基于SolidWorks二次开发的工序图自动生成方法研究

ansysjiaocheng

1 引言
    随着三维CAD技术在企业的深入推广，数字化设计制造技术的应用带来了工艺技术的创新，即三维CAPP技术。三维CAPP技术是面向三维模型的工艺设计方式。
    基于三维模型的工序图自动生成技术是实现三维CAPP自动化、标准化的关键技术。如何将三维零件的设计数据与加工过程中对应的工序图数据自动联系起来，一直是研究的重点。关于零件工程图的自动生成，软件方自身和研究者都做了大量的工作，但对于更加细化的工序图的研究少有人涉及，且研究者主要围绕二维CAPP展开，限制了三维CAPP的发展。本文基于Windows的三维CAD/CAM桌面集成软件-SolidWorks为平台，采用面向制造的设计DFM(Design for Manufacturing)的方法，通过基于Visual Basic高级语言的SolidWorks二次开发技术和软件自身的配置功能的结合使用，来进行这方面的研究。

2  研究方案
    零件各道工序中的形状和尺寸，需要根据CAD系统的设计尺寸来确定，并兼顾设备的支持程度和利用率。因此，在条件一定的情况下，工序图的自动生成是以CAD的设计尺寸为基础。为实现工序图的自动生成，必须从零件设计开始做准备，为其提供必要的信息。反应在面向特征设计的三维软件设计中，即为三维模型的特征生成。
    产品零件工程图和工序图的差别在于所含特征信息的多少。可以将工序图作为零件图产生过程中的“衍生品”。根据设定的生产工序要求对零件的造型特征进行划分，而后将其分步生成零件。对于标准化、系列化产品，可采用SolidWorks的二次开发技术提高效率；如果工序中的主要尺寸偏多，且产品系列化要求不高，使应用二次开发的参数化方法过于繁琐、成本增加。此时，可借助配置功能，将每道工序下的特征存储为SolidWorks的一个配置，进而在软件内部自动生成每道工序的工序图

采用SolidWorks的二次开发技术，通过分析产品的参数，建立人机交互的界面系统，实现产品造型的系列化、标准化。对于造型特征而言，用户无需再进行重复性的造型过程，可显著提高设计效率；可将造型过程中积累的经验，通过代码的形式封装到系统中，以利于避免错误的重复出现，利于产品标准化；将特征的参数实现尺寸驱动，有利于零件的创新、系列化设计，延长产品的市场生命周期。

3 研究方法
    SolidWorks是一款以特征造型为基础的三维软件，其设计零件的过程相当于不断添加特征的过程。为使SolidWorks特征树中包含充分的制造信息，采用面向制造的设计思想。面向制造的设计(DFM)是指在设计阶段就考虑到制造阶段的诸多因素，使设计者在设计阶段就可以确定产品的可加工型。这样能够提高产品的可制造性，在产品设计结束后的制造过程中，提高制造效率，降低生产成本，提高产品质量。

    在三维建模设计时，针对DFM应考虑以下因素：①外形曲面应光顺；②曲面片尽量采用直纹曲面；③外形曲面片的划分应便于加工和成形。
    参照国家标准要求，在实体造型过程中，还需要注意以下几个方面：
    (1)在实体造型过程中，零件的设计应尽量做到建模基准和工艺基准一致，保证后续加工的精度。
    (2)需要选用与加工方法一致的设计形状特征形成方法，以保证制造形状特征的合理性。基于现实生产中，机械零件的加工工序所体现出的一定规律性（一般根据其生产规模确定）。
    (3)细化特征，可以使多个相似特征在一个工序之内，但避免多个工序涉及到多个特征。工序不等同于工步，并不是每一个单独特征的加工都需要对应生成为一个工序图；在三维建模过程中，特征的形成，有时也要考虑实际生产中的过渡变化。例如，在实际加工中“粗磨一细磨”两道工序，反映在尺寸上，可能特征尺寸值很小，但如考虑精度问题，应分属两道工序。特征划分越细，零件参数化系统中功能参数就越多，对应生成的工序图也就越详细。
    (4)调整特征顺序，尽量按加工和测量要求确定建模方法与步骤。在SolidWorks中可通过直接拖动特征树中的特征到想要的位置来实现特征顺序的调整。
    在创建的SolidWorks二次开发系统中，将零件的特征造型过程，以DFM为主线划分为具体的工序。然后将传统二次开发中零部件的一次成型，划分为对应若干部分，将之对应代码封装于系统中，可生成三维图和工程图。在工程图中，自动标注相应的尺寸，将三维图、工程图和工序图三者统一起来。这样使其工序图既有三维的形象展示，又有二维的具体生产应用价值。在系统的每一步工序中，都有数值可变化的参数，进而实现参数化与工序图的统一。

    利用SolidWorks软件自带的配置功能，也可实现工序图的自动生成。通过建立配置与特征的对应关系，最终形成一个配置对应一道工序先将零件所有特征建立起来，然后建立多个配置，通过压缩特征等方法建立对应关系。配置功能也可实现产品的系列化，如通过Excel表格驱动。
    通过对SolidWorks的二次开发，能够方便快捷的实现系列化产品的参数化设计，进而实现工序图自动生成。但是考虑到该技术的复杂性及SolidWorks自身的配置功能，需要进行合理选择。对于参数化程度高的标准化、系列化主打产品，可采用二次开发技术；参数化程度不高的产品（条件限制或基于产品要求）可选择综合使用二次开发技术和配置；对于参数化程度低或非标准件可选择使用配置功能。

(1)通过基于SolidWorks三维软件的二次开发系统，采用代码分步封装的方式，辅助软件自带的配置功能，采用DFM思想，实现了制造工艺中的工序图的自动生成，也使得工序图的参数化成为可能，实现了零件三维图与工序图在参数化上的统一。
    (2)对于二次开发系统自身来讲，拓宽了二次开发的研究思路，使其不仅仅限于零部件的系列化，而且可将其功能更加细化，有利于实现工序图的标准化；可生成三维CAPP的工序图自动生成模块，为其发展提供一种研究方向。
    (3)本文使用的方法简单，成本不高可在中小企业推广应用。它可以提高其信息化程度和生产效率将它应用于开发CIMS（计算机集成制造系统）系统，推广前景广阔。