基于solidworks软件织机零部件3d图库的设计

基于 SolidWorks 软件织机零部件专用 CAD 系统开发构思发表时间： 2010-5-31 作者: 李军宁 来源: e-works 关键字: SolidWorks 二次开发 专用 CAD 系统 CAD 软件 阐述了织机设计领域 CAD 系统应用概况，通过现状分析指出了织机设计领域相应解决思路，并对课题主要研究内容及其关键技术进行了介绍，指出了课题研究价值。接下来对所构思的织机零部件专用 CAD 系统进行了系统分析、经济可行性分析与技术可行性分析，介绍了系统的开发目标并构建了织机零部件专用系统总体框架，对系统中一些典型的窗体进行了概述。阐明了织机零部件专用 CAD 系统的工作流程。所开发的专用系统可提高织机设计效率，课题研究也可以为 SolidWorks 的本地化及其他行业专用系统开发提供一点参考。1 前言目前计算机辅助设计制造领域的热点问题是将参数化设计技术与 CAD 软件二次开发技术相结合，根据具体产品设计需求对通用 CAD 系统进行专用化的研究与开发，开发自主的 CAD 系统。它能够极大地提高产品设计效率，实现快速设计，提高产品竞争力。有关这方面技术的研究，国内外已经广泛地展开。韩国 Y. J. Chang 等人运用 AutoLISP 及 Visual Basic 开发语言，基于 AUTOCAD 平台开发出了用于内齿轮油泵集成快速设计的二维设计平台1；杨海飞等人利用 Visual Basic 语言开发了一个基于 SolidWorks 的螺纹连接标准件库，用于实现螺纹连接件的快速自动设计2；李宇彤采用 VBA、Visual Basic 开发语言，开发出了一套基于 AutoCAD 软件的专用液压缸智能计算机辅助设计系统，可以实现液压缸主要尺寸参数的初始估算、零部件结构的参数化设计及设计结果的工程分析校核等工作3；邓春晓采用 Visual Basic 开发语言，研制开发了基于 AutoCAD 软件的 DT 型带式输送机计算机辅助设计系统，可以实现选型设计过程的程序化与零部件的参数化绘图4；安向东基于 AUTOCAD 平台研制了用于纺织机械设计的液压传动 CAD 系统，可以实现液压元件的流体静力学计算、流体动力学计算、液压元件计算、液压元件查询、液压系统图绘制等功能5。从研究的现状来看，大多集中在模具、汽车等标准比较完善、机电一体化水平较高的行业，取得了一系列的良好收益，而在纺织机械行业的研究与应用很少，很自然就在一定程度上制约着整个行业的进一步发展。计算机辅助设计技术已较好地实现了特定零件的参数化设计，但针对部件级的参数化设计方法的研究还很少；系统的开发主要是针对二维的，三维系统的开发还很少；直接面向纺织机械行业的研究与应用更少，面向织机行业的专用 CAD 系统的研发未见报道。安向东基于 AUTOCAD 平台研制了用于纺织机械设计的液压传动 CAD 系统，属于传统二维 CAD 系统。随着设计方法与设计工具的极大进步，2D 设计系统由于效率低下、功能单一及兼容性差等诸多问题，终将被有着众多优点的 3D 系统所取代；同时，目前所开发的绝大多数专用 CAD，功能单一，仅仅停留在设计建模这一块，没有形成一种包含已有设计资源、可实现快速变型设计、分析仿真等更多功能的集成专用 CAD 系统，以更好地提升织机设计制造水平6。2 现状分析与解决思路为解决上述问题造成的织机设计中所面临的不利局面，提升织机设计效率与质量，本文提出建立一种针对零、部件级，面向三维的织机零部件专用 CAD 系统的思路与实现方法。本系统通过集成与再利用已有织机设计资源、自动调用 SolidWorks 这一高效的三维设计软件并在此平台上进行局部修改回代、进行基于原型推理辅助设计及对关键部位进行分析仿真等工作，可以有效提高织机设计的效率与质量。