基于DriveWorks的油缸自動化設計

江蘇宏昌天馬物流裝備有限公司 陳兆勇 蔣庭友 李文峰

介紹了一種實現油缸自動化設計的方法，選取SolidWorks軟件為三維設計軟件，利用DriveWorks插件，以隨車吊變幅油缸為實例，介紹油缸自動化設計的主要步驟及注意事項。這種設計方法對于提高設計效率，規范設計，進一步提高模塊化設計使用的水平具有重要的意義，同樣對其他產品的自動化設計也有參考意義。

眾所周知，作為工程車輛的關鍵零部件，液壓油缸（下稱油缸）在產品的質量和可靠性方面占有十分重要的地位。如何高效設計油缸，成為各個公司研發部門不斷探索的課題。

DriveWorks軟件是基于SolidWorks軟件的一個設計自動化工具，能夠自動生成零件、裝配體和工程圖，更可實現對最佳設計方法的記錄，實現設計的知識管理。通過自動創建零件、裝配體和工程圖使設計過程自動化；定義設計規則，然后讓軟件生成需要的設計更改。確保始終符合設計規則和標準；可按照預定義的規則創建相應的設計環節，從而排除人為迭代導致設計錯誤帶來的風險[1]。

某公司有如下油缸設計的應用需求：隨車吊設計工程師需關注油缸的缸徑、桿徑、行程、初始安裝距和外形尺寸，不需要了解油缸具體細節，如O型圈、導向套、耐磨環的選擇等。所以對于該公司工程師來說，如何快速獲得符合要求的模型，并利用油缸模型開展其他零部件的設計，是非常迫切的問題。針對以上需求，結合DriveWorks工具，筆者進行了油缸自動化設計的嘗試。

DriveWorks界面的簡要介紹

當SolidWorks軟件安裝好DriveWorks插件后，新建一個項目，完成捕捉模型后，界面如圖1所示。在此界面主要完成捕捉模型、捕捉裝配體結構、尺寸及特征的捕捉、自定義屬性的捕捉、實例及替換模型捕捉及輸出文件格式設置。后期進行規則的定義與設置完全是在這里指定的數據基礎上進行的。

當點擊“顯示項目設計界面”按鈕，界面如圖2所示，這里主要有3個階段：第一階段為界面導航與界面設計，主要是為項目確定流程節點及為每個節點設計界面；第二階段為數據與規則，主要是定義各種變量及相應運算公式和建立相關表數據；第三階段為定義輸出規則，主要是利用模板創建文檔及定義模型及工程圖的規則。其中定義模型及工程圖的規則定義較為關鍵，前期相關數據捕捉、界面定義中的數據運算及第二階段變量定義與運算，全部在這里進行邏輯規則定義（數據交匯），以驅動模型中的尺寸、裝配關系、自定義屬性內容、工程圖視圖位置、比例、技術要求等內容自動發生變化。隨車吊所用變幅油缸的自動化設計

圖1 DriveWorks 界面1

圖2 DriveWorks 界面2

圖3 油缸模型

圖4 特征更改名稱

圖5 捕捉模型

1. 創建SolidWorks油缸模型

如圖3所示，以缸徑140mm為規格建模，創建油缸模型。在建模過程中有3點技巧：第一，如果確定油缸的結構型式有幾種（本例中有3種型式），總裝配體只使用單一配置，在包含所有型式的零部件都裝配到總裝配的情況下，采取壓縮與解壓縮零部件的方式實現油缸型式的變化，這樣處理可以避免后期出工程圖時，由于不同配置不得不出多個工程圖情況，節省了出圖工程量；第二，裝配體或零件的文件名僅包括名稱，不包括圖號（見圖3），這樣處理的目的是圖號在自定義屬性中自動變化容易實現；第三，零件的關鍵建模特征需要重新命名（見圖4），以方便后期捕捉及設置規則時查找理解方便。

2. 新建項目

在捕捉模型步驟，需要注意的是要將裝配體中所有零部件前面方框都打上勾，否則后期在定義模型規則時，未打勾零部件，不能加載，見圖5。其他捕捉內容操作比較簡單，無需特別說明。

