文／余紹虎，楊柳·金豐（中國）機(jī)械工業(yè)有限公司沖壓裝備研究院

21世紀(jì)以來，我國汽車、電子行業(yè)日益蓬勃發(fā)展，它們對鈑金沖壓件的需求也越來越大。而壓力機(jī)作為重要的生產(chǎn)制造裝備，發(fā)展勢頭迅猛，市場需求量日益膨脹，尤其是機(jī)械壓力機(jī)。本文將討論的就是機(jī)械壓力機(jī)的日常設(shè)計(jì)工作如何使用電腦程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)。

SolidWorks作為一個(gè)三維設(shè)計(jì)軟件，擁有二次開發(fā)API接口，為客戶提供了開放的、自由的、功能完整的開發(fā)工具。我們利用其這項(xiàng)功能，開發(fā)了壓力機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)的參數(shù)化自動(dòng)設(shè)計(jì)的功能。包括建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫、規(guī)范設(shè)計(jì)步驟以及自動(dòng)打印制造圖紙這幾個(gè)部分。

SolidWorks軟件二次開發(fā)功能簡介

SolidWorks本身所提供的功能非常強(qiáng)大，但要使其在我國企業(yè)中真正發(fā)揮作用，就必須對其進(jìn)行本地化、專業(yè)化的二次開發(fā)工作。為了方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，SolidWorks提供了幾百個(gè)API函數(shù)，這些API函數(shù)是SolidWorks的OLE或COM接口。SolidWorks API是一個(gè)自上而下的多層次的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，編程時(shí)對SolidWorks API的調(diào)用實(shí)行逐級尋訪，即先調(diào)用能實(shí)現(xiàn)所需功能對象的父對象，逐級遍歷直到找到完成相應(yīng)功能的屬性和方法為止。用戶可以使用高級語言對其進(jìn)行二次開發(fā)，建立適合用戶需要的、專用的SolidWorks功能模塊。

SolidWorks是一個(gè)非常開放的系統(tǒng)，提供了VB、VC++和其他支持OLE的開發(fā)語言接口。提供給用戶必要的工具（宏語言、庫函數(shù)等）以開發(fā)個(gè)人化的應(yīng)用模塊，并且易于將它集成到系統(tǒng)中去。用VB或VC++調(diào)用SolidWorks的API函數(shù)，可以完成零件的建模、修改；零件各特征的建立、修改、刪除、壓縮等各項(xiàng)控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的設(shè)置與提??；裝配體中應(yīng)用高級選擇功能提取零件信息；零件工程圖紙中的各項(xiàng)信息；還可在SolidWorks主菜單上增加按鈕，將自己開發(fā)的應(yīng)用模塊嵌入到它的管理系統(tǒng)里。

開發(fā)步驟

規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

眾所周知，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的前提是必須建立統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)環(huán)境，所設(shè)計(jì)的零件、裝配體和工程圖等必須有統(tǒng)一的工作模板保存在服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)位置，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)環(huán)境可以將圖樣統(tǒng)一為一種模式，減少個(gè)人設(shè)計(jì)的隨意性。統(tǒng)一設(shè)計(jì)模式，具體概括為以下幾點(diǎn)。

⑴建立標(biāo)準(zhǔn)的壓力機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)境，包括顏色、精度、單位及標(biāo)注尺寸、文字大小等，使用SolidWorks的零件模板功能和尺寸收藏功能，儲存常用的零件環(huán)境。同時(shí)運(yùn)用SolidWorks的材質(zhì)庫管理功能，建立企業(yè)自己常使用的材質(zhì)庫（圖1），管理材質(zhì)名稱及其屬性、外觀和剖面線等信息。

圖1 企業(yè)自建材質(zhì)庫

⑵建立標(biāo)準(zhǔn)壓力機(jī)工程詳圖模板（圖2），根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定明細(xì)表、標(biāo)題欄等，儲存在SolidWorks工程圖模板中，方便新建工程圖時(shí)選用。

圖2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工程圖模板

⑶使用SolidWorks的屬性標(biāo)簽編制程序建立壓力機(jī)三維模型及工程圖文件的標(biāo)準(zhǔn)屬性模板（圖3），統(tǒng)一文件所列屬性，比如零件名稱、項(xiàng)目號、材質(zhì)、重量、設(shè)計(jì)人員、檢核人員等。

圖3 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)屬性標(biāo)簽?zāi)０?/p>

壓力機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的形成，可以保證設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，提高零件使用的準(zhǔn)確程度和設(shè)計(jì)效率，它是壓力機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工程。