3 研究内容3.1 主要研究内容对各种典型无梭织机(有梭织机)进行系统化研究与分析，分门别类对织机零部件进行归纳整理，提取出各类别关键零部件通用特征，对其进行模块化处理，建立织机专用三维零部件模型数据库；以参数化设计软件 SolidWorks 为开发平台，运用编程语言 Visual Basic 进行二次开发，开发出集成的织机零部件库，并通过编程实现与 SolidWorks 开发平台的链接与交互，实现调用 SolidWorks 进行快速设计的目的；在此基础上优化人机交互界面及添加常用零件向导等功能，集成基于原型推理的辅助设计方法；添加后续的分析仿真模块，形成一个集向导式交互设计界面，三维织机零部件 3D 图库、基于原型推理辅助设计模块与分析仿真模块于一体的织机零部件专用集成 CAD 系统7-11。 3.2 关键技术本系统主要是为实现织机零部件信息的集成与高效设计而开发的。系统主要由 3D 图库、基于原型推理辅助设计模块、分析仿真模块这三大功能模块组成。系统实现的关键技术集中在对上述三大模块的研究与开发上，在此基础上通过三者之间及与主系统面板的有机联系与链接实现系统的基本功能。(1)对各种典型织机进行系统化研究与分析，分门别类对织机零部件进行归纳整理，提取各类别关键零部件通用特征。(2)织机零部件 3D 图库的建立与完善。(3)基于原型推理的优化设计方法及高效的推理机制等先进理论与方法的研究，基于原型推理辅助设计模块的设计与开发，及其与 3D 图库的集成研究。(4)后续的分析仿真模块的开发及与系统的集成化研究。4 课题应用价值及意义国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020 年)中明确表示：“用高新技术改造和提升制造业。大力推进制造业信息化，积极发展基础原材料，大幅度提高产品档次、技术含量和附加值，全面提升制造业整体技术水平。”，同时在制造业优先主题中明确提出对于“基础件和通用部件”及“数字化和智能化设计制造”的重点支持12。近期发布的纺织工业调整和振兴规划中也明确提出当前我国纺织产业调整和振兴的主要任务之一是提高自主创新能力，其中针对提高纺织装备自主化水平提到以提高专用基础件、配套件可靠性为切入点，加大纺织机械专用基础件、配套件的研发和产业化力度13。本课题的研究内容符合上述国家重点支持方向，具有很大的应用价值，同时国家的这些方针措施在很大程度上也会有力的促进本课题的深入研究与实现。具体而言，本课题旨在研究与开发出一个带有向导式交互设计界面、集三维参数化设计中二次开发技术开发出的零部件 3D 图库、基于原型推理辅助设计模块与分析仿真模块于一体的织机零部件专用系统。该系统通过集成的人机交互界面，不需要对织机零部件的所有信息进行关注，只对需要改动的原型的几个主控参数进行预期的修改，通过系统内部的运作，系统便会调用 SolidWorks 这一高效的参数化设计软件进行自动建模，以三维模式展现修改后的模型；通过基于原型推理辅助设计方法进行快速设计；通过人机交互界面，对模型进行分析与仿真等工作以更好地验证与辅助设计。应用于织机的设计实践中，可促进我国织机制造行业的发展。织机零部件专用 CAD 系统的开发，可实现现有织机零部件资源的有效整合和利用，提高织机设计效率与产品质量，缩短产品上市周期，进而提升产品的市场竞争力。 与传统的自下而上设计方法相比，该专用 CAD 系统可以极大的避免重复绘图的不利之处，提高设计效率与产品质量，可广泛应用于织机的创新设计上，能够改变传统织机设计的低效率，产生一定的经济与社会效益。本课题的研究可以为国内织机的研制提供一个高效的研发平台，对其他行业专用 CAD 系统的研究与开发也具有很好的借鉴与参考意义。5 系统分析5.1 系统需求分析织机分为有梭织机、无梭织机。有梭织机、无梭织机及其内部各类别之间最大的区别在于引纬装置及工作原理的不同，其他装置与机构之间具有很大的通用性，可以形成模块化。而传统织机产品的研发过程中，设计人员往往陷入重复绘图的不利状况之中，耗费了宝贵的研发时间，限制了创新思维的充分发挥，是制约织机设计效率提高的一个不利因素。因此对织机设计制造行业而言，通过有效整合和利用现有织机零部件资源，建立一种包含设计建模、优化设计及分析仿真等更多功能的集成的织机零部件专用系统是十分必要的。5.2 系统可行性分析(1) 经济可行性分析该系统的主要目的是减轻工程师的工作量，提高设计效率与质量。使用本系统，设计师可方便快捷地进行产品快速设计，以及与之相关的仿真分析及数据管理问题，减少重复性工作，提高设计效率与设计质量。