个步骤：第一步，让用户作关键参数的选择；第二步，进行验算，判断选择项或手工填写项是否符合要求；第三步，确定输出选项的设置。第一步与第二步内容可混合进行，且在第一步和第二步中也可以附加显示一些提示信息，例如校验不合格或数据库中无相关内容等等。另外，为了用户在第一步方便选择，理解设计意图，在第一步或第二步的界面中增加一个简图，就显得非常有必要。

本例中，第一步选择缸径杆径，第二步选择密封件及行程（简图在第二步），第三步输出选项设置，流程简图见图6。

4. 设计界面

本例中，第一步界面如图7所示，界面分成三个区域：图号信息收集区域（油缸应用位置行）、主要参数选择区域（油缸参数行）、验算区域，并提供了手工修改某些数据可能（当勾选“手工输入”前面方框时，输入区域即出现）。

第二步界面如图8所示，界面分成三个区域：密封件选择区域、简图区域及验算提示信息区域。密封件区域选择逻辑为根据第一步中用户选择缸径及杆径的信息，从数据库中查找匹配数据，将其用下拉列表方式列出。这里技巧有三点：第一点是参数选择时有“推荐”选项（见图8），利用在数据库中增加一列，如果是推荐数据，则标识一下，然后利用函数将其选出列出；第二点是制作了油缸三种结构简图，并且大小一致，在选择勾选“780”、“735”、“进油孔在缸筒底座”时简图会自动变化，并且上侧密封件显示内容也发生变化；第三点是第一步选择的缸径杆径尺寸也自动显示在简图上，无需用户翻到第一步查看。

图6 设计导航流程

图7 确定缸径杆径的界面

图8 密封件选择界面

第三步界面如图9所示，主要是确定是否需要输出其他格式，如igs或stp，是否需要出工程图，由于本例中不需要出工程图，所以在界面上并没有出现工程图选择框（其星号构成的布置为工程图预留位置）。本步逻辑简单，无需再作说明。

图9 输出格式界面

5. 输入数据库

在界面设计完成后，就可以将原始数据输入DriveWorks表中了。图10为部分数据库内容截图。

输入数据包括：密封件数据库、油缸材质、工况数据库、设计人员名称数据库等。

6. 确定变量与逻辑

为了实现界面中数据的自动变化（如根据不同条件，显示不同数据）或自动出现一些提示信息，或者对当前输入值进行校验，常用变量来实现。需要注意的是变量不能使用中文。变量部分截图如图11所示。由于语法与VBA语法几乎相同，这里不再具体说明。

3.7 确定驱动模型及工程图的逻辑

当变量设置好并且相应运算法则也输入完毕，就可以对模型装配关系、尺寸、属性、工程图等需要改变的内容进行驱动了。如图12所示，驱动模型尺寸有直接等于变量，也有直接等于用户在界面选择的返回值，还有根据变量值进行判断，然后确定其值。如前文所述，由于语法简单，这里不再详细描述。

3.8 最终调试

当完成模型及工程图的驱动，油缸自动化设计工作基本完成，但像所有程序一样，需要进行调试。调试内容有三点：第一点是程序中数据及校验公式有无错误，显示结果是否正常（如虽然结果正确，但显示不正常）；第二点是模型驱动逻辑有无容错措施。例如输入一个错误尺寸，驱动模型后造成不可逆转的错误，导致无法生成模型；第三点是实际应用中异常操作及额外需求程序是否能够满足。

4 结语

本项目总共进行了一个月时间，实现了缸径80～400 mm范围内自动生成，笔者通过与油缸工程师的配合，将相关的经验转化成数据保存到程序逻辑中，实现了油缸的快速设计、快速出图的目标，后期通过垂直油缸项目（随车吊支腿上使用），实现了20 min出一套油缸图纸的目标。在高效设计、快速响应客户的大趋势下，运用此项技术，可以在模块化设计上更进一步开展工作，达到模块化、标准化、规范化设计要求，并且可在自卸车产品、随车吊吊臂、转台等产品设计中进一步推广使用。

图10 数据库

图11 变量部分截图

图12 模型规则