【期刊-齿轮设计】基于SolidWorks的机床夹具三维标准.pdf

大连理工大学硕士学位论文基于SolidWorks的机床夹具三维标准件库的开发姓名：张德忠申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：关慧贞20081128大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要为了在机床夹具设计过程中减少设计人员的重复劳动简化设计过程，提高C A D 软件的运用效率和质量，缩短产品开发周期等，提出建立机床夹具三维标准件库这一课题。本课题在查阅大量国内外有关建立标准件库的资料和现状的基础上，采用基于特征的参数化驱动的实体建模的方法建立机床夹具三维标准件库。本文分析了机床夹具标准件库开发的基本思想，介绍了基于特征造型的参数化建模方法，以S o l i d W o r k s2 0 0 7 为开发平台，以V i s u a lB a s i c6 0 开发工具，使用A c c e s s 数据库对机床夹具标准件的所有数据进行管理，开发出一个实用的机床夹具三维标准件库。通过本课题的研究，得到如下的成果与结论：(1)提出了S o l i d W o r k s 环境下的机床夹具三维标准件库系统的组成结构，对机床夹具标准件模型库、标准件模型参数库及用户管理系统的构建方法作了一些研究。(2)在系统软件的开发过程中，为了解决程序编制过程中与数据库连接的问题，采用了A D O 数据库接口技术，提高了程序运行速度。(3)系统中标准件的尺寸参数可靠。尺寸数据都来自于机床夹具设计与制造手册，因此，本系统也是一个数字化的机床夹具设计手册。建立模具标准件库是开发机床夹具C A D C A M 软件的一项重要的基础性工作，是C A D C A M 软件走向实用化必不可少的一个环节。机床夹具三维标准件库的建立，对S o l i d W o r k s 软件的二次开发、机床夹具设计和机床夹具标准化技术的推广具有重要的意义。关键词：S o li d W o r k s；标准件库；二次开发基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发T h eD e v e l o p m e n to fF i x t u r e3 DS t a n d a r dP a r tL i b r a r yB a s e do nS o l i d 陟匆r k sA b s t r a c tT h es u b j e c to fe s t a b l i s h i n gf i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r yi sp u tf o rr e d u c i n gt h er e p e t i t i v ew o r ko fd e s i g n e ri nt h ec o u r s eo ff i x t u r ed e s i g n，p r e d i g e s t i n gt h ed e s i g nc o u r s e，i m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fC A Ds o f t w a r e，s h o r t e n i n gt h ep e r i o do fd e v e l o p i n gp r o d u c t O nt h eb a s i so ft h ed o m e s t i ca n da b r o a dr e s e a r c hd a t aa n dt h es i t u a t i o na b o u te s t a b l i s h i n gs t a n d a r dp a r tl i b r a r y，f i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r yi se s t a b l i s h e d 埘t 1 1s o l i dm o d e l i n gm e t h o d so ff e a t u r e b a s e dp a r a m e t e r i z e dd r i v i n g T h i st h e s i sa n a l y z e st h eb a s i ci d e ao fd e v e l o p i n gs t a n d a r dp a r tl i b r a r y，i n t r o d u c e ss o l i dm o d e l i n gm e t h o d so ff e a t u r e b a s e dp a r a m e t e r i z e dd r i v i n g，a n dd e v e l o p sap r a c t i c a lf i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r