(2) 技术可行性分析本系统采用 Microsoft 公司的 Visual Basic 6.0 作为主要的开发工具，以 SolidWorks 软件作为开发平台，数据库选用当前非常流行的 Microsoft 公司的 Access 2003 数据库系统，该系统在安全性、准确性和运行效率上都占有一定优势。6 系统设计6.1 系统目标面对织机设计过程的复杂化及专用系统发展过程中的各种情况，经过对织机参数化设计与分析仿真实际要求的分析，确定系统应达到以下目标：(1) 强大的参数化设计与快速变形设计功能。充分利用 SolidWorks 的参数化技术，不但能实现产品中零部件的参数化设计，而且能实现整机的参数化设计；应该拥有完备的参数化零部件库和设备库，并且具有完善的数据管理功能；产品的整个设计过程能全部在系统环境中完成，且设计所需信息都可以在设计环境中获取；充分利用基于原型推理快速变型设计功能，提高设计效率与准确度。(2) 产品设计的可靠性。本系统通过集成后续分析仿真模块，对零部件关键结构进行必要的分析与仿真，提高零部件的质量与可靠性。(3) 产品设计的柔性。系统既支持己有模型库的调用，又能在调用的设计成果上快捷地做出局部的交互式修改来满足设计要求；同时具备用户自扩充零部件库的功能。(4) 友好的人机交互界面。系统以独立可执行文件的方式与 SolidWorks 平台集成，保持操作界面的实用性与易操作性，并提供必要的操作提示信息和帮助信息。(5) 其他辅助功能的完善性。为保证系统功能的完善，还应具备其他的一些功能。如保证自动生成的工程图的实用性；考虑与其他设计管理软件如 PDM (产品数据管理系统)的数据对接。6.2 系统功能结构简介系统总体方案设计功能结构图如图 6-1 所示。其中包括四个主要组成部分：通用 CAD 系统(SolidWorks 系统)，定制的用户界面模块，程序设计模块(包括产品选型模块、基于原型推理辅助设计模块、分析仿真模块等)和数据管理模块。图 6-1 系统总体方案设计功能结构图(1) 通用 CAD 系统：是产品参数化设计系统的宿主，是实现系统功能的基础。(2) 定制的用户界面模块：主要是提供给用户进行交互的设计操作。(3) 设计计算及分析仿真程序模块:主要由产品选型模块、一般设计与计算模块、基于原型推理辅助设计模块、分析与仿真模块及其他功能模块组成，完成产品设计分析和参数化设计工作。(4) 数据管理模块:由数据库管理系统和数据库组成，负责对产品设计专用系统的数据的管理。系统数据库是在参数化零部件库的基础上建立的，包括专用基础件(包括通用件、专用件及标准件)数据库、部件数据库、产品设备(装配件)数据库和一些辅助信息库，其中专用基础件数据库是实现设备数据库的基础。6.3 系统预览织机零部件专用 CAD 系统由多个窗体组成，下面仅对一些典型窗体进行介绍，其他窗体在后续章节中会进行详细介绍。系统主窗体如图 6-2 所示，是一个集成各子功能模块的系统界面，通过调用各子窗体进行交互操作得以实现系统的所有功能。系统登录窗体的运行效果图如图 6-3 所示，主要用于防止非法用户进入系统内部进行非法操作，保障系统操作安全。用户管理窗体的运行效果如图 6-4 所示，主要功能是实现对于用户信息的增、删、改、查等操作。操作员权限管理窗体的运行效果如图 6-5 所示，主要功能是针对不同的使用者赋予相应权限的操作。系统选项窗体的运行效果如图 6-6 所示，主要功能是集成一些常用的系统功能以利于系统的快速操作。织机 3D 图库窗体如图 6-7 所示，主要功能在于对系统中存储的织机基础信息进行操作、查询、修改与完善等操作。基于原型推理辅助设计模块主窗体如图 6-8 所示，主要功能在于实现织机零部件的快速变型设计。图 6-2 系统主窗体图 6-3 登陆窗体 图 6-4 用户管理窗体图 6-5 操作员权限管理窗体 图 6-6 系统选项窗体图 6-7 织机 3D 图库窗体图 6-8 基于原型推理辅助设计模块窗体6.4 系统业务流程图依据系统功能及用户的实际需求，绘制了系统的工作流程，如图 6-9 所示。图 6-9 系统业务流程图7 小结阐述了织机设计领域 CAD 系统应用概况，通过现状分析指出了相应解决思路，并对课题主要研究内容及其关键技术进行了介绍，指出了课题研究意义。