基于Solid-Works的木材封邊機快速建模系統(tǒng),軟件工程論文

基于Solid-Works的木材封邊機快速建模系統(tǒng),軟件工程論文產(chǎn)品快速建模是企業(yè)施行快速響應(yīng)策略的重要內(nèi)容，它是在產(chǎn)品的構(gòu)造設(shè)計階段，充分利用企業(yè)已有的設(shè)計資源，基于企業(yè)CAD平臺和相關(guān)設(shè)計知識，快速定制產(chǎn)品的設(shè)計方案?？焖俳５膶崿F(xiàn)通常要求設(shè)計人員以企業(yè)的CAD系統(tǒng)為基礎(chǔ)并結(jié)合二次開發(fā)技術(shù)，建立適用于系列化產(chǎn)品的快速建模系統(tǒng)。本文以東莞某木工機械企業(yè)的MFB60系列封邊機為設(shè)計對象，通過分析其構(gòu)造特點，提出了產(chǎn)品快速建模系統(tǒng)的開發(fā)方案，研究了系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，最終開發(fā)了基于Solid-Works的封邊機快速建模系統(tǒng)。1系統(tǒng)開發(fā)方案1.1設(shè)計對象的構(gòu)造特點MFB60系列包含了13種型號的封邊機實例，這些不同型號的封邊機是由不同的功能模塊配置而成的組合式機構(gòu)，其構(gòu)造的配置通常由客戶需求的加工功能所決定?？蓪⒎膺厵C的構(gòu)造劃分為三大模塊，分別是基本、高級以及輔助模塊。基本模塊包括送帶、貼緊、齊頭機構(gòu)；高級模塊包括預(yù)銑、粗修、精修、刮邊、拋光機構(gòu)；輔助模塊包括：機架、壓料梁、輸送帶電機、壓料梁罩蓋組件、長導(dǎo)軌支撐塊、左右立柱等。基本模塊和高級模塊通過螺栓連接于機架板的相應(yīng)孔位。由于各個功能模塊在MFB60系列不同型號產(chǎn)品之間具有通用性，這些不同型號之間的區(qū)別僅僅在于功能機構(gòu)的配置組合不同，或者是它們在機架板上的安裝位置以及安裝孔的尺寸參數(shù)不同。也就是講，其余12種型號的產(chǎn)品實例能夠看成是擁有全部功能的MFB60CY的一部分。因而，能夠通過這些功能機構(gòu)不同的配置，以及它們在機架板的安裝孔位進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，快速生成具有不同功能機構(gòu)組合的封邊機整機模型。1.2系統(tǒng)功能需求系統(tǒng)的功能需求包含：①可針對所需功能模塊在機架板上的孔位參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，其余非參數(shù)化零部件能基于約束規(guī)則自動與之匹配，最后快速生成完好的封邊機整機模型；②系統(tǒng)最終的集成形式以獨立執(zhí)行程序的〔*.exe〕形式呈現(xiàn)，用戶能夠方便地調(diào)用相關(guān)功能。1.3開發(fā)工具與系統(tǒng)體系架構(gòu)根據(jù)功能需求，系統(tǒng)采用VS2018作為集成開發(fā)環(huán)境，通過VB.NET對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。系統(tǒng)的體系架構(gòu)包含：用戶層、應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層。其體系架構(gòu)見圖1所示?！緢D1】戶層包含兩部分：一是系統(tǒng)的功能界面，即人機交互；二是Solid-Works應(yīng)用環(huán)境，它負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的運行結(jié)果。〔2〕應(yīng)用層。應(yīng)用層是將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計結(jié)果的經(jīng)過，包括參數(shù)化建模、尺寸推理以及參數(shù)管理。參數(shù)化建模是通過所編寫的程序調(diào)用SolidWorks的API，控制數(shù)據(jù)層中的參數(shù)化模板，對模板的參數(shù)化尺寸進(jìn)行賦值并更新模板文件，快速生成所需的產(chǎn)品模型。