基于SolidEdge的灰斗參數化三維模型設計

王 勁，趙宏偉，郭天德

WANG Jin, ZHAO Hong-wei, GUO Tian-de

（西安理工大學 機械與精密儀器工程學院，西安 710048）

0 引言

Solid Edge是Siemens PLM Software公司面向中端市場推出的Velocity Series解決方案中的三維CAD軟件，Velocity Series解決方案包括Solid Edge、Femap、CAM Express和Teamcenter共4個產品，涵蓋了產品開發過程中的產品設計、仿真分析、數控加工和產品數據管理。

機械設計處理的對象都是三維實體，采用三維CAD軟件進行機械產品設計不僅使設計過程直觀、方便，同時也為機械產品后續作業，如工程分析、工藝設計、物性計算、運動仿真、數控編程等各領域的應用提供了方便，對實現CAD/CAM技術的集成、保證產品數據的一致性和完整性提供了技術支持。近年來三維CAD技術已經在國內企業有了比較廣泛的應用，三維CAD軟件大有取代AutoCAD等二維CAD軟件之勢。

某環保企業為提高企業的設計技術水平，采用三維CAD軟件替代目前使用的CAXA二維CAD軟件，在CAD軟件選型招標中，通過對UG NX、Pro/E、SolidWorks和Solid Edge四種軟件在軟件價格、參數化設計、標準件庫、可開發性和支持中文等方面的反復比較，最終選定了Solid Edge軟件。

灰斗是該環保企業產品中的一個重要部件，圖1所示為某型號產品的灰斗組，灰斗組是由多個灰斗構成的矩陣，根據設備要求不同，灰斗的高度、寬度、傾斜角度、灰斗組的數量和各灰斗板上筋板的數量等會發生變化。圖2所示為單個兩層灰斗，下面以圖2所示灰斗為例，說明灰斗參數化三維模型設計的方法。

圖1 灰斗組

圖2 灰斗

1 灰斗參數化三維模型的設計要求

灰斗設計參數包括下口的長度和寬度、上口的長度和寬度、高度、面板上橫筋的間距、面板上豎筋的間距等。為方便運輸要求每塊面板的高度不能超過2.9m，為此高度比較大的灰斗必須分層，灰斗分層高度的確定需要設計員根據工程實際情況確定，一般不會超過4層。圖2所示的灰斗的高度為3728.65mm，為保證運輸和提高材料利用率，將灰斗分成2層，底層高度為1997.65 mm，第2層高度為1731.00 mm，這樣該灰斗一共由8塊灰斗板圍成。

當灰斗的上下口尺寸和每層高度確定后，每塊灰斗板的外形尺寸就可以確定下來，面板上橫筋和豎筋的數量需要根據其間距要求來確定。

根據以上分析，為提高灰斗參數化三維模型的適應性，不同層數的灰斗模型應該分別建立，每種灰斗模型層高的確定需要有較高的人機交互性。當灰斗模型的參數變化后，灰斗參數化三維模型能夠發生相應的改變，相應的灰斗和灰斗板的工程圖紙也自動發生相應的改變，從而提供產品設計效率。

2 灰斗參數化三維模型的設計方法

Solid Edge提供了較多參數化三維模型的設計和開發方法，在工程實際中用的較多的有變量表編輯、Excel電子表格復制鏈接、VBA編程、和VB、VC二次開發編程等。每種方法各有特點，在灰斗參數化三維模型的設計中使用了多種方法。

2.1 變量表編輯

Solid Edge模型的所有變量都可以通過變量表進行訪問和編輯，變量表中變量可以是建模過程中自動生成的，包括尺寸變量、特征變量和用戶變量，也可以在變量表中通過鍵入變量名和變量值的方法建立變量，變量表中的變量可以建立函數關系，利用同級變量還可以通過變量表建立零件或部件之間的鏈接關系。變量表編輯是Solid Edge建立參數化模型應用最簡便的方法，圖6所示灰斗板3中有橫筋和豎筋，當灰斗板3的寬度尺寸和高度尺寸變化時，橫筋和豎筋的數量會發生變化，建立模型時，可以采用固定方式的矩形陣列，x，y方向的間距和數量作為變量，可以通過灰斗板3的變量表進行修改。為保證矩形陣列后筋板對稱排布，需要從中間向兩側進行陣列，陣列的數量與排列距離尺寸之間可以按fix(距離/x或y向間距)建立函數關系。圖3所示為圖2灰斗的變量表，變量表中列出了灰斗的各個參數；圖4為該灰斗的第2層部件變量表，從圖中可以看出第2層部件中一些變量的值是通過粘貼鏈接與灰斗的變量表相鏈接；圖5所示為第2層灰斗中的灰斗板3部件的變量表，從表中可以看出灰斗板3部件的一些變量值是從第2層部件變量表鏈接來的。通過建立零部件變量表之間的鏈接關系，可以構建起灰斗的參數化模型。