对织机零部件专用 CAD 系统进行了系统分析、经济可行性分析与技术可行性分析，接下来介绍了系统的开发目标并构建了织机零部件专用 CAD 系统总体框架，对系统中一些典型的窗体进行了概述。阐明了织机零部件专用 CAD 系统的工作流程。参考文献：1 Y.J.Chang, J.H.Kim, C.H.Jeon, Chul Kim, and S.Y.Jung. Development of an Integrated System for the Automated Design of a Gerotor Oil PumpJ. Journal of Mechanical Design, 2007, 129 (10): 1099-1105.2 杨海飞, 蒋建东, 王杰. 基于 SolidWorks 的螺纹联接标准件库的开发J. 轻工机械, 2007, 25 (2): 56-59.3 李宇彤. 液压缸智能计算机辅助设计系统的开发和研究D. 吉林: 吉林大学, 2005.4 邓春晓. DT II 型带式输送机计算机辅助设计系统的研制D. 安徽: 安徽理工大学,2005.5 安向东. 用于纺织机械设计的液压传动 CAD 系统J. 纺织学报, 2006, 27 (6): 97-99.6 李郁, 陈定方. 机械 CAD 在中国的发展现状及趋势J. 湖北工业大学学报, 2006, 21(3): 73-76.7 Yigang Hu. Hydraulic cylinder CAD design system based on product disposition J. IFIP International Federation for Information Processing, 2006, 207(8): 658-663. 8 Y.E.Nahm, H.Ishikawa. A new 3D-CAD system for set-based parametricJ. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006, 12(29): 137-150.9 Tai Ligang, Li Dianqi. Research on integrating customization design for mechnical productJ. Frontiers of Mechanical Engineering in China, 2007, 1(2): 89-93.10 S.H.Wu. Feature-based parametric design of a gating system for a die-casting dieJ. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2002, 11(19): 821-829.11 李斌, 史明华, 肖放等. 基于模块化设计的纺机产品设计资源管理系统的研究J. 组合机床与自动化加工技术, 2005, (05): 102-104.12 国务院办公厅. 国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)EB/OL. /jrzg/2006-02/09/content_183787.htm, 2006-02-09.13 国务院办公厅. 纺织工业调整和振兴规划EB/OL. /zwgk/2009-04/24/content_1294877.htm, 2009-04-24.基于 solidworks 软件织机零部件 3D 图库的设计发表时间： 2010-6-18 作者: 李军宁 来源: e-works 关键字: SolidWorks VB 二次开发 3D 图库 CAD 介绍了 SolidWorks 及其开发思想，利用 SolidWorks 提供的基于 OLE 自动化技术的 API 函数，可以使用支持 OLE 和 COM 的 VB 语言来对 SolidWorks 进行二次开发,建立一个由众多零部件组成的织机零部件3D 图库。 