1. 引言

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)即CAD技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)提高創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品開發(fā)能力，增強(qiáng)企業(yè)競爭能力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。大力推廣應(yīng)用CAD技術(shù)、開展“CAD應(yīng)用工程”是我國“八五”和“九五”期間的重要項(xiàng)目。通過多年的推廣和應(yīng)用，目前工程技術(shù)人員和設(shè)計(jì)人員正在積極從二維CAD向三維CAD轉(zhuǎn)變。為此我們開展了自然科學(xué)基金項(xiàng)目《基于Solid Edge面向先進(jìn)制造的機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì)技術(shù)研究》的研究，試圖在三維CAD軟件Solid Edge[1][2]的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，為中小型制造企業(yè)提供經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì)技術(shù)。研究中我們發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用三維CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，往往將大量的時(shí)間和精力花在大量標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購件以及企業(yè)內(nèi)部系列化產(chǎn)品等的設(shè)計(jì)上，其工作重復(fù)而繁瑣，大大延緩了產(chǎn)品開發(fā)周期，不能充分體現(xiàn)CAD技術(shù)的優(yōu)越性。為此本文在Solid Edge的基礎(chǔ)上，就如何對標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等設(shè)計(jì)參數(shù)化零件庫，作了一定的研究，并提出了幾種不同的實(shí)現(xiàn)方法和策略。

　　2. 零件庫設(shè)計(jì)方法

　　基于Solid Edge的零件庫設(shè)計(jì)方法主要有以下幾種：①采用Solid Edge本身的零件族功能;②采用Excel VBA技術(shù)操縱Solid Edge的變量表;③采用VB、VC編程技術(shù)操縱Solid Edge的變量表;④采用VB、VC編程技術(shù)操縱Solid Edge的特征造型過程。在設(shè)計(jì)零件庫時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件的復(fù)雜程度，零件的相似性、零件庫零件數(shù)量等因素選擇不同的方法，下面就不同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用情況等作對比分析。

　　2.1 采用Solid Edge本身的零件族功能

　　采用Solid Edge本身的零件族功能設(shè)計(jì)零件庫，就是通過手工操作Solid Edge設(shè)計(jì)零件庫。其一般步驟是：①找出一個(gè)能集中零件庫中不同零件所有功能要素的復(fù)合零件，并運(yùn)用Solid Edge參數(shù)化特征造型技術(shù)建立該零件的三維模型;②打開復(fù)合零件的變量表和復(fù)合零件的特征管理器(EdgeBar)，在特征管理器中，打開零件族功能(Family of Parts)，并點(diǎn)擊新建(New)、輸入零件庫零件名稱;③在變量表中選擇需要控制的特征尺寸變量，并在零件族對話框的變量(Variables)欄中點(diǎn)擊“添加變量”(Add Variables)將所選變量的名稱和數(shù)值都加入到零件庫中，并修改尺寸;④用鼠標(biāo)在實(shí)體零件中選取要抑制的特征，在零件族中的“被抑制特征(suppressed features)”欄點(diǎn)擊“添加特征(Add Feature)”按鈕，將需要抑制的特征抑制(隱藏)。⑤如此反復(fù)操作，得到一系列零件，并保存，如圖1所示;⑥以后需要調(diào)用零件庫中不同零件時(shí)，只需打開該復(fù)合零件，并零件族對話框中選擇不同的零件名即可[3]。

　　圖1 采用Solid Edge零件族功能設(shè)計(jì)零件庫

　　在Solid Edge中利用零件族功能設(shè)計(jì)零件庫，用戶無須編程，即可得到一個(gè)簡單的零件庫。但是該方法操作較為煩瑣、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)較為散亂、設(shè)計(jì)效率低。

　　該方法一般用于零件庫中零件數(shù)量較少、零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、控制變量的數(shù)量較少，且各變量之間的關(guān)系較為簡單的場合，如企業(yè)中某幾種變型產(chǎn)品零件庫的設(shè)計(jì)。