yw i t hS o l i d W o r k s2 0 0 7a st h ed e v e l o p i n gp l a t f o r m，V i s u a lB a s i c6 0a sd e v e l o p i n gt o o la n dA c c e s sd a t a b a s ea st o o lo fm a n a g i n ga l lt h ed a t ao ff i x t u r es t a n d a r dp a r t s T h r o u g ht h es t u d yo f t h i ss u b j e c t，s o m er e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sa r ed r a w na sf o l l o w s：(1)T h i st h e s i sp u t sf o r w a r dt h ec o n s t i t u t es t r u c t u r eo ff i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r ys y s t e ma n dm a k es o m er e s e a r c hi ne s t a b l i s h i n gm e t h o d so ff i x t u r es t a n d a r d-p a r tm o d e ll i b r a r y，s t a n d a r dp a r tm o d e lp a r a m e t e r i z e dl i b r a r ya sw e l la st h eu s e rm a n a g e m e n ts y s t e m(2)I nt h ec o u r s eo fd e v e l o p i n gs o f t w a r es y s t e m，t h eA D Od a t a b a s ei n t e r f a c et e c h n i q u eo fM i c r o s o f th a sb e e nu s e di I lt h i st h e s i s，i I lo r d e rt os o l v et h ed a t a b a s el i n k i n gp r o b l e m，w h i c hs p e e d st h er u n t i m e(3)D i m e n s i o np a r a m e t e ro fs t a n d a r dp a r t si I lt h es y s t e mi sc r e d i b l e B e c a u s ea l lt h e s ed i m e n s i o n sc o m ef r o mf i x t u r ec o n c e r n e dh a n d b o o k sw h i c ha l ew i d e l ya c c e p t e di I lt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r e T h es y s t e mC a nb eu s e da sad i g i t a ld e s i g nh a n d b o o ko ff i x t u r e I ti sav e r yi m p o r t a n tf o u n d a t i o n a lw o r kt oe s t a b l i s hf i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r y，w h i c hp l a y sak e yr o l ei I lt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fC A D C A Ms o f t w a r e T h ed e v e l o p m e n to ff i x t u r e3 Ds t a n d a r dp a r tl i b r a r yi sn o to n l ys i g n i f i c a n tt ot h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fS o l i d W o r k s，b u ta l s oi r r e p l a c e a b l et ot h ed e s i g no ff i x t u r ea n dt h ep o p u l a r i z a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o no fi t Sc o m p o n e n t s K e yW o r d s：S o l i d W o r k s；S t a n d a r dP a r tL i b r a r y；S e c o n d a r yD e v e l o p m e n t大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基王曼Q!i 垦盥Q!