在实现规范化 3D 图库的同时建立相应的数据管理系统，以提高设计效率；添加零件技术条件及规范，构成一个具有查询、调用等多用途的综合零部件处理系统。本文正是基于此想法，以 A 型织轴为例初步探讨了一种基于 SolidWorks 二次开发织机零部件 3D 图库的方法，附有软件源代码，以供参考。1 前言当前纺织行业正在进行结构调整，转变发展方式。传统纺织机械产品要走“纵向提高、横向延伸、拓宽领域、不断创新”之路，拓展新的发展空间、新的应用领域。目前纺织行业要实现真正的技术过关、实现自主化生产、实现制造精细精良、提高自动控制水平的可靠性，任务仍然十分艰巨。而织机基础件是社会配套急需的产品，有待开发，有待改进。针对以往织机设计实践中经常陷入重复绘图所导致的低工作效率及传统 2D 图库的缺陷， 采用 VB 语言开发了一种基于 SolidWorks 软件的织机基础件 3D 图库。通过应用织机模块化设计思想，设计人员可以从模块库(基础件库)中挑选所需要的零部件，在 SolidWorks 中自动完成零部件建模，再进行组合配置，并进一步根据实际需求进行快速设计。与传统的自下而上设计工作实践对比表明，该基础件库通过充分集成已有织机设计资源、自动调用 SolidWorks 这一高效的三维设计软件并在人机交互平台上进行局部修改回代，可以较大的避免重复绘图的不利之处，减轻设计工程师的工作量，提高设计效率。同时该基础件库是一个开放的系统，可以方便地进行扩充，添加进相关信息、高效的推理机制与后续分析仿真功能，实现资源的更有效整合与利用。3D 图库开发原理图如图 1 所示。其基本工作流程为：基于 OLE 技术的 SolidWorks API 将 SolidWorks的各种功能封装在 SolidWorks 对象之中供编程调用，开发者使用 VB 语言通过调用 SolidWorks 的对象体系结构，操纵对象的属性和调用对象的方法建立自主的应用程序，实现二次开发。图 1 系统软件开发原理图2 织机零部件定义与分类织机是指用以织造技术，即用经纬多组平行纱线互相交织和混合法形成织物的机器。随着近期科技快速发展与人们物质精神消费需求的增长，对织品相关产业的需求也在急剧增加，自然对于织造行业的效率有了更高的要求。织机，尤其是无梭织机，作为织造行业的关键装备，也得到了迅速发展。织机分为有梭织机、无梭织机。有梭织机、无梭织机及其内部各类别之间最大的区别在于引纬装置及工作原理的不同，其他装置与机构之间具有很大的通用性，可以形成模块化。而传统织机产品的研发过程中，设计人员往往陷入重复绘图的不利状况之中，耗费了宝贵的研发时间，限制了创新思维的充分发挥，制约了织机设计效率的提高。织机零部件作为织机的重要组成部分，对于织机的正常高效运作具有极其重要的作用。参照国标与相关行业标准与规则，织机零部件从结构上可大致分为：织机机架，传动装置，经纱和织物控制装置，开口机构，引纬机构，布边装置，打纬机构，织造停机装置等大类。从功能上来分，织机专用基础件可分为通用件、专用件及标准件三大类，其中通用件是指各型号织机通用的零部件，专用件主要是指各型号织机引纬装置零部件，标准件是指各种符合国家标准及行业标准的零部件。在实际设计过程中，标准件可以直接调用，通用件稍加修改便可实现设计目标。在对织机零部件拓扑关系结构分解的基础上，参阅了许多文献、资料1-4，尤其是参阅相关国家标准进行零部件拓扑结构细分5-7，发掘织机零部件的相似性，对其进行模块化处置，提高织机设计制造中资源的重用性。为提高系统实用性，对其分类也引入了相关行业标准、企业标准信息。对于行业标准或企业标准不健全的零部件，通过调研，归纳总结不同厂家不同型号的零部件，提取其共性，初步建立了其分类分解图构思图如图 2 所示。图 2 织机零部件分类分解构思图3 设计与实现3.1 概述3D 图库的设计与实现，首先是织机关键零部件数据库的设计，接下来便是具体零部件的参数化模型库的建立。织机关键零部件数据库的实现，主要是织机关键零部件分类信息的确定。本课题依据上述思想与理论，考虑到我国现行织机零部件的分类标准与实际情况，在对各种典型无梭织机进行系统化研究与分析、分门别类对织机关键零部件进行归纳整理、提取各类别关键零部件通用特征的基础上，采用多级编码制对相应织机零部件进行编码，建立的相关数据库如图 3 所示，数据库选用当前非常流行的 Microsoft 公司的Access 2003 数据库系统。