3. 設計導航流程

導航流程一般可分為3個步驟：第一步，讓用戶作關鍵參數的選擇；第二步，進行驗算，判斷選擇項或手工填寫項是否符合要求；第三步，確定輸出選項的設置。第一步與第二步內容可混合進行，且在第一步和第二步中也可以附加顯示一些提示信息，例如校驗不合格或數據庫中無相關內容等等。另外，為了用戶在第一步方便選擇，理解設計意圖，在第一步或第二步的界面中增加一個簡圖，就顯得非常有必要。

本例中，第一步選擇缸徑桿徑，第二步選擇密封件及行程（簡圖在第二步），第三步輸出選項設置，流程簡圖見圖6。

4. 設計界面

本例中，第一步界面如圖7所示，界面分成三個區域：圖號信息收集區域（油缸應用位置行）、主要參數選擇區域（油缸參數行）、驗算區域，并提供了手工修改某些數據可能（當勾選“手工輸入”前面方框時，輸入區域即出現）。

第二步界面如圖8所示，界面分成三個區域：密封件選擇區域、簡圖區域及驗算提示信息區域。密封件區域選擇邏輯為根據第一步中用戶選擇缸徑及桿徑的信息，從數據庫中查找匹配數據，將其用下拉列表方式列出。這里技巧有三點：第一點是參數選擇時有“推薦”選項（見圖8），利用在數據庫中增加一列，如果是推薦數據，則標識一下，然后利用函數將其選出列出；第二點是制作了油缸三種結構簡圖，并且大小一致，在選擇勾選“780”、“735”、“進油孔在缸筒底座”時簡圖會自動變化，并且上側密封件顯示內容也發生變化；第三點是第一步選擇的缸徑桿徑尺寸也自動顯示在簡圖上，無需用戶翻到第一步查看。

圖6 設計導航流程

圖7 確定缸徑桿徑的界面

圖8 密封件選擇界面

第三步界面如圖9所示，主要是確定是否需要輸出其他格式，如igs或stp，是否需要出工程圖，由于本例中不需要出工程圖，所以在界面上并沒有出現工程圖選擇框（其星號構成的布置為工程圖預留位置）。本步邏輯簡單，無需再作說明。

圖9 輸出格式界面

5. 輸入數據庫

在界面設計完成后，就可以將原始數據輸入DriveWorks表中了。圖10為部分數據庫內容截圖。

輸入數據包括：密封件數據庫、油缸材質、工況數據庫、設計人員名稱數據庫等。

6. 確定變量與邏輯

為了實現界面中數據的自動變化（如根據不同條件，顯示不同數據）或自動出現一些提示信息，或者對當前輸入值進行校驗，常用變量來實現。需要注意的是變量不能使用中文。變量部分截圖如圖11所示。由于語法與VBA語法幾乎相同，這里不再具體說明。

3.7 確定驅動模型及工程圖的邏輯

當變量設置好并且相應運算法則也輸入完畢，就可以對模型裝配關系、尺寸、屬性、工程圖等需要改變的內容進行驅動了。如圖12所示，驅動模型尺寸有直接等于變量，也有直接等于用戶在界面選擇的返回值，還有根據變量值進行判斷，然后確定其值。如前文所述，由于語法簡單，這里不再詳細描述。

3.8 最終調試

當完成模型及工程圖的驅動，油缸自動化設計工作基本完成，但像所有程序一樣，需要進行調試。調試內容有三點：第一點是程序中數據及校驗公式有無錯誤，顯示結果是否正常（如雖然結果正確，但顯示不正常）；第二點是模型驅動邏輯有無容錯措施。例如輸入一個錯誤尺寸，驅動模型后造成不可逆轉的錯誤，導致無法生成模型；第三點是實際應用中異常操作及額外需求程序是否能夠滿足。

4 結語

本項目總共進行了一個月時間，實現了缸徑80～400 mm范圍內自動生成，筆者通過與油缸工程師的配合，將相關的經驗轉化成數據保存到程序邏輯中，實現了油缸的快速設計、快速出圖的目標，后期通過垂直油缸項目（隨車吊支腿上使用），實現了20 min出一套油缸圖紙的目標。在高效設計、快速響應客戶的大趨勢下，運用此項技術，可以在模塊化設計上更進一步開展工作，達到模塊化、標準化、規范化設計要求，并且可在自卸車產品、隨車吊吊臂、轉臺等產品設計中進一步推廣使用。

圖10 數據庫

圖11 變量部分截圖

圖12 模型規則