垒曼鲍扭鏖去县三维盘准鲑廑鳆珏发作者签名：互叁堕查二二日期：蔓生年竺月三日大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。日期：建!望年卫月土日日期：皇监年月耸日大连理工大学专业学位硕士学位论文1绪论1 1C A D 技术的发展与趋势1 1 1C A D 技术的基本概念C A D(C o m p u t e rA i d e dD e s i g n，计算机辅助设计)是工程技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程几，包括资料检索、方案构思、分析计算、工程绘图和编制技术文件等，随着计算机、外围设备及软件的发展而形成的一门综合性很高的新技术I l J。它利用计算机强大而又快速的数据处理功能和丰富灵活的图文处理功能，帮助设计人员完成整个产品的设计过程，提高工作效率和质量。广义C A D 包括设计和分析两个方面。设计是指构造零件的几何形状、选择零件的材料，以保证整个设计的统一性而对零件提出的功能要求和技术要求等。分析是指运用数学建模技术，如有限元，优化设计技术等，从理论上对产品性能进行模拟、分析和测试，以保证产品设计的可靠性【2 1。总之，一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力嘲。1 1 2C A D 技术的发展现状C A D 作为一门学科始于6 0 年代初，一直到8 0 年代，由于受到计算机技术的限制，C A D 技术的发展很缓慢。进入9 0 年代以来，计算机技术突飞猛进，极大地推动了C A D技术的发展。C A D 技术经历了从计算机辅助绘图、计算机辅助计算分析，发展到参数化设计，变量设计、特征建模和设计。与此对应的，编程思想也由面向过程发展到面向对象。从而使用C A D 由支持纯几何设计扩展到非纯几何设计，进而发展到基于知识和人工智能的设计。如今C A D 己进入实用化阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计，造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节1 4】。C A D 在许多方面已经越来越成熟。例如几何图形的生成、图形变换、图形轮廓识别、裁剪、延伸、断开和消隐技术，曲面造型和实体造型技术，局部修改技术，真实感技术以及工程图样的各种标注技术等等。但是C A D 也存在着许多问题和不尽人意之处，例如工程图样识别、装配图和零件图一体化设计绘制模型、复杂三维图形快速重建、多维图形的表示方法，图形及其数据转换的标准化问题以及建立图形的专家系统等等。我国C A D 技术研究应用起步较晚，开始于2 0 世纪7 0 年代初期，研究工作主要集中在高等学校和科研院所。从9 0 年代开始，C A D 技术应用工作才得以开展，出现了清华英泰、北航海尔、浙大大天和武汉天险等一批C A D 软件企业，并发展出一批商品化基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发C A D 软件【5 1。现在，国内C A D 软件产品也己从单一的二维C A D 绘图软件发展为涵盖C A D、C A P P、C A E、C A M、P D M 和E R P 等方面的系列化产品。但与工业发达国家相比，国内的C A D 软件无论在应用或开发的广度和深度上都还存在着很大的差距。1 1 3C A D 技术的发展趋势随着C A D 技术的不断研究与广泛应用，对C A D 技术提出越来越高的要求，因此C A D 从本身技术的发展看，其趋势是参数化，智能化，集成化和标准化【6 3 。具体表现为：(1)参数化由于大多数设计工作都是在原有的设计基础上的改进，传统的C A D 绘图软件要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而参数化能极大地提高设计效率。通过尺寸驱动既能为设计人员提供直观、准确的反馈，又能随时对设计对象加以修改。先进的C A D软件都增加了参数化和变量化设计模块，设计过程中所涉及到的所有参数都可以当作变量，建立相互间的约束和关系式，增加程序逻辑，使产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改图形。这些变量间的关系可以跨越C A D 软件的不同模块，从而实现设计数据的全相关。参数化是实现机械设计自动化的前提和基础例。(2)智能化C A D 技术作为一种设计工具，其核心目标在于能够帮助设计人员设计出更好、更具市场竞争力的产品。