基于Solidworks的农机底盘部件结构参数化设计

丁 刚

(济源职业技术学院 机电工程系，河南 济源 459000)

0 引言

在农机的生产设计和制造过程中，为了提高产品的设计质量和效率，很多农机设计制造企业开始致力于参数化产品设计研究，从而提高企业的综合实力和市场竞争力。三维建模软件的出现和广泛使用使得参数化设计技术得到了迅速的发展，SolidWorks是一款非常好的建模软件，其建模过程简单，支持自底向上和自顶向下两种建模方式。其中，自顶向下的建模方式主要是根据零件的参数化关系，进行快速建模，还可以采用SolidWorks部件库中的资源，直接生成零件。为了进一步提高零件的生成效率，还可以采用参数化模式对零件进行设计，通过前期的编程和可视化界面开发，在农机部件设计参数化界面上直接输入零件的尺寸，便可以快速地生成零部件模型，对于农机部件的现代化设计具有重要的意义。

1 农机底盘零部件的参数化设计流程

农机底盘零部件是农机的重要部件，其质量的好坏关系到农机的作业质量和效率。底盘各种形状的复杂零部件较多，如果单单绘制平面草图的话比较简单，但要将草图通过约束关系形成复杂零部件较为困难，如拉伸和扫描切除等一系列操作。如果采用参数化设计方法，可以有效地解决这个问题，在一次操作后生成操作流程轨迹，通过编程记录动作轨迹，然后再修改路径和尺寸便可以完成复杂零件的建模。其流程如图1所示。

图1 农机底盘参数化界面开发流程Fig.1 Development process of parameterized interface of agricultural machinery chassis

在进行参数化设计时最重要的是用户界面的开发，界面开发完成后，用户在设计时只需输入零件的尺寸参数，便可以得到实体的农机底盘零件模型。在绘制建模前，需要点开宏程序的录制功能，在建模完成后可以实现建模步骤程序的自动保存，程序也可以进行修改。基于SolidWorks完成零件的参数化设计的具体流程如图2所示。

为了在Windows界面上实现SolidWorks的参数化设计，还需要开发一个可以输入参数的软件建模，然后根据零件特征和类型，输入零件参数，便可以创建一个空零件，点击确定后便可以生成所需零件，操作简单方便。

图2 基于SolidWorks的零件参数化设计详细流程Fig.2 The detailed process of parametric design of parts based on SolidWorks

2 基于SolidWorks软件二次开发的参数化交互界面设计

农机底盘零部件参数化设计的目的是为了使复杂零部件的设计过程变简单，通过交互界面输出参数数据，可以自动生成零部件，从而有效地提高零部件的设计效率，参数化设计系统的开发需要以下4种技术的支持。

1)OLE技术。OLE(Object Linking And Embedding)是对象链接与嵌入技术的简称，采用OLE技术可以将不同的Windows应用程序开发的资源结合起来，方便两种软件程序直接的数据交流。SolidWorks支持OLE标准，在进行参数化设计时，用户可以在自己设计的软件界面上实现SolidWorks的许多功能，如创建直线、曲面和实体等，并提供数据交流的兼容性API接口，可以读写三维数据，降低了开发难度，可使参数设计系统更加稳定可靠。

2)ActiveX控件技术。ActiveX控制是一个可执行代码的*.exe文件，也可以是*.dll或*.ocx文件，采用该控件可以使被它提供的对象被别的程序软件所调用，实现软件之间的数据通讯，是农机底盘参数化设计系统必备的技术之一。

3)参数化设计技术。参数化设计技术并不陌生，在CAD技术中是常用的一种模型设计方法，在20世纪80年代被用于参数化软件的开发，如Pro/E；在20世纪90年代逐渐变得成熟起来，使零部件的设计变得简单易行。参数化设计的方法主要有4种：第1种是基于数学方法的几何约束，第2种是人工智能的几何原理方法，第3种是构造工程，第3种是运行用户设计草图和轮廓。

4)用户界面技术。用户界面设计是农机底盘零部件参数化设计系统的最后一步，也是最重要的一步，通过用户界面设计者可以登入系统，并在界面上进行参数的设置，最后自动生成零部件。在设计用户界面时，要以简单性、可靠性、易学性和易使用等为主要原则，用户在操作软件时感到方便和舒服，界面的功能按钮需要简单易记，参数输入框需要稳定可靠。

SolidWorks的二次开发采用基于COM的技术，利用API接口技术，可以采用VB软件对SolidWorks进行二次开发，并将内部数据组织起来，形成一个层次结构。最顶端层为SolidWorks Application，是其他对象的父对象，可以用VB的函数Create Object获得对象关联。

图3表示SolidWorks API的应用服务层次结构。其中，最底层是对象层，可以进行一系列的基础操作，ModelDoc对象属于模型层，可以对视图、轮廓线和参数进行修改和控制，还可以实现文档的打开和保存、创建与编辑等各种操作。

