基于VB的同拓扑结构机械三维自动建模技术研究

左明伟 曼茂立 田辉

摘  要：结合SolidWorks API开发平台及Visual Basic程序语言，文章针对系列化机械产品提出一种参数化自动三维建模方法。并通过典型辊子输送线系列化产品为建模对象，验证此方法的有效性。参数化建模过程总体上经历录制基本鼠标操作代码，根据需要参数化处理相关代码的指令调试过程;对于装配体内各零件通过遍历面的方式设置参考基准面，通过引用基准面的绝对ID来实现装配关系的设定。文章所提出的参数化自动建模方法有助于显著提高机械设计效率、便于批量评价新结构性能，为进行大样本产品优化设计提供可行途径。

关键词：SolidWorks;Visual Basic;参数化;自动建模

中图分类号：TP311.52      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）01-0030-03

Abstract： Combined with SolidWorks API development platform and Visual Basic programming language， this paper presents a parameterized automatic 3D modeling method for serialized mechanical products. And through the typical roller conveyor line series products as the modeling object to verify the effectiveness of this method. The parametric modeling process generally goes through the process of recording the basic mouse operation code and parameterizing the relevant code according to the need; setting the reference datum for each part in the assembly body by traversing the surface and setting the assembly relationship by referencing the absolute ID of the datum. The parametric automatic modeling method proposed in this paper can significantly improve the efficiency of mechanical design， facilitate batch evaluation of the performance of new structures， and provide a feasible way for the optimal design of large samples of products.

Keywords： SolidWorks; Visual Basic; parameterization; automatic modeling

引言

隨着人们生产、生活节奏的不断加快，自动化生产、设计领域不但拓展，如何将技术人员从繁重的重复性技术工作中解放出来，如何自动完成类似结构产品设计甚至是结构优化都成为相关学者和技术人员关注的焦点。传统情况下，技术人员需要为拓扑结构相同的同系列产品，分别进行结构设计、性能分析;优化过程需要分别进行个体构型、性能评估，从而造成工作效率低，消耗人力资源多，设计任务达成度不高[1]。本文在SolidWorks商用软件API接口功能基础上，通过Visual Basic程序设计实现典型机械零件装配体的自动三维建模，为机械产品自动实现系列化、实现多样本性能评价及结构优化提供了有效途径。

1 总体思路

针对具有相同拓扑结构的系列化机械产品三维自动建模涉及各组成零件的自动建模过程和零件的自动装配过程。零件的自动建模过程需要在确定的零件拓扑结构下，针对系列化产品的个体差异完成特征尺寸的自动重建。而自动装配过程需要识别各零件的装配基准并按照装配要求实现各零件相对位置的准确设置[2]。

本文基于SolidWorks软件提供的API开发平台，通过Visual Basic程序语言实现建模过程由鼠标操作到代码指令转变，为实现系列化产品参数化自动化建模提供的有效途径[3-4]。由于SolidWorks API指令代码语法逻辑较为直

观，而语句、参数、路径等较为繁琐，学者和技术人员逐渐形成了通过录制基本操作，获得相关指令代码，确定其中需要修正和调整的部分，使其参数化（针对产品系列化要求获得参数值），执行新的指令代码，重构获得所需新结构模型的方法。以上执行过程如图1所示。

如图1所示，实现机械结构三维自动建模过程（零件建模及装配体建模）均可通过图中的方式进行。在完成相同拓扑结构的鼠标操作过程中，系统自动录制其指令代码集。在此基础上分析此指令集中涉及需要改变的参数位置，并通过设置相关形式参数进行替换（需提前完成参数表设计），再次运行修改好的指令集则获得所需的结构形式。区别于单个零件结构的建模过程，装配体的自动建模过程涉及到多个零件，需要频繁引用装配参考元素（参考点、参考线、参考面等）。指令集编辑过程中，需要将鼠标操作中点选的参考元素在系统中的ID在SolidWorks系统中查明，并在后续指令编辑中以引用此ID来自动的模拟鼠标点选操作。本文以输送机行业常用的系列化产品辊子输送线为例介绍参数化驱动下典型零件及装配体的自动建模过程[5]。

2 相同拓扑结构的零件三维建模

如图2所示为辊子输送线最常用的零件——辊子的结构示意及确定结构所需参数情况。表1给出了当前行业内通用的辊子主要参数表。

零件的建模主要经历以下几步：

步骤一：分三次完成φD1、φD2和φD3的草图的绘制及三维拉伸工作。

步骤二：完成2×φd的草图绘制及三维拉伸切除工作。

步骤三：整合、修改、简化上面步骤所得到的程序代码。

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateCircle（0#， 0#， 0#， 0.038， 0， 0#） （语句1）