C A D 系统在实现控制产品的设计过程、应用工程设计知识、实现优化设计和智能设计等的同时，也应具有丰富的图形处理功能，实现产品的“结构描述”与“图形描述 之间的转换。因此，在以几何模型为主的现代通用C A D 技术的基础上，发展面向设计过程的智能C A D 技术是一种必然趋势。(3)集成化集成化是当今C A D 技术发展的一大趋势。首先，它集成了计算机软件、硬件、数据库、外围设备、图形学、网络及各个应用领域的技术；同时，它又不断和C A M、C A F P、M I S、P D M、M R P 等系统集成。此外，从制造业信息化的角度看，C A D 的广义概念包括C A D C A E C A M C A P P P D M E R P技术的集合 9 1，利用基于网络的C 觥A E C 觥A P P P D M 集成技术，实现真正的全数字化设计与制造。(4)标准化随着C A D 技术的不断发展和日益成熟，制定各种产品设计、评测和数据交换标准越来越显示出了它的重要性。目前，在微机和工作站上用于数据交换的图形文件标准主要有：A u t o C A D 系统的D X F(D a t aE x c h a n g eF i l e)文件、美国标准I G E S(I n i t i a lG r a p h i c s大连理工大学专业学位硕士学位论文E x c h a n g eS p e c i f i c a t i o n，即初始图形交换规范)及国际标准S T E P(S t a n d a r df o rT h eE x c h a n g eo fP r o d u c tm o d e ld a t a)等。同时国家还将建立图文并茂、参数化的标准件库，替代现行的各种形式的标准化手册。1 2 课题背景及意义1 2 1课题背景随着现代化生产的不断发展，机械设计中标准件的数量日益增多，这主要是因为采用标准件给产品的设计、制造、装配带来了很大的方便。设计人员如果能从C A D 系统的标准的标准件库中获得满足设计要求的标准件，则可大大减少重复劳动，提高设计效率，从而缩短新产品的研制周期，所以，提供标准件库或者提供开发标准件库的工具是C A D 系统的一个重要组成部分，也是评价C A D 系统的一个重要指标。在先进制造战略的推动下，各国正在进行制造产业结构和企业结构的调整。企业获取和保持生存与发展的竞争力是由多因素整合，并随着竞争的主要因素决定的，这些因素主要有交货期、质量功能性能、成本效益价格、服务和对环境的影响。另一方面，根据有关资料统计，我国现有工业水平，生产准备周期一般要占整个产品研制周期的5 0-7 0，而工艺装备的设计制造周期又占生产准备周期的5 0 -7 0，其中工艺装备的准备阶段中要7 0 -8 0 的时间用于夹具的设计和制造。所以夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市的时间有重大的影响。传统的手工夹具设计往往依靠设计人员的经验进行，定位夹紧方案的选取、资料的检索、分析计算、绘图及工艺编制等方面完全依赖手工完成。设计周期长、效率低、成本高、柔性差，并且夹具的质量在很大程度上受夹具设计者的经验和知识水平的限制。因此，夹具的快速设计与制造，已经成为产品快速变换和制造系统新建或重组后运行的瓶颈，严重地影响制造系统的设计建造周期、系统生产率、质量和成本。在进行夹具设计时，设计人员在使用C A D 系统进行开发设计时，会尽量考虑选用标准件(包括外购件和通用件)，如：定位件、夹紧件、导向件等。标准件以其独特的优点被广泛地应用在夹具的各个部分上。当标准件不能满足要求时，才考虑重新设计新零件。一般情况下，采用标准件约占一个夹具产品全部零件的7 0 以上。并且随着现代化生产的不断发展，夹具设计中标准件的数量日益增多。由于标准件的基本形状、主要结构比较固定，同型号的标准件之间改变的只是尺寸大小，甚至不同型号的标准件之间往往改变的也只是尺寸大小、孔的数量等细节内容。在绘图时，标准件会在不同的位置反复地被绘制，由于标准件的绘制极为繁琐，而且需要反复翻阅手册查找数据，非常耗时耗力，若每次设计人员都需要重新对这些零件进行造型，设计人员必然要做许多重复性基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发的劳动。最大限度地采用这些标准件是企业提高经济效益和降低成本的必由之路。因此有必要利用C A D 软件的二次开发功能，开发出能快速、准确绘制和管理夹具标准件的软件，以提高造型绘图速度和节省人力资源。如果建成一个夹具标准零件库，在需要时将其从标准零件库中取出，插入到指定的位置，既可解除繁琐的重复绘制工作，又能保证标准件的重复绘制的精度，提高设计效率。所以标准零件库的开发成为C A D 软件二次开发的一个必不可少的部分。各种二次开发的系统如模具C A D、夹具C A D、组合夹具C A D 等大多是基于A u t o C A D 平台开发的二维工程数据库。基于A u t o C A D 的机床夹具零部件库开发己有一定成果。其组成主要有如下几个功能模块：零部件库应用程序、零部件数据库、图片库。图片库用于存放不同种类夹具的工程图，供预览用。