在此基础上，考虑到系统的开放性，使用 VB 6.0 语言开发了织机零部件信息处理窗体(如图 4 所示)进行织机分类信息的查询与维护等工作。图 3 织机关键零部件数据库示意图图 4 织机零部件信息处理窗体零部件的参数化模型库的建立部分，采用的是以参数化设计软件 SolidWorks 为开发平台，运用编程语言 VB 进行二次开发，开发出集成的织机关键零部件库，并通过编程实现与 SolidWorks 开发平台的链接与交互，实现调用 SolidWorks 进行快速设计的目的。3.2 3D 图库具体实现过程A 型织轴处于分级编码的第四级，属于经纱与织物控制装置下织轴的子类，是织机的一个通用关键零部件，本文中限于篇幅，仅以 A 型织轴为例，阐述有关零部件参数化模型库的建立过程8-9。(1) 启动 VB 程序，建立一个新的标准 EXE 工程文件。特别需要注意的一点是：在标题栏显示的当前工程名及窗体名是通过修改属性窗口中“名称”属性及“caption”属性得以实现的，与实际的工程名及窗体名并无直接联系，实际的工程名及窗体名是通过诸如“A 型织轴绘制.vbp”形式体现出来的。(2) 引用 SolidWorks 类型库文件。在 VB 里添加引用，单击菜单栏中“工程”“引用”命令，选择“SolidWorks exposed Type Libraries For add-in Use”(SolidWorks 插件库文件)、“SolidWorks 2007 Type Libray”(SolidWorks 库文件)和“SolidWorks Consant Type library”(SolidWorks 常数库)，如图 5 所示。图 5 VB 引用 SolidWorks 类型库(3) 编辑窗体界面。拖动工具箱组件板上的 Lable 控件、TextBox 控件及 CommandButton 控件到 Form上；接下来设置相关控件属性。(4) 编程实现。在 VB 编程环境下，引用单元文件，创建相关函数及编写事件处理过程，实现程序功能。模块中存储的是原型实例的全参数化样板图，通过调用 SolidWorks 底层 API 函数，由参数驱动直接生成所需要的设计图纸，可方便地进行修改与完善。调用 SolidWorks 自动绘图的部分源代码如下。Dim swapp As Object Dim part As Object Dim boolstatus As Boolean 定义接口Set swapp = CreateObject(“SldWorks.Application“) Set part = swapp.NewPart() swapp.Visible = True获取 SolidWorks 软件接口并新建一个零件文件Set swapp = Nothingpart.InsertSketch2 Truepart.CreateLine2 0， Val(txtd2.Caption) / 2000， 0， -(Val(txtl1.Caption) / 2 - Val(txta1.Caption) - Val(txta2.Caption) - Val(txta3.Caption) / 1000， Val(txtd2.Caption) / 2000， 0retval = part.SetTitle2(“织轴 A“ & Combo_d1.text & “ & Combo_d2.text & “ & Combo_d3.text & “ & Combo_l1.text & “ & Combo_l5.text & “ & Combo_w.text & “ “ & btbz.text)以上语句为参数化后的建模命令语句及相关操作语句End Sub特别强调的是最后一句是依据标准中规定的命名格式对文件进行重命名，这种命名采用动态命名的机制，将用户输入的参数值动态传递并显示在文件名字之中，利于检查与存储。考虑到同一标准尺寸下由于其他尺寸变化可能表现形式不同，在程序主面板上添加备注一栏，可方便地添加备注到名称之中加以区别。对于其他标准与非标准零部件的命名采用