Set myFeature = Part.FeatureManager.FeatureExtrusion

2（True， False， False， 6， 0， 0.39， 0.01， False， False， False， False， 1.74532925199433E-02， 1.7453292519943

3E-02， False， False， False， False， True， True， True， 0， 0， False）（语句2）

以绘制图1中辊子外圆柱为例，语句1主要实现在草图中绘制一个半径为0.038米的圆，而语句2主要实现将上述草图中的圆形拉伸0.39米这一功能。由此可见，只要将语句1括号内的第4个参数及语句2括号内第6个参数设置为控制变量如图1所使用的D1、L1，通过对两个变量进行合理赋值（如表1中行业推荐数据），再次运行相关指令将实现圆柱的自动参数化建模。

如图3连接板零件机构示意，其各个孔位置与连接板总体外形長度和宽度并无统一标准。对于此类参数值并非源于手册或标准的，本文采用函数运算的方式获得。轨架对接板装配于槽钢内部，主要起连接作用，其宽度与槽钢的型号联系起来，djb_h=（h-4×t），定义其长度是宽度的三倍，即djb_l=3×（h-4×t）。八个孔的位置与大小与对接板的大小有关，根据实际情况孔的位置可表示为：

w_djbk1x=-（21*（h-4*t）/16）

w_djbk2x=-（3*（h-4*t）/16）

w_djbky=（h-4*t）/4

3 相同拓扑结构的零件间装配

装配体的自动建模过程涉及基于给定的总体设计尺寸，求解各零件控制尺寸及装配尺寸。完成零件的建模，并基于装配关系完成各零件相对位置的确定。以图4所示辊子输送线总体结构为例，当根据实际需要给定槽钢型号、输送线长度、高度等核心驱动尺寸后，预设指令集将完成包括辊子、支腿、侧轨架、连接板等控制参数的求解并实现零件建模。

装配关系的实现通过准确设定参考元素来实现。执行过程通过参考面、参考线（轴）、参考点来实现。以下指令，语句3，用于选中ID2的基准面进行装配关系设定，此处的基准面是在零件绘制完成后利用遍历添加的，与零件表面重合。所以需要选择某个零件表面进行配合时，都会提前添加基准面。

boolstatus=Part.Extension.SelectByID2（“基准面5@814-1@”&asmname，“PLANE”，0，0，0，True，1，Nothing，0）（语句3）

Set myMate=Part.AddMate5（0，1，False，0，0.001，0.001， 0.001，0.001，1.5707963267949，0.5235987755983，0.5235987755983，False，False，0，longstatus）（语句4）

在此基础上可通过语句4添加与基准面ID2之间的配合关系，第一个参数是配合的类型，0（swMateCOINCIDENT）代表重合;第二个参数是对准类型;第三个参数是是否翻转零件，True翻转，False不翻转。

4 结束语

本文提出一种基于SolidWorks API开发平台，通过Visual Basic语言进行程序设计的系列化机械结构自动三维建模方法。参数化建模过程总体上经历录制基本鼠标操作代码，根据需要参数化处理相关代码的指令调试过程。成功实现对包括辊子、支腿、侧轨架、连接板等基本零件的参数化建模。通过遍历面的方式，为有装配要求的参考元素建立参考基准并通过引用此基准的绝对ID实现装配关系的设置，从而完成了辊子输送线整套装配体的参数化自动建模。

本文通过典型辊子输送线系列化产品为建模对象，验证此方法的有效性，所提出的参数化自动建模方法有助于显著提高机械设计效率、便于批量评价新结构性能，为进行大样本产品优化设计提供可行途径。

参考文献：

[1]汪林，杜玉祥，何雪浤.大型装配体的SolidWorks参数化建模方法[J].机械设计与制造，2018（10）：173-175+179.

[2]范素英.基于VB的SolidWorks个性化参数化建模研究[J].装备制造技术，2013（9）：44-46+50.

[3]江洪，魏峥，王涛威.SolidWorks二次开发实例解析[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]陈永康.SolidWorks API二次开发实例详解[M].北京：机械工业出版社，2018.

[5]王皓辉，殷国富，陈果，等.基于SolidWorks的机床夹具标准件三维图库的开发[J].机械，2007（4）：50-52.

[6]文小炎，史良蟾.辊子输送机的概况与分析[J].汽车科技，1996（4）：1-5.