基于SolidWorks尺寸驱动法二次开发的滚珠丝杠三维建模

张军伟，王士军，郑晓龙

(山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255049)



基于SolidWorks尺寸驱动法二次开发的滚珠丝杠三维建模

张军伟，王士军，郑晓龙

(山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255049)

阐述了SolidWorks二次开发的基本方法和原理，提出了利用尺寸驱动法二次开发进行滚珠丝杠三维建模的方法。以VB为开发工具，Access为数据库支撑，通过调用SolidWorks对象和API函数，以模版中尺寸作为参数变量，并结合滚珠丝杠实例，实现了部分类型滚珠丝杠的三维参数化设计。此方法可以使设计人员更方便快捷的设计滚珠丝杠，提高了产品设计效率，节省开发成本，加快了企业产品参数化设计进程。

二次开发；尺寸驱动；滚珠丝杠

0　引言

滚珠丝杠副作为精密传动部件，在工业、农业、航空航天、医疗器械、微型机器人等方面的应用越来越广泛[1-2]，为了对其热平衡等方面进行有限元分析，必须建立精确的滚珠丝杠三维模型，而传统的建模方式主要为手工绘制或者通过SolidWorks宏录制方法进行二次开发，修改宏代码繁琐，需要进行大量的重复性劳动，设计成本较高，周期长，不利于企业发展[3-5]。

为了解决以上问题，以特征参数化和变量化设计为基础[6-7]，在SolidWorks中对部分类型滚珠丝杠进行三维建模，其次在Access数据库中建立各类型特征尺寸表，然后在VB环境中设计窗体界面，通过手动输入特征尺寸或者通过ADO方式调用数据库中的尺寸信息，实现了SolidWorks中基于尺寸驱动的三维建模，大大提高了滚珠丝杠参数化设计效率。VB作为一款面向对象的开发工具，操作简单易懂[8-9]；滚珠丝杠特征尺寸数据量不大，Access数据库也可以满足其需要。

1　滚珠丝杠三维精确建模

在SolidWorks中对不同外形滚珠丝杠进行精确建模，是基于尺寸驱动法实现滚珠丝杠三维建模的关键，而在建模过程中会存在一些问题，可能会出现造型错误或者尺寸不全。以一种普通型滚珠丝杠为例，其安装方式为一端固定，一端支撑，外形结构如图1所示，工作部分是三维建模的核心，其实现方法为：首先绘制螺纹牙型，然后以工作部分端面为基准面，以螺纹高度和导程为特征绘制螺纹线，最后通过扫描切除方式生成螺纹。

图1　滚珠丝杠结构

为了更好的实现三维造型，首先要明确此类型滚珠丝杠外形尺寸参数。如图2所示，主要尺寸共有8个，其余还有工作部分公称直径d0和钢球直径Dw,具体参数值为L1=38mm,L2=73mm,L3=300mm,L4=21mm,d1=38.4mm,d2=25mm,d3=30mm,d4=30mm,d0=40mm,Dw=5.953mm。具体三维建模过程如下：

图2　滚珠丝杠基本尺寸

(1)在SolidWorks2010工作界面中，按照以上尺寸参数绘制草图，通过旋转方式，获得滚珠丝杠基本外形，如图3所示。

图3　滚珠丝杠的旋转增料

(2)以螺旋线/涡状线为路径，通过扫描切除的方法，实现工作部分的三维造型，螺旋线的生成以螺纹高度300mm和导程10mm为参数实现，扫描切除的轮廓和路径如图4所示。此类型滚珠丝杠的完整造型如图5所示。

图4　滚珠丝杠工作部分建模

图5　滚珠丝杠完整造型

在SolidWorks环境下，采用尺寸驱动法对滚珠丝杠实现三维参数化建模时，滚珠丝杠各草图必须完全定义[10]，并进行必要的尺寸重命名，使尺寸参数名称与VB中涉及到的参数变量名称一致，这样才可以保证参数化设计的可靠性以及数据库中数据调用的准确性。

2　Access数据表设计

在Access2003中，建立部分类型滚珠丝杠尺寸数据表，例如内循环微型尺寸信息表、大导程型尺寸信息表、轧制型尺寸信息表、精密研磨型尺寸信息表等，如图6a所示。尺寸信息表中的特征尺寸信息如图6b所示。

(a)部分滚珠丝杠类型尺寸信息表

(b)普通型尺寸信息表内容

滚珠丝杠尺寸信息数据库包含了二次开发所需的主要尺寸参数，为滚珠丝杠三维模型的生成提供具体的尺寸信息，是实现基于尺寸驱动三维建模的核心。

3　VB编程实现滚珠丝杠建模

3.1VB与SolidWorks的连接

在VB中对SolidWorks类型库进行引用，引用的类型库如图7所示。

图7　SolidWorks类型库

VB与SolidWorks连接代码如下：

Dim swApp as Object

Dim Part as Object ‘定义对象变量

Set swap = CreateObject (“SldWorks.Application”)‘创建对象

Set Part = swApp. NewPart()

swApp.Visible=True

3.2VB界面设计

整个系统主要包括滚珠丝杠类型选择界面、各类型子界面、滚珠丝杠尺寸数据库、模版文件库。类型选择界面如图8所示；各类型子界面作为尺寸参数输入界面，进行三维实体建模，如图9所示为普通型开发界面。

