叠板式多缸薄板成型液压机参数化设计

0 引言

    薄板成型是一种十分重要的加工工艺，在汽车、航空、装备等工程领域应用广泛。国内薄板成型液压机主要以单缸、双缸为主，结构形式单一，载荷作用不均，导致薄板成型压印深浅不一，质量不稳定，废品率较高.随着成型材料尺寸不断增大，成型工艺要求不断提高，对液压机的要求也越来越高。300MN多缸薄板成型液压机组设备是一款全新设备，具有结构合理、运行可靠、坚固耐久、灵活稳定、操作简便、压印精度高等优点.此液压机组采用多缸设计，油缸板集成多个短行程高压油缸，从工作台下面向上施加压力，而不是从顶部向下作用的长行程油缸.多缸设计使所需的压力直接均勻产生，所以压印深度统一，可消除应力分布不均勻导致的变形，并采用压力分级设计，以适应不同的板片几何形状。300 MN多缸薄板成型液压机组的技术性能为世界先进水平，对其进行系列化可为该类型产品的国产化奠定坚实的基础。

    SolidWorks是目前主流的三维设计软件，其运用参数化设计技术，可通过方程式和宏操作等技术修改模型尺寸参数而获得新模型，但其仍需手工修改尺寸，所以专业知识要求较高，通用性不强，容易混乱，不易操作，设计效率不高.对SolidWorks进行二次开发，设计可视化操作界面使尺寸修改简单从而更加关注整体模型，提高设计效率。SolidWorks的对象模型是一个多层次的对象网格，最高级别的对象类是SldWorks.该对象中已封装诸如0penDoc2和ActivateDoc2等方法（Methods)。该方法之下还创建如ModelDoc和Frame等子类.每个对象都有自己的属性和方法，可通过调用API函数实现。SolidWorks提供几百个API应用程序接口，可以使用VB和VC等高级语言对其进行二次开发.SolidWorks自顶向下的建模方法在设计初期便从全局角度明确产品设计意图，即更加专注于产品整体设计，从概念布局到完成零件详细设计，各零件通过一定的属性和特征相互关联。SolidWorks的二次开发是运用基于尺寸驱动的设计方法，使相关产品系列化.尺寸驱动是在产品拓扑结构不变的情况下，把产品的关键尺寸参数定义为尺寸变量，尺寸参数的修改将导致其他相关模块中相关尺寸的全盘更新，从而得到结构相同的一系列产品。采用基于VB的SolidWorks二次开发，用人机交互形式建立模型，选择合理的设计变量，通过VB驱动设计变量实现模型的更新，能省去大量的重复建模工作，提高工作效率。

1 参数化设计关键技术

    参数化设计技术流程见图1。

    图1 参数化设计技术流程

    在CAD中，参数化设计的关键是参数化建立三维模型，包含诸多几何约束和工程约束.首先从原模型中提取关键参数作为设计变量，然后编写程序通过基于尺寸驱动的方法驱动SolidWorks建立新模型，并用有限元分析软件ANSYS仿真优化，直至得到满足设计要求的产品.参数化建模的过程完全由程序控制，相当于将手动建模过程交由计算机自动完成。完全程序建模的方法特别适合生成具有多个变参数的模型.参数化建模的灵活性强，不需要模型库的支持，可大大缩短人工建模时间。

2 建立三维驱动模型

    首先建立需要程序驱动的原三维模型.该模型的建立需要考虑诸多方面，还要特别注意建模顺序、草图几何关系、特征镜像等.所建立的三维模型特征应尽可能简单，参数尺寸尽可能少，最终要达到程序、模型的完美结合。300MN薄板成型液压机主机本体由叠加式预应力组合框架、上下梳型块、活动梁、工作台、多缸板、下垫板、导向装置、活动梁提升缸、工作台回程缸等部件组成.模型见图2。

    图2 300MN多缸薄板成型液压机主机结构

3 二次开发用户界面设计

    人机交互界面的设计对参数化设计开发非常重要。本文对二次开发用户界面进行窗体划分，使得界面具有明显的层次感，更加人性化，见图3。整个界面划分为5个部分：工具栏可以实现画图、清空等各种功能；模型树窗口可以查看需要建立的零件；模型尺寸显示窗口可以直观方便地查找所需要的参数；模型关键尺寸控制框用于输入相应的参数值；模型螺纹孔尺寸控制区可以对螺纹孔进行编辑。

    图3 人机交互界面

4 参数化驱动关键参数

    参数化建模需要找到影响产品性能的关键参数，将关键参数作为合理的设计变量，并找到关键参数之间的联系.对于多缸薄板成型液压机主机，叠加式预应力组合框架首先要满足|定的强度和刚度要求，框架板的上下基和宽度是关键参数。工作台与活动梁是确保薄板成型精度的重要零部件，与模具接触区域内的总体变形精度控制在0.1mm以内。工作台与活动梁不仅要满足工艺要求，也要满足一定的刚度和强度要求，其大小与厚度也是关键参数.多缸体是多缸薄板成型液压机主要承力元件之一，集成多个短行程超高压油缸，多缸体油缸的设计要满足载荷均匀性及一定的刚度和强度要求，所以多缸体的尺寸和油缸的排列方式也是关键参数.上下梳型块要满足活动梁的最大行程要求，所以梳齿的高度与厚度也是关键参数。

5 参数化程序代码编写

    创建程序变量与函数等，代码如下：