江蘇宏昌天馬物流裝備有限公司 陳兆勇 蔣庭友 李文峰

介紹了一種實(shí)現(xiàn)油缸自動化設(shè)計(jì)的方法，選取SolidWorks軟件為三維設(shè)計(jì)軟件，利用DriveWorks插件，以隨車吊變幅油缸為實(shí)例，介紹油缸自動化設(shè)計(jì)的主要步驟及注意事項(xiàng)。這種設(shè)計(jì)方法對于提高設(shè)計(jì)效率，規(guī)范設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高模塊化設(shè)計(jì)使用的水平具有重要的意義，同樣對其他產(chǎn)品的自動化設(shè)計(jì)也有參考意義。

眾所周知，作為工程車輛的關(guān)鍵零部件，液壓油缸（下稱油缸）在產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性方面占有十分重要的地位。如何高效設(shè)計(jì)油缸，成為各個公司研發(fā)部門不斷探索的課題。

DriveWorks軟件是基于SolidWorks軟件的一個設(shè)計(jì)自動化工具，能夠自動生成零件、裝配體和工程圖，更可實(shí)現(xiàn)對最佳設(shè)計(jì)方法的記錄，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的知識管理。通過自動創(chuàng)建零件、裝配體和工程圖使設(shè)計(jì)過程自動化；定義設(shè)計(jì)規(guī)則，然后讓軟件生成需要的設(shè)計(jì)更改。確保始終符合設(shè)計(jì)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)；可按照預(yù)定義的規(guī)則創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而排除人為迭代導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯誤帶來的風(fēng)險[1]。

某公司有如下油缸設(shè)計(jì)的應(yīng)用需求：隨車吊設(shè)計(jì)工程師需關(guān)注油缸的缸徑、桿徑、行程、初始安裝距和外形尺寸，不需要了解油缸具體細(xì)節(jié)，如O型圈、導(dǎo)向套、耐磨環(huán)的選擇等。所以對于該公司工程師來說，如何快速獲得符合要求的模型，并利用油缸模型開展其他零部件的設(shè)計(jì)，是非常迫切的問題。針對以上需求，結(jié)合DriveWorks工具，筆者進(jìn)行了油缸自動化設(shè)計(jì)的嘗試。

DriveWorks界面的簡要介紹

當(dāng)SolidWorks軟件安裝好DriveWorks插件后，新建一個項(xiàng)目，完成捕捉模型后，界面如圖1所示。在此界面主要完成捕捉模型、捕捉裝配體結(jié)構(gòu)、尺寸及特征的捕捉、自定義屬性的捕捉、實(shí)例及替換模型捕捉及輸出文件格式設(shè)置。后期進(jìn)行規(guī)則的定義與設(shè)置完全是在這里指定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

當(dāng)點(diǎn)擊“顯示項(xiàng)目設(shè)計(jì)界面”按鈕，界面如圖2所示，這里主要有3個階段：第一階段為界面導(dǎo)航與界面設(shè)計(jì)，主要是為項(xiàng)目確定流程節(jié)點(diǎn)及為每個節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)界面；第二階段為數(shù)據(jù)與規(guī)則，主要是定義各種變量及相應(yīng)運(yùn)算公式和建立相關(guān)表數(shù)據(jù)；第三階段為定義輸出規(guī)則，主要是利用模板創(chuàng)建文檔及定義模型及工程圖的規(guī)則。其中定義模型及工程圖的規(guī)則定義較為關(guān)鍵，前期相關(guān)數(shù)據(jù)捕捉、界面定義中的數(shù)據(jù)運(yùn)算及第二階段變量定義與運(yùn)算，全部在這里進(jìn)行邏輯規(guī)則定義（數(shù)據(jù)交匯），以驅(qū)動模型中的尺寸、裝配關(guān)系、自定義屬性內(nèi)容、工程圖視圖位置、比例、技術(shù)要求等內(nèi)容自動發(fā)生變化。隨車吊所用變幅油缸的自動化設(shè)計(jì)