尺寸推理主要是在程序運行時，根據(jù)人機交互推理出關(guān)聯(lián)尺寸，這些關(guān)聯(lián)尺寸主要是機架組件、機架底座以及輔助機構(gòu)中受機架板尺寸所約束的尺寸。參數(shù)管理決定了整個系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)或默認(rèn)缺省的數(shù)據(jù)，并管理數(shù)據(jù)的讀取操作?！?〕數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層是負(fù)責(zé)管理本系統(tǒng)所需的所有數(shù)據(jù)，包括模板庫和產(chǎn)品尺寸設(shè)計規(guī)則。模板庫存放的是MFB60CY的整機模型，重點是參數(shù)化模型。尺寸設(shè)計規(guī)則庫主要包含封邊機的設(shè)計知識。2系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)2.1開發(fā)流程系統(tǒng)的詳細(xì)開發(fā)流程如下：①開創(chuàng)建立具有完好功能機構(gòu)的模板模型即MFB60CY的三維模型；②由于參數(shù)化設(shè)計的核心在于尺寸約束與尺寸驅(qū)動技術(shù)。因而，需要分析MFB60CY中哪些零件能夠參數(shù)化，對于非參數(shù)化的零部件需要明確它們的約束規(guī)則。對于可參數(shù)化的零件，需要建立特征參數(shù)表，明確零件中的驅(qū)動尺寸和從動尺寸，以及尺寸所受的約束；③對模型文件的所有尺寸進(jìn)行重命名，方便后續(xù)編程時對尺寸的賦值與計算；④設(shè)計程序界面，明確程序運行的流程；⑤開創(chuàng)建立XML文檔，將所有重命名后的尺寸按產(chǎn)品構(gòu)造樹的形式存儲在XML的各級節(jié)點中，編寫讀取和寫入XML節(jié)點數(shù)據(jù)的函數(shù)；⑥編寫實現(xiàn)SolidWorks參數(shù)化建模的函數(shù)以及保存SolidWorks文件至指定途徑的函數(shù)。第七步：系統(tǒng)調(diào)試完畢后，交給企業(yè)用戶進(jìn)行測試，直到知足預(yù)定功能并且不產(chǎn)生干預(yù)。2.2系統(tǒng)的詳細(xì)開發(fā)〔1〕確定特征參數(shù)。確定特征參數(shù)是用來明確可參數(shù)化零件的驅(qū)動尺寸、從動尺寸以及尺寸所受的約束。其前提是先明確需要參數(shù)化的零部件。由于MFB60系列中，基本模塊和高級模塊屬于通用件，除電氣部分外，MFB60系列的零部件可分類為外購件、外協(xié)件、以及自制件，系統(tǒng)只需對自制件進(jìn)行能否需要參數(shù)化的分析。分析MFB60CY的構(gòu)造，自制件中需要參數(shù)化的零件為機架板、機架組件以及機架底座。以機架板為例，講明機架板特征參數(shù)的建立。機架板的所有尺寸可分類為：①各功能機構(gòu)在機架板的安裝孔的位置和大小尺寸；②機架板的總長、總寬以及厚度。機架板所受的尺寸約束包括：①機架板的總長、總寬、厚度的尺寸范圍；②各機構(gòu)在機架板的安裝孔的大小應(yīng)一致；③機架板的尺寸決定了機架組件、機架底座以及輔助機構(gòu)的尺寸，對機架板參數(shù)化后，需要及時更新與之關(guān)聯(lián)的尺寸.〔2〕建立約束規(guī)則。約束規(guī)則是指封邊機的尺寸推理、尺寸之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及模塊和零部件之間的裝配關(guān)系。以機架底座為例，可在SolidWorks菜單欄下工具|方程式中設(shè)定約束規(guī)則，如此圖2所示。其余機構(gòu)的約束規(guī)則均照此法完成?！?〕功能函數(shù)與應(yīng)用界面開發(fā)。需要開發(fā)的功能函數(shù)包括：參數(shù)化建模以及XML節(jié)點數(shù)據(jù)的讀取與寫入?！緢D2.略】參數(shù)化建模函數(shù)由程序調(diào)用相關(guān)的SolidWorksAPI函數(shù)來修改模板的尺寸，并重建和更新模型。