1. 引言

　　計算機輔助設計即CAD技術已經成為企業提高創新能力，提高產品開發能力，增強企業競爭能力的一項關鍵技術。大力推廣應用CAD技術、開展“CAD應用工程”是我國“八五”和“九五”期間的重要項目。通過多年的推廣和應用，目前工程技術人員和設計人員正在積極從二維CAD向三維CAD轉變。為此我們開展了自然科學基金項目《基于Solid Edge面向先進制造的機械產品開發與設計技術研究》的研究，試圖在三維CAD軟件Solid Edge[1][2]的基礎上進行二次開發，為中小型制造企業提供經過實踐檢驗的機械產品開發與設計技術。研究中我們發現，在應用三維CAD技術進行機械產品設計時，往往將大量的時間和精力花在大量標準件、通用件、外購件以及企業內部系列化產品等的設計上，其工作重復而繁瑣，大大延緩了產品開發周期，不能充分體現CAD技術的優越性。為此本文在Solid Edge的基礎上，就如何對標準件、通用件等設計參數化零件庫，作了一定的研究，并提出了幾種不同的實現方法和策略。

　　2. 零件庫設計方法

　　基于Solid Edge的零件庫設計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技術操縱Solid Edge的變量表;③采用VB、VC編程技術操縱Solid Edge的變量表;④采用VB、VC編程技術操縱Solid Edge的特征造型過程。在設計零件庫時，應根據零件的復雜程度，零件的相似性、零件庫零件數量等因素選擇不同的方法，下面就不同設計方法的特點、關鍵技術及其應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計零件庫，就是通過手工操作Solid Edge設計零件庫。其一般步驟是：①找出一個能集中零件庫中不同零件所有功能要素的復合零件，并運用Solid Edge參數化特征造型技術建立該零件的三維模型;②打開復合零件的變量表和復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)欄中點擊“添加變量”(Add Variables)將所選變量的名稱和數值都加入到零件庫中，并修改尺寸;④用鼠標在實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如此反復操作，得到一系列零件，并保存，如圖1所示;⑥以后需要調用零件庫中不同零件時，只需打開該復合零件，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零件族功能設計零件庫

　　在Solid Edge中利用零件族功能設計零件庫，用戶無須編程，即可得到一個簡單的零件庫。但是該方法操作較為煩瑣、設計數據較為散亂、設計效率低。

　　該方法一般用于零件庫中零件數量較少、零件結構較為復雜、控制變量的數量較少，且各變量之間的關系較為簡單的場合，如企業中某幾種變型產品零件庫的設計。

　　2.2 采用Excel VBA技術操縱Solid Edge的變量表

　　為了便于零件庫中各個零件數據的集中管理，簡化零件庫的手工操作，提高設計效率，這時可采用該方法來設計零件庫。其一般步驟是：①運用Solid Edge參數化特征造型技術建立復合零件的三維模型，并整理其變量表，建立變量之間的約束關系，確定主控變量;②用Microsoft Excel創建復合零件數據表用于記錄復合零件模型中用到的變量及其不同的取值組合，每一行數據就是零件庫中某一個零件各尺寸參數的值。當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編程環境中，新建一個Excel宏，編寫VBA程序代碼來驅動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方法獲取當前Excel激活行SelRow的第n列數據;用Set objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application")函數來調用Solid Edge對象objApp;用Set objvars = objApp.ActiveDocument.Variables方法獲取該復合零件變量表中的所有設計變量;用Call objvars.Edit("變量名", 變量值)方法修改變量表中相應變量的值，Solid Edge便會自動更新復合零件的三維模型;④使用時，先打開Solid Edge復合零件，打開相應的Excel數據表并選擇其中某一行數據，然后運行Excel宏，這時Solid Edge就按指定的尺寸數據更新復合零件三維模型得到零件庫中的某一個零件，如圖2所示為我們所設計的夾具元件庫。

　　圖2 采用Excel VBA技術設計零件庫

　　該方法通過Excel VBA技術來驅動Solid Edge變量表，無需設計專門的數據管理程序，零件庫數據管理方便，程序設計簡單清晰，但是使用時需要同時運行Excel，零件庫的運行、管理、維護不方便。該方法一般用于零件庫中零件數量較多、零件結構復雜、零件數據較多的場合，如企業通用件庫的設計。