“零部件数据库”是将机床夹具零部件国家标准G B 2 1 4 8，G B 2 2 6 9 8 0 中的所有零部件的尺寸数据输入计算机中，建立起多个数据文件，构成数据库，其中每种类型夹具不同规格的尺寸构成一个数据文件，供应用程序在A u t o C A D 中生成工程图用阅。一些优秀的三维C A D 软件如U G，S o l i d E d g e 等都未提供机床夹具零部件库，目前，进行简单开发的一些零部件库，大部分是基于C A D 开发的三维图形库，或者说以块的形式存储的图形文件，一般也是针对专门的系统，可移植性不强，而且，这些图形库存在一些问题：如不同系统开发的零部件库由于对零部件没有统一的描述格式，不能进行信息的交换，造成了资源的极大浪费：包括的信息不完整，多数只描述零件的几何特性，而不包括材料、性能等级等技术信息；在建库方法上，多采用建立图库的方法，即把预先定义好的图形放入库中，需要时重新调用。由于机床夹具零部件的数量、种类、规格非常多，而且许多尺寸不是标准尺寸或固定值，全部做成图形要造成极大的资源浪费，而且有些零件也不可能全部做成图形，比如钻套的内孔尺寸、定位销的外圆柱面定位尺寸等，它们是由工件的加工要求确定的，可能是整数，也可能是几位小数，建立钻套及定位销模型时不可能预知这一尺寸，所以，我们需要寻求一种对这一信息的统一描述，包括尽可能多的信息，减少不必要的浪费。各类C A D 软件在现代制造企业中的应用越来越广泛，它能低成本、高效率地开发、设计出新产品，全面提高企业的竞争能力。这在客观上给商用C A D 软件提供了巨大的发展空间，推动了整个C A D 技术的发展和普及。S o l i d W o r k s 是美国S o l i d W o r k s 公司推出的基于w i n d o w s 的三维机械设计软件。是微机版全参数化特征造型软件。图形界面简捷友好，用户上手快，只要熟悉w i n d o w s 无论有无C A D 的使用经验，都基本上能用S o l i d W o r k s 进行设计。S o l i d W o r k s 具有功能强大的实体建模能力，形象直观的装配设计一4 一大连理工大学专业学位硕士学位论文及从三维模型自动转换为二维工程图的功能，还具有动画和渲染的功能等。此外S o l i d W o r k s 还提供了自由的、开放的功能完整的包括V B 和V C+支持O L E 的开放程序在内的开发工具和强大的数据转换功能。几乎可以对当今市场上所有C A D 软件的输输出格式进行转换。1 2 2 课题的意义为S o l i d W o r k s 建立一个基于事物特性表的标准件库，不仅能够弥补此软件的缺陷，使使用者更能够充分体验到它的强大的功能，而且基于事物特性表的标准件的表达，符合向标准化靠拢的趋势及制订我国C A D 标准的方针，具有一定的现实意义。1 3 课题的主要内容本课题主要是机床夹具三维标准件库的开发设计，当用户选择不同的标准件型号后，应用程序可以在基础模型上自动生成相应的标准件并且可以添加新的标准件和删除、修改过时的标准件数据系列。具体工作包括：(1)通过对国内外C A D 技术的研究成果进行探讨，在需求调查的基础上，确定S o l i d W o r k s 为开发平台，基于S o l i d W o r k s 强大的特征建模功能及方便的A P I 二次开发功能进行机床夹具三维标准件库的开发。(2)使用S o l i d W o r k s 对夹具标准件进行三维参数化建模。(3)利于A c c e s s 创建夹具标准件参数数据库。(4)使用V B 编程建立了友好的人机交互界面，并实现参数数据库与三维实体模型的连接。基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发2 开发工具及关键技术2 1S o l i d W o r k s 和S o l i d W o r k sA P I2 1 1总体介绍在众多的三维C A D 软件中，S o l i d W o r k s 一直以其优良的性能，不断创新的技术成为C A D 市场上最活跃的3 D 软件之一。自1 9 9 5 年1 1 月问世以来，该软件己经更新了多次版本。S o l i d W o r l(s 2 0 0 7 己经问世，而且备受工业界的欢迎，获得众多国际大奖。它是基于W i n d o w 平台的全参数化特征造型系统，可以十分方便地实现复杂的三维零件体造型、复杂装配和生成工程图，图形界面友好，用户上手快，可以应用于以规则几何形体为主的主流机械产品设计及生产准备工作。S o l i d W o r k s 软件是W i n d o w s 原创软件的典型代表。它是在总结和继承了大型机械C A D 软件的基础上，在W i n d o w s 环境下实现的第一个机械C A D 软件。S o l i d W o r k s 软件是面向产品级的机械设计工具，它全面采用非全约束的特征建模技术，为设计师提供了极强的设计灵活性。其设计过程的全相关性，使得设计师可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变。