對壓力機(jī)零件進(jìn)行分類

⑴建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫。

將確定性的零部件，固化為標(biāo)準(zhǔn)零部件，建立標(biāo)準(zhǔn)庫。按噸位、扭矩、臺面等參數(shù)進(jìn)行系列規(guī)劃。標(biāo)準(zhǔn)零件庫有：⑴組件庫。包括傳動(dòng)組立、傳動(dòng)箱組件、踏板欄桿組件、離合剎車器組件、滑塊組件、蝸輪箱組件、平衡器組件、中臺身組立、底座組立、補(bǔ)強(qiáng)桿部分組件、譯碼器部分組件等；⑵零件庫。包括傳動(dòng)部分、滑塊部分、中臺身、底座、補(bǔ)強(qiáng)桿部分、譯碼器部分零件等；⑶外購件庫。包括馬達(dá)、軸承、油封、螺絲、螺帽等。

⑵建立變動(dòng)零件模板。

將不確定性的零件建成標(biāo)準(zhǔn)模板，通過系列零件設(shè)計(jì)表實(shí)現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。例如底座、中臺身、補(bǔ)強(qiáng)桿、曲軸、中間軸、鋸牙、滑塊導(dǎo)板、滑塊嵌條、滑塊調(diào)整軸、平衡器等。曲軸零件模板如圖4所示。

圖4 曲軸零件模板

⑶建立變動(dòng)組件模板。

將不確定性的組件裝配體建成模板，通過替換零部件，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的變更。例如傳動(dòng)組立、踏板欄桿組立、滑塊組立等。

通過壓力機(jī)零組件的分類管理，將會極大提高效率并保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

建立壓力機(jī)主參數(shù)表

在接到一個(gè)壓機(jī)制造規(guī)范時(shí)，首先要建立主參數(shù)表，列出壓機(jī)的所有會影響壓機(jī)零件尺寸的參數(shù)。比如公稱能力、行程、能力發(fā)生點(diǎn)、臺面長寬、最大上模重量等。同時(shí)將每個(gè)參數(shù)所影響到的零件尺寸關(guān)系做好關(guān)聯(lián)公式，在輸入壓力參數(shù)的同時(shí)會自動(dòng)計(jì)算出對應(yīng)改變零件的尺寸數(shù)值，以備后續(xù)程序調(diào)用。

圖5所示為平衡器組件示意圖。以平衡器組件為例，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：

圖5 平衡器組件示意圖

⑴根據(jù)最大上模重量和滑塊本體及滑塊零部件重量，以及最大氣壓不大于6.5kg/cm2，計(jì)算出平衡器氣缸直徑。公式如下：

式中：W1——最大上模重量；W2——滑塊本體重量；W3——滑塊零部件重量。

計(jì)算出平衡器氣缸直徑以后，提前規(guī)劃好的平衡器系列標(biāo)準(zhǔn)組件，由主參數(shù)表自動(dòng)選擇出與計(jì)算結(jié)果最接近的那一缸徑的標(biāo)準(zhǔn)平衡器組件。

⑵根據(jù)選擇好的那一款標(biāo)準(zhǔn)平衡器組件零件清單列表，選出需要設(shè)計(jì)修改的零件，包含缸體、主軸桿、固定座三個(gè)零件。在主參數(shù)表里預(yù)設(shè)其對應(yīng)計(jì)算關(guān)系。

編制程序設(shè)計(jì)軟件

⑴設(shè)計(jì)軟件界面制作。

本文以VB為編程工具，編制了自動(dòng)程序設(shè)計(jì)軟件。軟件首先需要有一個(gè)輸入界面（圖6），輸入內(nèi)容包含設(shè)計(jì)擔(dān)當(dāng)信息、壓力機(jī)主參數(shù)信息、壓機(jī)配置信息以及設(shè)計(jì)文件存放目錄位置信息。輸入以上相關(guān)信息以后，設(shè)計(jì)軟件才允許進(jìn)入設(shè)計(jì)界面（圖7）。