圖1 DriveWorks 界面1

圖2 DriveWorks 界面2

圖3 油缸模型

圖4 特征更改名稱

圖5 捕捉模型

1. 創(chuàng)建SolidWorks油缸模型

如圖3所示，以缸徑140mm為規(guī)格建模，創(chuàng)建油缸模型。在建模過程中有3點(diǎn)技巧：第一，如果確定油缸的結(jié)構(gòu)型式有幾種（本例中有3種型式），總裝配體只使用單一配置，在包含所有型式的零部件都裝配到總裝配的情況下，采取壓縮與解壓縮零部件的方式實(shí)現(xiàn)油缸型式的變化，這樣處理可以避免后期出工程圖時，由于不同配置不得不出多個工程圖情況，節(jié)省了出圖工程量；第二，裝配體或零件的文件名僅包括名稱，不包括圖號（見圖3），這樣處理的目的是圖號在自定義屬性中自動變化容易實(shí)現(xiàn)；第三，零件的關(guān)鍵建模特征需要重新命名（見圖4），以方便后期捕捉及設(shè)置規(guī)則時查找理解方便。

2. 新建項(xiàng)目

在捕捉模型步驟，需要注意的是要將裝配體中所有零部件前面方框都打上勾，否則后期在定義模型規(guī)則時，未打勾零部件，不能加載，見圖5。其他捕捉內(nèi)容操作比較簡單，無需特別說明。

3. 設(shè)計(jì)導(dǎo)航流程

導(dǎo)航流程一般可分為3個步驟：第一步，讓用戶作關(guān)鍵參數(shù)的選擇；第二步，進(jìn)行驗(yàn)算，判斷選擇項(xiàng)或手工填寫項(xiàng)是否符合要求；第三步，確定輸出選項(xiàng)的設(shè)置。第一步與第二步內(nèi)容可混合進(jìn)行，且在第一步和第二步中也可以附加顯示一些提示信息，例如校驗(yàn)不合格或數(shù)據(jù)庫中無相關(guān)內(nèi)容等等。另外，為了用戶在第一步方便選擇，理解設(shè)計(jì)意圖，在第一步或第二步的界面中增加一個簡圖，就顯得非常有必要。

本例中，第一步選擇缸徑桿徑，第二步選擇密封件及行程（簡圖在第二步），第三步輸出選項(xiàng)設(shè)置，流程簡圖見圖6。

4. 設(shè)計(jì)界面

本例中，第一步界面如圖7所示，界面分成三個區(qū)域：圖號信息收集區(qū)域（油缸應(yīng)用位置行）、主要參數(shù)選擇區(qū)域（油缸參數(shù)行）、驗(yàn)算區(qū)域，并提供了手工修改某些數(shù)據(jù)可能（當(dāng)勾選“手工輸入”前面方框時，輸入?yún)^(qū)域即出現(xiàn)）。

第二步界面如圖8所示，界面分成三個區(qū)域：密封件選擇區(qū)域、簡圖區(qū)域及驗(yàn)算提示信息區(qū)域。密封件區(qū)域選擇邏輯為根據(jù)第一步中用戶選擇缸徑及桿徑的信息，從數(shù)據(jù)庫中查找匹配數(shù)據(jù)，將其用下拉列表方式列出。這里技巧有三點(diǎn)：第一點(diǎn)是參數(shù)選擇時有“推薦”選項(xiàng)（見圖8），利用在數(shù)據(jù)庫中增加一列，如果是推薦數(shù)據(jù)，則標(biāo)識一下，然后利用函數(shù)將其選出列出；第二點(diǎn)是制作了油缸三種結(jié)構(gòu)簡圖，并且大小一致，在選擇勾選“780”、“735”、“進(jìn)油孔在缸筒底座”時簡圖會自動變化，并且上側(cè)密封件顯示內(nèi)容也發(fā)生變化；第三點(diǎn)是第一步選擇的缸徑桿徑尺寸也自動顯示在簡圖上，無需用戶翻到第一步查看。