图8　滚珠丝杠类型选择界面

图9　普通型开发界面

此外，也可以直接调用尺寸数据库信息，实现模型的重建，如图10所示；模版文件库为各类型滚珠丝杠提供模版文件，模版文件中包含完全定义的滚珠丝杠尺寸和约束。

图10　尺寸信息调用界面

3.3VB编程实现代码

打开并激活文件的代码如下：

swApp.Closedoc(“C:……普通型.SLDPRT)

Set Part = swApp. Opendoc (“C:……普通型.SLDPRT”, swDocPART)

Set Part = swApp. ActiveDoc

用VB打开前面建立的模版文件，输入各特征参数或者利用ADO方式直接调用数据库的尺寸信息，实现滚珠丝杠的重新建模，重新生成的模型如图11所示，

图11　重新生成的模型

重建模型实现代码如下：

……‘省略变量参数定义

boolstatus = Part.Extension.SelectByID("草图1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing)′草图1实体选择语句

Part.parameter("D6@草图1").SystemValue =L1/ 1000

Part.parameter("D7@草图1").SystemValue =L2/ 1000

……′重新赋值

boolstatus = Part. Extension.SelectByID("草图3", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing)

′草图3实体选择语句

Part.parameter("D1@草图3").SystemValue =Dw/ 1000

Part.parameter("D2@草图3").SystemValue =d0/ 2000 ‘重新赋值

boolstatus = Part.Extension.SelectByID("螺旋线/涡状线1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing) ′螺旋线/涡状线1实体选择语句

Part.parameter("H@螺旋线/涡状线1").SystemValue =L3/ 1000

Part.parameter("I@螺旋线/涡状线1").SystemValue =P/ 1000‘重新赋值

Part.EditRebuild‘重新生成模型

Part.ViewZoomtofit2 ‘合理显示模型

swapp.Closedoc ("C:……普通型.SLDPRT")

End Sub

4　结论

本文通过在SolidWorks中对滚珠丝杠进行精确的三维建模，以Access数据库作为支撑，应用面向对象的编程语言VB，利用尺寸驱动法原理,实现了基于SolidWorks二次开发的滚珠丝杠三维建模，减少了设计人员的重复性劳动，大大缩短了滚珠丝杠设计周期。同时可将生成的滚珠丝杠模型输入到ANSYS等软件中进行设计分析，实现数据共享。

[1] 董香龙，程寓，何博侠，等.基于ANSYS的滚珠丝杠热平衡分析[J].组合机床与自动化加工技术，2014(2)：49-51.

[2] Chinedum E.Okwudire. Improved Screw-Nut Interface Model for High-Performance Ball Screw Drives [J]. J.Mech.Des, 2007, 23(1): 68-70.

[3] 吕晓燕，贾海英，张晓钟. 基于VB对SolidWorks二次开发方法的研究[J].机械设计与制造，2005(3)：114-116.

[4] 索超，李玉翔，林树忠.基于VB语言对SolidWorks参数化设计的二次开发[J].制造业自动化，2013，35 (8)：137-140.

[5] Qing Qing Chang, Xue Mei Li, Hong Wei Zhou. The Application of Tolerance Database in the Secondary Development of SolidWorks [J]. Applied Mechanics and Materials, 2014, (599):1910-1913.

[6] Xin ZHANG, Jian Wu ZHANG. A Cost Estimation Method Based on The Secondary Development of SolidWorks[J]. Journal of Advanced Menufacturing Systems, 2011, 10 (1): 85-92.

[7] 张华，陈定方，杨艳芳.Visual Basic为基的SolidWorks二次开发与应用[J].湖北工业大学学报，2010，25(4)：36-38.

[8] 徐国权，黄志超.基于SolidWorks的参数化设计二次开发研究[J].机械设计与研究，2012，34(11)：22-25.

[9] 李晓光，张链.基于Visual Basic的SolidWorks二次开发[J].电大理工，2012(3)：38-40.

[10]吴志林，张凯还.基于SolidWorks尺寸驱动建模的二次开发[J].计算机时代，2013(1)：14-17.

(编辑李秀敏)

The 3D Modeling of Ball Screw Based on Secondary Development of SolidWorks Dimension Driven

ZHANG Jun-wei, WANG Shi-jun, ZHENG Xiao-long

(School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo Shandong 255049, China)

The basic methods and principles of the secondary development of SolidWorks were introduced, a dimension-driven secondary development of 3D modeling of ball screw was proposed. VB was used as the development tool and Access was the database support, SolidWorks applications and API function were called, the dimensions in templates were used as the parametric variable, 3D parametric design of some types of ball screw was completed by an example of ball screw. The designers can design ball screw more convenient by using this method, the efficiency of product design was improved, the cost of development was saved, and the parametric design process of the enterprise was speeded up.

secondary development; dimension driven; ball screw

1001-2265(2015)11-0022-03DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.11.007

2015-01-14；

2015-02-15

张军伟(1988—)，男，山东诸城人，山东理工大学硕士研究生，研究方向为计算机辅助工艺设计，(E-mail)765206033@qq.com；通讯作者：王士军(1969—)，男，山东菏泽人，山东理工大学副教授，博士，研究方向为计算机辅助工艺设计，(E-mail)Wsjwang2008@126.com。

TH166;TG506

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