圖6 軟件輸入界面

設(shè)計(jì)界面有兩個(gè)選項(xiàng)，可以選擇整機(jī)連續(xù)設(shè)計(jì)，也可以選擇分步設(shè)計(jì)。整機(jī)連續(xù)設(shè)計(jì)模式下，點(diǎn)擊設(shè)計(jì)按鈕，程序會自動(dòng)按預(yù)設(shè)的順序執(zhí)行各個(gè)部件的設(shè)計(jì)工作。分步設(shè)計(jì)模式下，會出現(xiàn)各個(gè)部件分別設(shè)計(jì)按鈕，對應(yīng)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，即可進(jìn)行相關(guān)部件的設(shè)計(jì)工作。分步設(shè)計(jì)為了避免操作者設(shè)計(jì)順序搞亂，程序提前做了預(yù)設(shè)，只有前工程的部件設(shè)計(jì)完成后，才能進(jìn)行后工程的部件設(shè)計(jì)。

⑵設(shè)計(jì)程序編寫。

制作好設(shè)計(jì)軟件界面之后，需要在對應(yīng)的設(shè)計(jì)按鈕下編寫設(shè)計(jì)程序，以選擇調(diào)用零件模板、設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)、驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)零件模板修改成特殊的設(shè)計(jì)零件。下面以曲軸為例簡單介紹程序設(shè)計(jì)流程。

圖7 軟件設(shè)計(jì)界面

1)首先創(chuàng)建曲軸零件存放的文件夾。

在設(shè)計(jì)輸入界面已經(jīng)選擇了整個(gè)訂單文件夾存放的位置，以此位置為根目錄，通過Mkdir命令創(chuàng)建曲軸存放的子目錄文件夾。

2)用CopyFile命令調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)曲軸零件和工程圖模板，并將其文件名稱修改為特殊指令訂單的項(xiàng)目號名稱存放在子目錄文件夾內(nèi)。

3)調(diào)用SolidWorks軟件的API函數(shù)，程序自動(dòng)打開曲軸零件，并調(diào)出預(yù)先編制好的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)表格，導(dǎo)入曲軸零件所需要的相關(guān)參數(shù)，比如壓機(jī)臺面長度、壓機(jī)行程長、訂單流水碼等參數(shù)。根據(jù)壓機(jī)臺面長度修改曲軸長度，根據(jù)壓機(jī)行程長修改曲軸曲拐偏心量，訂單流水碼可以編寫曲軸零件的項(xiàng)目號。

⑶最后設(shè)計(jì)完成以后，程序彈出對話框，詢問是否打印工程圖。如果選擇打印工程圖，執(zhí)行打印程序段，將工程圖打印出來，同時(shí)還可以選擇同步轉(zhuǎn)出PDF版圖紙進(jìn)行保存，方便后期檢圖。

設(shè)計(jì)前工程與后工程的銜接

此程序自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)同時(shí)預(yù)留了訂單實(shí)績表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和零件項(xiàng)目號導(dǎo)出系統(tǒng)。實(shí)績表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以查詢以往訂單參數(shù)信息，包括機(jī)型、臺面尺寸、行程、SPM、特殊配置、機(jī)器重量等數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)員在與客戶洽談?dòng)唵芜^程中，遇到特殊參數(shù)時(shí)可以查詢此系統(tǒng)，是否有做過實(shí)績，以確定能否接單，是否需要設(shè)計(jì)部門評審，從而提高接單效率。營業(yè)報(bào)價(jià)人員可以查詢相似規(guī)格的壓機(jī)重量，以給新訂單參考報(bào)價(jià)。

零件項(xiàng)目號導(dǎo)出系統(tǒng)可以將此訂單壓機(jī)所需要借用的標(biāo)準(zhǔn)圖項(xiàng)目號和程序自動(dòng)設(shè)計(jì)出來的特殊零件項(xiàng)目號導(dǎo)出清單，如果制造BOM或ERP系統(tǒng)有開放的接口，可以直接將清單導(dǎo)入制造系統(tǒng)，不用再手工鍵入。提高設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，可以為后工程的制造管制提供準(zhǔn)確無誤的零組件清單信息。

結(jié)論

通過多年的實(shí)際訂單設(shè)計(jì)應(yīng)用，充分表明基于SolidWorks軟件的API函數(shù)開發(fā)平臺所建立的自動(dòng)化程序設(shè)計(jì)方法，能有效的降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，可以縮短原來人工設(shè)計(jì)周期的三分之二。最主要的優(yōu)點(diǎn)是提高了設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性，理論上可以實(shí)現(xiàn)零異狀。隨著鍛壓設(shè)備客制化程度高、產(chǎn)品需求時(shí)間短等特性的日益激化，這一參數(shù)化自動(dòng)設(shè)計(jì)方法將成為攻堅(jiān)克難的利器。