图3 SolidWorks API应用服务结构层次Fig.3 SolidWorks API application service structure level

为了实现SolidWorks的二次开发，可以采用可视化编程软件对农机底盘零部件参数化窗口进行编辑。VB是目前Windows平台下最优秀的开发工具之一，采用VB可以实现参数化界面模板的定制和开发，其开发周期短、代码效率高，容易实现参数化界面的各种功能。

可视化界面是农机底盘零部件参数化设计的基础，可以方便用户进行登录，然后在界面上实现SolidWorks的一些基础功能。本次开发的可视化界面如图4所示。

图4 农机底盘参数化设计界面Fig.4 The parameterized design interface of agricultural machinery chassis

农机底盘参数化设计的可视化界面，在功能上可以实现系统的登录和退出，点击开始后可以进入主体界面，从界面上可以实现参数的输入，通过输入参数来实现参数化建模和一系列的设计优化。

3 基于SolidWorks的农机底盘零部件参数化设计

随着现代化农机作业速度和效率的提升，其底盘的设计变得非常关键，底牌的稳定和可靠性直接关系到农机的作业质量和作业效率，如图5所示。

图5 农机及底盘实物图Fig.5 Agricultural machinery and chassis physical drawings

农机底盘一般为履带式，其由多个核心零部件组成，本次将以其中的核心零部件为例，采用参数化建模方法对底盘零部件进行建模，以验证参数化建模的效率和在农机盘建模上使用的可行性。

在底盘零部件的建模过程中，绘制实体是比较简单的，但是在三维建模的过程中，扫描和切除等特征的选择和比较还是比较复杂的，如果操作不好很容易造成特征对象选择的错误。

在进行参数化建模时，首先要对待建模的零部件进行分析，分析特征结构，区分特征的层次，然后对主要特征先进行绘制，可以使用之前录制的宏代码进行操作，宏文件没有记录的可以调用相关的API绘图函数。零件文件创建后就可以直接调用特征命令和草图命令，以农机底盘的曲面底盘端盖为例，首先绘制一个圆柱体，其步骤为绘制一个圆草图，然后对其进行拉伸，参数化建模过程如下：

swApp.ActivateDoc2 "农机部件"， False, longstatus //新建农机零部件

Set Part = swApp.ActiveDoc

//新建绘图窗口

Dim myModelView As Object

Part.InsertSketch2 ture

//开始绘制草图

Part.CreateCircle 0, 0, 0, d1, 0, 0 //绘制圆形草图

Set swFeatMgr = Part.FeatureManager //调用特征管理器

......

False, False, 0, 0, False, False, False, False, 1, 1, 1, 0, 0, False //拉伸特征

采用上述命令后，可以建立一个圆柱形的零件草图毛坯，如图6所示。

圆柱实体绘制完成后，还需要进行一系列的拉伸和旋转切除等操作，以旋转切除为例，首先需要建立一个基准面，建立一条中心线用来进行旋转切除操作，参数化程序如下：

boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("上视基准面", "PLANE", 0, 0, 0, True, 0, Nothing, 0)

//建立基准面

Dim myRefPlane As Object

Set myRefPlane = Part.FeatureManager.InsertRefPlane(8, 0.02 * PR, 0, 0, 0, 0)

建立好基准面后可以通过一系列的参数程序，对相关部位进行旋转和切除，最终建立农机底盘零部件的模型，如图7所示。

图6 农机底盘零部件草图毛坯Fig.6 The sketch blank of agricultural machinery chassis parts

图7 农机底盘零部件模型Fig.7 The model of agricultural machinery chassis parts

在建立农机底盘零部件模型时，建立好参数化程序后，无需一次次的拉伸、扫描或切除等操作，只需要输入拉伸、扫描或者切除等操作的尺寸，便可以自动完成，建模方便快捷。

为了验证农机底盘零部件的参数化建模效率，将传统设计方法和参数化设计方法进行了对比，如表1所示。由对比结果发现：采用参数化建模方法可以有效缩短设计周期，提高设计效率。

表1 传统方法和参数化设计效率对比Table 1 The efficiency comparison between traditional methods and parameterized design

4 结论

为了提高农机底盘产品的设计质量和效率，基于SolidWorks提供的二次开发接口API函数VB软件，开发了SolidWorks底盘设计参数化界面，在设计底盘零件时，开发者只需要输入零部件的参数，便可以实现零部件的自动化生成。为了验证界面系统的可行性，以底盘一个复杂曲面缸盖的零件的建模为例，对设计可行性和设计效率进行了验证。验证结果表明：采用参数化界面输入尺寸后，可以成功生成农机零部件，且其设计效率要比传统方法高，对于提高农机设计制造企业的生产效率具有重要的意义。