S o l i d W o r k s 完整的机械设计软件包包括了设计师必备的设计工具：零件设计、装配设计、工程制图。由于S o l i d W o r k s 软件一开始就是在W i n d O W$环境下开发的，它能够充分利用W i n d o w s 的优秀界面，为设计师提供简易方便的工作界面。S o l i d W o r k s 首创的特征管理器，能够将设计过程的每一步记录下来，并形成特征管理树，放在屏幕的左则，设计师可以随时点取任意一个特征进行修改，还可以随意调整特征树的顺序，以改变零件的形状。由于S o l i d W o r k s 全面采用W i n d o w s 的技术，因此在零件设计时可以对零件的特征进行剪切、复制、粘贴等操作。S o l i d W o r k s 软件中的每一个零件都带有一个“拖动手柄”，能够实时动态地改变零件的形状和大小。S o l i d W o r k s 不是一个简单的实体建模工具，它对大型装配的处理能力表明它是一个面向产品级的机械设计系统。它既提供自底向上的装配方法，同时还提供自顶向下的装配方法。自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件，更加符合工程习惯。在装配设计，特别是大型装配的情形下，S o l i d W o r k s设计了具有独创性的“封套功能，分块处理复杂装配体。装配设计中的“产品配置功能，为用户设计不同“构型 的产品提供了解决方案，同时为产品数据管理系统的实施打下了坚实的基础。一6 一大连理工大学专业学位硕士学位论文S o l i d W o r k s 的主要功能特点有：以W i n d o w s 作为开发环境，充分发挥W i n d o w s 的强大威力。熟悉W i n d o w s 的用户可以迅速掌握S o l i d W o r k s 的应用。通过O L E 可以直接使用O F F I C E 工具，如W o r d,E x c e l等，同时该软件支持O L E 技术以进行二次开发。采用P a r a s o l i d 作为几何平台和D C M 作为约束管理模块，底层功能得到专业机构的支持，技术上相对成熟，运行稳定。突出了机械设计和修改的方便灵活。首次在屏幕左侧显示特征和装配树，用以直观管理零件的设计过程；可以直接替换其中某一特征；逐步回显到某一中间阶段；或从某一中间阶段起重演设计操作过程；可以进行特征的拖动(d r a g-d o w n)和剪贴(c u t p a s t e)，即从一个窗口的零件上用光标套用若干特征，安放在另一窗口的零件上。有严密的几何和尺寸约束管理，清楚区分欠约束和全约束。零件，装配体和二维图全程共享关联性约束，任一环节中的修改会自动反映到其他两个环节的共享关联性约束，任一环节中的修改会自动反映到其他两个环节的图形上。二维草图设计过程的动态导航智能操作能力强。数据存储交换格式：S o l i d W o r k s 输入输出格式很多，例如二维图的交换可用D X F 和D W G。三维设计的交换可用S T E P 规范。提供A P I(A p p l i c a t i o nP r o g r a m m i n gI n t e r f a c e)做为二次开发接口。2 1 2S o l i d W o r k s 功能介绍S o l i d W o r k s 共提供了以下模块：参数化特征定义实体造型的基本模块；参数化装配管理模块；钣金模块；复杂曲面造型模块；用户自定义特征库：二维绘图系统；与其他C A D 系统进行数据交换标准接口；动画仿真模块；渲染模块。下面就其中的主要部分加以介绍。(1)零件设计基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发S o l i d W o r k s 是一个基于特征的C A D 软件。基于特征的造型方法代表了目前微机三维C A D 产品的主流，它将用户的每一步操作作为一个特征记录下来，并按一种树状结构显示。应用特征造型技术，一方面可以把抽象的布尔运算屏蔽起来，另一方面还可以把设计人员的设计思路一步步地记录下来，既便于以后的修改又有利于别人了解设计思路。在S o l i d W o r k s 中，特征可以分为草图特征和实体特征两大类。草图特征是指由草图生成的特征，如拉伸特征，回转特征；实体特征是指直接在实体上生成的而非由草图生成的特征，如倒角特征，抽壳特征等。设计零件时，首先用系统提供的基本图素做草图设计，这是特征造型的基础，并由拉伸、回转、扫描、放样等方法生成基体(基本特征)，并通过类似的方法对己有实体添加凸台、槽、孔等特征，由此建立各种复杂的三维产品模型。对己建立的三维产品模型，可进行切角、圆角、抽壳、定义拔模斜度、阵列等详细设计，其中阵列包括线性阵列、特征镜像。另外，添加辅助线、辅助平面和曲线，可为设计人员提供更多的方便。