建模的代碼步驟為打開模型文件、更新尺寸、重建模型、保存文件。部分代碼如表1所示。應(yīng)用界面采用MDI多文檔界面方式，主窗體為MFB60系列參數(shù)化主界面、其菜單欄為用戶所選擇的功能機構(gòu)，系統(tǒng)的參數(shù)化流程根據(jù)菜單欄的順序進(jìn)行參數(shù)輸入，單擊每一個菜單欄選項，可對該機構(gòu)在機架板的安裝孔位進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計并及時單擊保存按鈕，將設(shè)計后的參數(shù)更新至XML相應(yīng)的節(jié)點?！颈?】〔4〕建立XML數(shù)據(jù)文檔。本系統(tǒng)運用的數(shù)據(jù)管理工具為XML。首先，在VS2018中開創(chuàng)建立XML文件，然后將MFB60CY所有的尺寸以參數(shù)名=參數(shù)值的形式記錄，作為整個系統(tǒng)的尺寸參數(shù)存取模板。圖3為系統(tǒng)中刮邊機構(gòu)在XML文檔中的表示，華而不實d1表示刮邊機構(gòu)孔系的基準(zhǔn)孔在機架板的直徑，d2表示2號孔直徑，fx12，fy12分別表示刮邊機構(gòu)2號孔相對于基準(zhǔn)孔〔1號孔〕的x和y方向的增量。通過這種方式，就建立了刮邊機構(gòu)孔系的大小和位置參數(shù)的數(shù)字模型，其余機構(gòu)據(jù)此法類推即可。3系統(tǒng)運行實例系統(tǒng)執(zhí)行流程如此圖4所示，圖5為程序界面和運行結(jié)果。系統(tǒng)運行時，首先選擇所需的功能機構(gòu)，并確定好每一個機構(gòu)在機架的安裝孔系的大小和位置參數(shù)，某機構(gòu)能否存在于最終的模型中根據(jù)該機構(gòu)能否需要而調(diào)整，即某機構(gòu)若需要，則在模板模型中保存該機構(gòu)，反之則將該機構(gòu)所包含的特征、草圖全部刪除。在該機構(gòu)被刪除后，后續(xù)的機構(gòu)必須向前移動被刪除機構(gòu)所占用的橫向長度。由于系統(tǒng)使用的模板文件是包含所有機構(gòu)的MFB60CY，因而系統(tǒng)程序代碼自動按預(yù)銑溶膠送帶貼緊齊頭粗修精修刮邊拋光的順序去判定某機構(gòu)能否需要而自動更新該機構(gòu)的狀態(tài)。【圖4.圖5略】因而，系統(tǒng)的參數(shù)化建模流程為：基于所需的功能機構(gòu)，先完成機架板的參數(shù)化；然后完成與機架板相關(guān)聯(lián)的機架組件和機架底座的參數(shù)化；最后根據(jù)所選中機構(gòu)配置組合去更新參數(shù)化模板〔MFB60CY〕，進(jìn)而完成整機的參數(shù)化建模。假設(shè)客戶的需求是送帶、貼緊輪、齊頭以及精修機構(gòu)。系統(tǒng)運行流程為：①打開SolidWorks，進(jìn)入系統(tǒng)初始界面；②根據(jù)客戶要求選擇需要的功能機構(gòu)；③進(jìn)入具體參數(shù)化界面對選中的機構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，依次輸入所需機構(gòu)在機架板的孔位參數(shù)及占用長度；④進(jìn)入機架及總裝界面：依次對機架部分通用件和非標(biāo)件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計；⑤設(shè)置模型存放途徑并單擊建模按鈕即可生成所需模型。4結(jié)論〔1〕經(jīng)實例測試與企業(yè)的試運行，木材封邊機快速建模系統(tǒng)能切實有效地實現(xiàn)封邊機整機的參數(shù)化建模，能快速生成不同功能機構(gòu)配置組合的MFB60系列封邊機，所建的模型并未出現(xiàn)干預(yù)現(xiàn)象?！?〕本系統(tǒng)所基于的知識和規(guī)則僅僅僅是某一系列的產(chǎn)品，可通過建立產(chǎn)品知識庫，結(jié)合企業(yè)更豐富的設(shè)計知識和資源，進(jìn)而實現(xiàn)產(chǎn)品的智能設(shè)計。以下為參考文獻(xiàn)：[1]鐘廷修.快速響應(yīng)工程和快速產(chǎn)品設(shè)計謀略[J].機械設(shè)計與研究，1999，1.[2]