　　2.2 采用Excel VBA技術(shù)操縱Solid Edge的變量表

　　為了便于零件庫中各個(gè)零件數(shù)據(jù)的集中管理，簡化零件庫的手工操作，提高設(shè)計(jì)效率，這時(shí)可采用該方法來設(shè)計(jì)零件庫。其一般步驟是：①運(yùn)用Solid Edge參數(shù)化特征造型技術(shù)建立復(fù)合零件的三維模型，并整理其變量表，建立變量之間的約束關(guān)系，確定主控變量;②用Microsoft Excel創(chuàng)建復(fù)合零件數(shù)據(jù)表用于記錄復(fù)合零件模型中用到的變量及其不同的取值組合，每一行數(shù)據(jù)就是零件庫中某一個(gè)零件各尺寸參數(shù)的值。當(dāng)用戶選定該主控尺寸值所在的行，則其它尺寸的值即可確定，如圖2所示;③在Excel VBA編程環(huán)境中，新建一個(gè)Excel宏，編寫VBA程序代碼來驅(qū)動(dòng)Solid Edge變量表。涉及到的主要程序代碼有：用Set Sel = Application.ActiveCell及SelRow = Sel.Row獲得當(dāng)前Excel的激活行SelRow;用Set “變量值”=Sheets("Excel表名").Cells(SelRow,n).Value方法獲取當(dāng)前Excel激活行SelRow的第n列數(shù)據(jù);用Set objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application")函數(shù)來調(diào)用Solid Edge對象objApp;用Set objvars = objApp.ActiveDocument.Variables方法獲取該復(fù)合零件變量表中的所有設(shè)計(jì)變量;用Call objvars.Edit("變量名", 變量值)方法修改變量表中相應(yīng)變量的值，Solid Edge便會(huì)自動(dòng)更新復(fù)合零件的三維模型;④使用時(shí)，先打開Solid Edge復(fù)合零件，打開相應(yīng)的Excel數(shù)據(jù)表并選擇其中某一行數(shù)據(jù)，然后運(yùn)行Excel宏，這時(shí)Solid Edge就按指定的尺寸數(shù)據(jù)更新復(fù)合零件三維模型得到零件庫中的某一個(gè)零件，如圖2所示為我們所設(shè)計(jì)的夾具元件庫。

　　圖2 采用Excel VBA技術(shù)設(shè)計(jì)零件庫

　　該方法通過Excel VBA技術(shù)來驅(qū)動(dòng)Solid Edge變量表，無需設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)管理程序，零件庫數(shù)據(jù)管理方便，程序設(shè)計(jì)簡單清晰，但是使用時(shí)需要同時(shí)運(yùn)行Excel，零件庫的運(yùn)行、管理、維護(hù)不方便。該方法一般用于零件庫中零件數(shù)量較多、零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件數(shù)據(jù)較多的場合，如企業(yè)通用件庫的設(shè)計(jì)。

　　2.3采用VB或VC編程技術(shù)操縱Solid Edge的變量表

　　為了便于零件庫中各個(gè)零件數(shù)據(jù)的集中管理，減少零件庫的手工操作，提高設(shè)計(jì)效率，這時(shí)可采用該方法來設(shè)計(jì)零件庫。其一般步驟是：①運(yùn)用Solid Edge參數(shù)化特征造型技術(shù)建立復(fù)合零件的三維模型，并整理其變量表，建立變量之間的約束關(guān)系，確定主控變量;②用VB或VC編程，獲取復(fù)合零件的各個(gè)變量。以VB程序?yàn)槔话悴捎肧et objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application")或Set objApp = CreateObject("SolidEdge.Application")函數(shù)來調(diào)用或創(chuàng)建Solid Edge對象objApp，并采用Call objApp.Documents.Open(FileName:=“復(fù)合零件文件名”)方法打開復(fù)合零件的三維模型，用Set objvars = objApp.ActiveDocument.Variables方法獲取該復(fù)合零件變量表中的所有設(shè)計(jì)變量;③設(shè)計(jì)清晰友好的用戶圖形界面，管理零件庫中各個(gè)零件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如圖3為某法蘭盤類零件庫界面;④在程序中用Call objvars.Edit("變量名", 變量值)方法修改變量表中相應(yīng)變量的值，Solid Edge便會(huì)自動(dòng)更新復(fù)合零件的三維模型[4][5]。

　　圖3 采用VB操縱Solid Edge變量表設(shè)計(jì)零件庫

　　該方法通過VB或VC來驅(qū)動(dòng)Solid Edge變量表，程序設(shè)計(jì)簡單清晰，用戶界面友好，便于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理，但所能控制的主控變量不能太多，否則會(huì)引起

　　三維模型的異變。該方法一般用于零件庫中零件數(shù)量較多、零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制變量的數(shù)量較少，且各變量之間的關(guān)系較為簡單的場合，如組合機(jī)床通用件庫(多軸箱、主軸等)的設(shè)計(jì)。