　　2.3采用VB或VC編程技術操縱Solid Edge的變量表

　　為了便于零件庫中各個零件數據的集中管理，減少零件庫的手工操作，提高設計效率，這時可采用該方法來設計零件庫。其一般步驟是：①運用Solid Edge參數化特征造型技術建立復合零件的三維模型，并整理其變量表，建立變量之間的約束關系，確定主控變量;②用VB或VC編程，獲取復合零件的各個變量。以VB程序為例，一般采用Set objApp = GetObject(, "SolidEdge.Application")或Set objApp = CreateObject("SolidEdge.Application")函數來調用或創建Solid Edge對象objApp，并采用Call objApp.Documents.Open(FileName:=“復合零件文件名”)方法打開復合零件的三維模型，用Set objvars = objApp.ActiveDocument.Variables方法獲取該復合零件變量表中的所有設計變量;③設計清晰友好的用戶圖形界面，管理零件庫中各個零件的設計數據，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變量的值，Solid Edge便會自動更新復合零件的三維模型[4][5]。

　　圖3 采用VB操縱Solid Edge變量表設計零件庫

　　該方法通過VB或VC來驅動Solid Edge變量表，程序設計簡單清晰，用戶界面友好，便于設計數據的管理，但所能控制的主控變量不能太多，否則會引起

　　三維模型的異變。該方法一般用于零件庫中零件數量較多、零件結構復雜、控制變量的數量較少，且各變量之間的關系較為簡單的場合，如組合機床通用件庫(多軸箱、主軸等)的設計。

　　2.4 采用VB、VC等編程技術操縱Solid Edge的特征造型過程

　　上述幾種方法在設計零件庫時均需要事先設計復合零件的三維模型，使得零件庫運行時的獨立性較差，如果復合零件的三維模型設計不當，當改變數據時會引起零件三維模型的異變，零件庫中零件變化不能太大，數量較少。如果零件庫中零件數量較大，且零件的結構不太復雜，這時可采用VB、VC等編程技術操縱Solid Edge的特征造型過程，形成一個獨立的零件庫軟件。通過該方法設計零件庫的一般步驟是：①仔細分析零件庫中各零件的結構特征，優化零件在Solid Edge環境中的造型方法;②運用VB或VC設計零件庫的圖形用戶界面;③用VB或VC編程對零件庫數據進行管理;④用VB或VC編程，根據零件庫零件數據控制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為我們所設計的緊固件標準零件庫的一部分。

　　圖4 緊固件標準零件庫

　　該方法通過VB或VC來控制Solid Edge特征造型過程，不需事先建立復合零件，零件庫的獨立性較高，便于零件庫的運行、維護，但程序設計較為復雜，一般用于零件庫中零件數量較多、零件結構較為簡單的場合，如標準零件庫的設計。

　　3. 設計零件庫的幾個關鍵技術

　　3.1 復合零件的特征造型

　　在采用上述前三種方法設計零件庫時，最為關鍵的是復合零件的三維造型問題，在復合零件造型時必須考慮一定的造型策略，否則在改變參數時會引起三維模型的異變，一般應注意以下幾點：①三維CAD軟件Solid Edge在進行特征造型和特征修改時都必須有一個基本特征，其它特征都是在該特征的基礎上通過填料或除料來實現的，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，在復合零件造型時，必需合理選擇基本特征，一般應選擇零件庫中每個零件都具備的特征。②在復合零件的變量表中，應對每個變量之間的關系通過變量表公式加以確定，盡量減少主控變量的個數。③在Solid Edge中進行特征造型時，盡可能做到關聯造型。為此，在特征造型時，基本特征的基準可選擇Solid Edge的基準參考面，而其它特征在造型時均應以基本特征或相關特征的特征面、相切面、平行面等相對基準作為特征造型基準，如圖5所示。

　　圖5 基準面的選取

　　3.2零件庫的數據管理

　　在設計零件庫時需要對零件庫的零件參數進行管理，其方法主要有以下幾種：①零件數量較少(5～8個以下)，可直接保存在上述的Solid Edge零件族中;②零件數量較少(5～20個)，數據結構簡單，可通過編程在VB的下拉式列表框中保存零件庫數據，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據，如圖6所示為我們設計的組合機床軸類通用件庫數據管理界面，還可采用上述直接用Excel驅動變量表的方法管理零件庫數據;③零件數量較多(20個以上)，且數據結構較為復雜，這時可采用數據庫技術管理零件庫數據。例如在我們設計的緊固件標準件庫中，采用了與VB的結合比較緊密Microsoft Access建立零件數據庫，在VB中通過ADO(Microsoft ActiveX Data Objets)控件采用Jet數據引擎，即Micrisoft.Jet.OLEDB.4.0來鏈接數據庫，從而實現VB程序對數據庫數據的讀取。

　　圖6 組合機床軸類通用件庫

　　4. 結論

　　本文在Solid Edge的基礎上，以實例提出了幾種不同的零件庫設計方法及其關鍵技術，它有助于解決大量標準件、通用件、外購件以及企業內部系列化產品等的三維設計問題，有助于提高企業的設計效率和設計水平。