圖6 設(shè)計(jì)導(dǎo)航流程

圖7 確定缸徑桿徑的界面

圖8 密封件選擇界面

第三步界面如圖9所示，主要是確定是否需要輸出其他格式，如igs或stp，是否需要出工程圖，由于本例中不需要出工程圖，所以在界面上并沒有出現(xiàn)工程圖選擇框（其星號構(gòu)成的布置為工程圖預(yù)留位置）。本步邏輯簡單，無需再作說明。

圖9 輸出格式界面

5. 輸入數(shù)據(jù)庫

在界面設(shè)計(jì)完成后，就可以將原始數(shù)據(jù)輸入DriveWorks表中了。圖10為部分?jǐn)?shù)據(jù)庫內(nèi)容截圖。

輸入數(shù)據(jù)包括：密封件數(shù)據(jù)庫、油缸材質(zhì)、工況數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)人員名稱數(shù)據(jù)庫等。

6. 確定變量與邏輯

為了實(shí)現(xiàn)界面中數(shù)據(jù)的自動變化（如根據(jù)不同條件，顯示不同數(shù)據(jù)）或自動出現(xiàn)一些提示信息，或者對當(dāng)前輸入值進(jìn)行校驗(yàn)，常用變量來實(shí)現(xiàn)。需要注意的是變量不能使用中文。變量部分截圖如圖11所示。由于語法與VBA語法幾乎相同，這里不再具體說明。

3.7 確定驅(qū)動模型及工程圖的邏輯

當(dāng)變量設(shè)置好并且相應(yīng)運(yùn)算法則也輸入完畢，就可以對模型裝配關(guān)系、尺寸、屬性、工程圖等需要改變的內(nèi)容進(jìn)行驅(qū)動了。如圖12所示，驅(qū)動模型尺寸有直接等于變量，也有直接等于用戶在界面選擇的返回值，還有根據(jù)變量值進(jìn)行判斷，然后確定其值。如前文所述，由于語法簡單，這里不再詳細(xì)描述。

3.8 最終調(diào)試

當(dāng)完成模型及工程圖的驅(qū)動，油缸自動化設(shè)計(jì)工作基本完成，但像所有程序一樣，需要進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試內(nèi)容有三點(diǎn)：第一點(diǎn)是程序中數(shù)據(jù)及校驗(yàn)公式有無錯誤，顯示結(jié)果是否正常（如雖然結(jié)果正確，但顯示不正常）；第二點(diǎn)是模型驅(qū)動邏輯有無容錯措施。例如輸入一個錯誤尺寸，驅(qū)動模型后造成不可逆轉(zhuǎn)的錯誤，導(dǎo)致無法生成模型；第三點(diǎn)是實(shí)際應(yīng)用中異常操作及額外需求程序是否能夠滿足。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目總共進(jìn)行了一個月時間，實(shí)現(xiàn)了缸徑80～400 mm范圍內(nèi)自動生成，筆者通過與油缸工程師的配合，將相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)保存到程序邏輯中，實(shí)現(xiàn)了油缸的快速設(shè)計(jì)、快速出圖的目標(biāo)，后期通過垂直油缸項(xiàng)目（隨車吊支腿上使用），實(shí)現(xiàn)了20 min出一套油缸圖紙的目標(biāo)。在高效設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)客戶的大趨勢下，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，可以在模塊化設(shè)計(jì)上更進(jìn)一步開展工作，達(dá)到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計(jì)要求，并且可在自卸車產(chǎn)品、隨車吊吊臂、轉(zhuǎn)臺等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)一步推廣使用。

圖10 數(shù)據(jù)庫

圖11 變量部分截圖

圖12 模型規(guī)則