膨胀节三维CAD系统的研究

倪洪启， 刘 阳， 宋宏伟

(1.沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳110142; 2.秦皇岛北方管业有限公司，河北秦皇岛066004)

波纹管膨胀节是由一个或几个波纹管及结构件组成，用来吸收热胀、冷缩等原因引起的管道和设备尺寸变化的装置［1］.波纹管膨胀节属于非标装置，它的结构形状及参数选择会随着压力、温度、位移量等的变化而变化，因此，设计计算比较复杂.以往的膨胀节生产企业在对膨胀节的设计中应用二维CAD软件，它不能完全满足膨胀节设计及生产的要求.因此，本系统是应用Visual Basic 6.0为开发工具，开发三维膨胀节设计绘图软件，以满足膨胀节设计和生产的需求.

1 设计依据

1.1 SolidWorks二次开发原理

为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了几百个API(Application Program Interface，应用程序接口)函数.这些 API函数是 Solid-Works的OLE(Object Linking and Embedding，对象的嵌入与链接)或 COM(Component Object Model，组件对象模型)的接口，用户可以使用VB VBAVCDelphi等高级语言对SolidWorks进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的Solid-Works功能模块［2］.图1为SolidWorks API对象梗概.

图1 SolidWorks API对象梗概Fig.1 SolidWorks API object sketch

1.2 用Visual Basic 6.0开发SolidWorks 2010的一般步骤

(1)通过CD安装Visual Basic 6.0和Solid-Works 2010，启动Visual Basic 6.0，新建一个工程，进入程序设计环境;

(2)创建需要的窗体和控件，修改属性，形成与用户的交互界面;

(3)编写代码，在任何情况下，所写代码都应该类似于由SolidWorks的宏工具所产生的代码;

(4)编译调试好文件后保存，编译成可执行文件*.exe存盘.

2 软件系统设计

2.1 基本流程

研制软件的目的在于解决在膨胀节设计计算和绘图时工作的重复、工作量大的问题.图2为软件的工作流程.

图2 软件工作流程Fig.2 The flow chart of software

在开发设计中始终遵循准确性、实用性、可靠性这几条原则，使其易于被用户理解、学习和实用.它的特点是快速准确、实用及容易掌握.

软件提供给用户的是设计膨胀节的三维模型和二维工程图纸.软件的工作流程:第1步确定膨胀节的类型、零部件参数、装配关系;第2步，根据输入的参数生成三维实体;第3步，根据三维模型生成二维工程图纸.根据软件的工作流程，软件系统大体分为参数设置、三维实体建模、二维工程图出图及帮助等4部分.

2.2 软件界面设计

在软件开发过程中，用户界面设计是一个非常重要的环节，它将用户在使用软件过程中所用到的信息汇总在一起，方便应用.系统的用户界面具备直观性、实用性、灵活性的特点.直观性指的是在不影响预定功能的前提下，用户界面简单，而且是有层次的简单和直观，并不是将所有功能和界面线性排列.图3主窗体为膨胀节的参数输入界面.软件的主要功能模块采用MDI窗体，按系统功能组织子窗体，界面风格很简单;采用广而浅的菜单树，菜单简洁实用;对常用功能提供快捷键并提供联机在线帮助.

图3 膨胀节参数输入界面Fig.3 The input interface of bellows

在线帮助系统可以指导用户进行软件操作，对一个软件而言是必不可少的.软件采用CHM文件格式的帮助文件，利用HTML Help Workshop工具软件进行制作.制作的步骤包括制作源文件，制作帮助文件的工程文件、主题文件、索引文件、搜索等，以及编译帮助文件［3］.

3 系统应用

在实际应用中，程序参数化建模法和系统建模法各有长处.前者完全依靠程序生成模型，虽然编程比较复杂，但是对于一些复杂的模型却可以很好地实现造型;后者采用人机交互的模式，可先设置合理变参数，再通过程序驱动变参数实现模型的更新，这种方法编程较程序参数化建模法简单，应用起来也比较方便，但对一些及其复杂的模型可操作性不高.本文则是融合了这两种方法，充分利用它们各自的优点.

建模完成后，会生成装配体模型，在Solid-Works中组装方式有两种:一种是自上而下的装配，一种是自下而上的装配［4］.本文采用的是后者，各零部件的尺寸和装配关系已知.首先建立一个装配图的文件，建立一个装配图文件后，还要插入装配零件、添加零件间的装配关系.

下面是新建一个轴向型波纹管膨胀节装配图的关键程序:

由于SolidWorks中提供二次开发环境，即可以通过程序使三维实体按装配关系到达指定位置，实现三维实体的装配［5］.图4为生成的轴向型波纹管膨胀节装配体的模型.

图4 轴向型波纹管膨胀节装配体模型Fig.4 The model of high temperature axial bellows expansion joint assembly

自动生成工程图是软件设计中最难的一步，它必须符合国家标准和行业基本常识.为了实现自动功能，就要定制工程图文件模板，在模板中可自定义绘制图框，考虑到自动出图的基本流程与手工绘图流程相仿，用宏工具录制绘图过程，然后根据录制的宏代码查找相关的API函数，编出程序，以实现自动出图［6］.图5为生成的轴向型波纹管膨胀节的装配总图，该图纸可转换为不同的格式.

图5 自动生成的轴向型波纹管膨胀节装配总图Fig.5 The engineering drawing of high temperature axial bellows expansion joint assembly

4 结论

波纹管膨胀节设计软件系统可以准确高效地完成波纹管膨胀节的建模和绘制，降低了膨胀节设计中出错的几率，节省了绘图时间，提高了设计的工作效率.以三维设计软件SolidWorks作为平台开发膨胀节设计软件是可行的，它的开发思想也可用于其他装置设计软件的开发.

［1］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T12777－2008金属波纹管膨胀节通用技术条件［S］.北京:中国标准出版社，2008:2.

［2］ 江洪.SolidWorks二次开发实例解析［M］.北京:机械工业出版社，2004:1.

［3］ 刘兴权，杨海燕，陈奇.应用软件帮助文档的制作方法初探［J］.计算机时代，2005，23(7):29－31.

［4］ 江洪，李茳淼.SolidWorks2009基础教程［M］.北京:机械工业出版社，2009:208－212.

［5］ 胡刚华，宋德朝.港口机械行走装置参数化设计及三维虚拟仿真［J］.制造业自动化，2005，27(3):34－36.

［6］ 叶修梓，陈超祥.SolidWorks高级教程:二次开发与API［M］.北京:机械工业出版社，2009:126－127.