S o l i d W o r k s 系统采用特征管理树来记录设计里程中的每一步特征，用户不仅可以给每一个特征起一个更有意义名字，而且还可以对特征的定义，特征的创建顺序进行方便的修改，能够查询、显示特征间的相互关系，可对特征的状态(是否抑制)和创建顺序进行修改，也可将造型回溯到某一特征后继续进行造型，并支持特征的复制与拷贝；S o l i d W o r k s 还提供了一种动态拖放技术，可以通过鼠标的拖动来修改特征的位置或尺寸。我们可以由三维实体直接生成二维工程图。由于采用统一的数据结构，当三维模型修改时，工程图中的视图将自动得到更新，而通过修改工程图的模型尺寸，也可以修改三维模型，这就是所谓的二、三维双向联动。由三维模型生成二维视图的基本思想就是将三维产品模型沿某个方向正投影到二维工程图环境中来。(2)曲面设计S o l i d W o r k s 采用实体造型和曲面造型的混合模型，具有较强的曲面造型功能。它可以用拉伸、旋转、扫描、放样、等距偏置、延展、缝合、延伸和裁剪等方法构造相应的曲面，并可输入曲面和定义平面区域。在分析计算方面，S o l i d W o r k s 具有样条曲线求值和计算曲率的功能，并可在样条曲线上任意点处指定垂直和相切等几何关系。在曲面方面，该系统配置了曲面实体、延伸曲面实体、多曲面裁剪、圆角处理、从曲面中删除面、在曲面上插入曲线、用曲面实体切割实体、缝合曲面的更改以及隐藏和显示曲面等功能，并可用彩色云图显示曲面的曲率。一8 一大连理工大学专业学位硕士学位论文(3)钣金设计钣金金零件是采用冲压和弯曲工艺制造的薄壁零件，通常用做零部件的外壳。在造型过程中需要对零件进行弯曲、展开等操作，其造型过程与一般的实体零件不同。因此，多数的C A D 系统都有专门的钣金零件设计模块。S o l i d W o r k s 的钣金设计模块可以使设计者在展开和折弯两种状态下进行零件设计，对于在折弯工艺中所需的成型释放槽也可以进行设计，在钣金零件上还可以添加各种薄壁特征、褶边特征、切口特征等。设计出的零件可以自动生成工程图和展开图。(4)装配设计装配设计的基本功能是将不同零部件组装成一个装配体，定义不同零部件之间的位置约束关系，生成爆炸视图，进行零部件间的干涉检查，并计算装配体的各种物理属性。还可以建立装配体中不同零件之间的参数方程，并支持阵列特征的自动装配。装配约束定义了装配体中零部件之间的相对位置关系，基本的约束关系包括：对齐、重合、平行、相切、同轴、距离、角度等。S o l i d W o r k s 可以用S m a r t M a t c 方法，在动态拖动零件的同时自动捕捉适当的配合关系，支持阵列特征自动装配。装配爆炸图是将装配到一起的零部件分别移开，使设计人员可以更好地对装配结构和装配关系进行分析和观察。零部件移出的方向和路径一般需要根据零件之间的约束关系来定义。S o l i d W o r k s 提供了手动和自动相结合的方法。在手动调整中可以每个零件移出的方向、距离等进行设计，支持爆炸过程的动态重放，可以生成动画保存。(5)数据交换接口和二维设计系统为了支持不同三维C A D 系统间的数据交换和与特定应用系统的连接，S o l i d W o r k s支持多咱数据转换形式，三维数据格式有S T E P，I G E S，V R M L，S T L，二维数据格式有D W G，D X F，图像文件格式有T I F。它还具有广泛的数据交换接口，通过设定外接程序接口，可以直接读写U G，P r o E 文件。S o l i d W o r k s 具有完整的二维设计系统，其使用与A u t o C A D 非常类似，可以很方便地进行二维图的设计，并可用这些二维图作为草图生成特征模型。2 1 3S o l i d W o r k s 应用程序开发接口在众多的三维C A D 软件中S o l i d W o r k s 软件具有开放的体系结构，具有给用户二次开发的接口，以满足不同用户的需求。软件的二次开发功能主要包括对设计数据的访问，对系统功能的访问和对系统操作界面的定制功能等。S o l i d W o r k s 软件系统提供函数集和对象类库，用户可以采用通用的开发语言进行开发。基于S o l i d W o r k s 的机床夹具三维标准件库的开发S o l i d W o r k s 系统具有非常开放的体系结构，支持O L E(O b j e c tL i n k i n ga n dE m b e d d i n g对象链接与嵌入)A u t o m a t i o n(自动化)技术，为用户提供了强大的二次开发接I：1A P I，因此凡是支持O L E 编程的开发工具，如C 语言、C+语言、V i s u a lC+，V i s u a lB a s i c，V i s u a lB a s i c n e t,D e l p h i 等均可用于S o l i d W o r k s 的二次开发，利用系统提供的完备的函数集和对象类库，创建出用户定制的、专用的S o l i d W o r k s 功能模块。本论文是采用V B 作为开发工具，借助于关系型数据库A c c e s s 来进行二次开发的。S o l i d W o r k sA P I 由大量的对象、方法、属性、事件等组成。本章先介绍使用S o l i d W o