　　2.4 采用VB、VC等編程技術(shù)操縱Solid Edge的特征造型過程

　　上述幾種方法在設(shè)計(jì)零件庫時(shí)均需要事先設(shè)計(jì)復(fù)合零件的三維模型，使得零件庫運(yùn)行時(shí)的獨(dú)立性較差，如果復(fù)合零件的三維模型設(shè)計(jì)不當(dāng)，當(dāng)改變數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)引起零件三維模型的異變，零件庫中零件變化不能太大，數(shù)量較少。如果零件庫中零件數(shù)量較大，且零件的結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，這時(shí)可采用VB、VC等編程技術(shù)操縱Solid Edge的特征造型過程，形成一個(gè)獨(dú)立的零件庫軟件。通過該方法設(shè)計(jì)零件庫的一般步驟是：①仔細(xì)分析零件庫中各零件的結(jié)構(gòu)特征，優(yōu)化零件在Solid Edge環(huán)境中的造型方法;②運(yùn)用VB或VC設(shè)計(jì)零件庫的圖形用戶界面;③用VB或VC編程對零件庫數(shù)據(jù)進(jìn)行管理;④用VB或VC編程，根據(jù)零件庫零件數(shù)據(jù)控制Solid Edge的特征造型過程，從而在Solid Edge中得到所需零件[6]。例如圖4為我們所設(shè)計(jì)的緊固件標(biāo)準(zhǔn)零件庫的一部分。

　　圖4 緊固件標(biāo)準(zhǔn)零件庫

　　該方法通過VB或VC來控制Solid Edge特征造型過程，不需事先建立復(fù)合零件，零件庫的獨(dú)立性較高，便于零件庫的運(yùn)行、維護(hù)，但程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，一般用于零件庫中零件數(shù)量較多、零件結(jié)構(gòu)較為簡單的場合，如標(biāo)準(zhǔn)零件庫的設(shè)計(jì)。

　　3. 設(shè)計(jì)零件庫的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 復(fù)合零件的特征造型

　　在采用上述前三種方法設(shè)計(jì)零件庫時(shí)，最為關(guān)鍵的是復(fù)合零件的三維造型問題，在復(fù)合零件造型時(shí)必須考慮一定的造型策略，否則在改變參數(shù)時(shí)會(huì)引起三維模型的異變，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①三維CAD軟件Solid Edge在進(jìn)行特征造型和特征修改時(shí)都必須有一個(gè)基本特征，其它特征都是在該特征的基礎(chǔ)上通過填料或除料來實(shí)現(xiàn)的，所以該基本特征是不能被刪除或隱藏的，否則其它特征就無法存在。因此，在復(fù)合零件造型時(shí)，必需合理選擇基本特征，一般應(yīng)選擇零件庫中每個(gè)零件都具備的特征。②在復(fù)合零件的變量表中，應(yīng)對每個(gè)變量之間的關(guān)系通過變量表公式加以確定，盡量減少主控變量的個(gè)數(shù)。③在Solid Edge中進(jìn)行特征造型時(shí)，盡可能做到關(guān)聯(lián)造型。為此，在特征造型時(shí)，基本特征的基準(zhǔn)可選擇Solid Edge的基準(zhǔn)參考面，而其它特征在造型時(shí)均應(yīng)以基本特征或相關(guān)特征的特征面、相切面、平行面等相對基準(zhǔn)作為特征造型基準(zhǔn)，如圖5所示。

　　圖5 基準(zhǔn)面的選取

　　3.2零件庫的數(shù)據(jù)管理

　　在設(shè)計(jì)零件庫時(shí)需要對零件庫的零件參數(shù)進(jìn)行管理，其方法主要有以下幾種：①零件數(shù)量較少(5～8個(gè)以下)，可直接保存在上述的Solid Edge零件族中;②零件數(shù)量較少(5～20個(gè))，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，可通過編程在VB的下拉式列表框中保存零件庫數(shù)據(jù)，如圖2所示，也可在VB程序界面中插入DataGrid對象來管理零件庫數(shù)據(jù)，如圖6所示為我們設(shè)計(jì)的組合機(jī)床軸類通用件庫數(shù)據(jù)管理界面，還可采用上述直接用Excel驅(qū)動(dòng)變量表的方法管理零件庫數(shù)據(jù);③零件數(shù)量較多(20個(gè)以上)，且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這時(shí)可采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理零件庫數(shù)據(jù)。例如在我們設(shè)計(jì)的緊固件標(biāo)準(zhǔn)件庫中，采用了與VB的結(jié)合比較緊密Microsoft Access建立零件數(shù)據(jù)庫，在VB中通過ADO(Microsoft ActiveX Data Objets)控件采用Jet數(shù)據(jù)引擎，即Micrisoft.Jet.OLEDB.4.0來鏈接數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)VB程序?qū)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀取。

　　圖6 組合機(jī)床軸類通用件庫

　　4. 結(jié)論

　　本文在Solid Edge的基礎(chǔ)上，以實(shí)例提出了幾種不同的零件庫設(shè)計(jì)方法及其關(guān)鍵技術(shù)，它有助于解決大量標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、外購件以及企業(yè)內(nèi)部系列化產(chǎn)品等的三維設(shè)計(jì)問題，有助于提高企業(yè)的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。