圖3 灰斗變量表

圖4 第2層部件變量表

圖5 灰斗板3部件變量表

圖6 灰斗板3

2.2 VBA編程

利用變量表可以很容易地建立起零部件變量之間的函數關系，但是對于一些比較復雜的關系，要直接建立變量之間的關系可能會比較困難，這時可以利用VBA(Visual Basic for Application)編寫函數，通過在變量表中調用VBA程序，實現比較復雜的運算。VBA與Visual Basic的語法結構是相同的，VBA程序依附于Solid Edge主應用程序。

圖7所示草圖為圖6灰斗板3中槽鋼1的拉伸截面草圖，槽鋼型號確定了槽鋼拉伸截面草圖的尺寸，針對灰斗板中常用的10、12和14號槽鋼，本文用VBA編寫了CaoGang函數，該函數通過槽鋼1零件模型的變量表加載后，其變量表如圖8所示，當槽鋼型號變量修改后，槽鋼的截面尺寸會自動發生相應的變化。

圖7 槽鋼1拉伸截面草圖

圖8 槽鋼1變量表

CaoGang函數的VBA代碼如下：

2.3 Visual Basic.NET編程

Solid Edge是基于Windows系統開發的軟件，提供了完整的基于COM（Component Object Model組件對象模型）的應用程序接口API，任何支持COM的編程語言都可以作為Solid Edge的開發工具，比較常用的開發工具有：Visual Basic、Visual C++、Visual Basic .NET和Visual C#等。Solid Edge提供的核心COM類庫是操作Solid Edge的API，Solid Edge的核心API見表1；Solid Edge的功能API能夠在不打開Solid Edge的情況下直接讀取或修改Solid Edge模型的信息，Solid Edge的功能API如表2所。

Visual Basic語言簡單易學、功能強大，是Solid Edge二次開發使用比較多的程序設計語言。Visual Basic 6.0以COM為基礎進行編譯和運行；Visual Basic .NET是Visual Basic 6.0的后續產品，是Visual Studio.NET的一種開發語言，可以開發.NET Framework為平臺的應用軟件，Solid Edge提供的類型庫可以通過.NET的封裝器訪問，該類型庫允許應用程序控制Solid Edge。

本文建立灰斗三維模型時，以Solid Edge ST2為平臺，用Visual Basic .NET 2008進行了二次開發。使用二次開發的方法構建三維模型時，可以采用兩種方法：1.編寫程序連接并控制Solid Edge軟件直接生成需要的三維模型；2.用Solid Edge預先建立好典型三維參數化模型，編寫應用程序連接并修改Solid Edge中模型的變量，模型更新后生成需要的三維模型。由于灰斗模型比較復雜，且后續工作中需要利用灰斗模型來生成相應零部件的工程圖紙，為了簡化二次開發、并提高模型的利用效率，本文采用了第2種方法。首先用Solid Edge建立典型灰斗三維參數化模型，在該模型中設置好變量之間的函數關系，然后編寫應用程序，采用交互方式計算灰斗分層高度，確定每層灰斗板的尺寸數據，通過應用程序在Solid Edge中自動修改已建立的典型灰斗三維參數化模型的變量，生成所需要的灰斗模型，由于零部件的工程圖與灰斗典型模型相鏈接，零部件的工程圖也會發生相應的更改。圖9所示為灰斗設計參數計算的應用程序界面，本程序可以計算4段以內的灰斗數據；圖10為應用程序按照設定的設計參數計算出的每層灰斗及灰斗板的數據顯示界面，如果數據不合適可以返回圖9所示界面，修改后重新計算；圖11為讀取典型灰斗模型變量、并對變量進行修改的程序界面。

表1 示Solid Edge核心API

表2 Solid Edge功能API

圖9 灰斗設計參數的計算界面

圖10 灰斗各層的計算數據

3 結論

本文使用Solid Edge ST2設計了灰斗參數化三維模型，針對該模型使用變量表編輯、VBA編程和VB.NET編程等方法進行了二次開發，提高了設計效率，在設計工作中取得了比較好的應用效果。

圖11 灰斗變量編輯界面

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