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基于国标画法的olidWorks中法兰剖视图生成

2023-10-07 27 上传者：管理员

摘要：针对工程制图课程中利用三维图形软件绘制剖视图时会出现不符合机械制图国标规定画法的问题，研究了法兰盘剖视图的生成方法。首先基于SolidWorks的VBA开发工具，编程自动搜索并获取法兰上圆孔、肋板的坐标参数，绘制经过圆孔和法兰中心的剖切线，设置剖切深度，生成包含圆孔轮廓线的剖视图；然后根据肋板参数添加肋板轮廓线以及圆孔中心线，生成了符合国标画法的法兰剖视图。

关键词：
SolidWorks
三维CAD软件
剖视图
国标画法
法兰盘
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工程制图课程是国内各高校机类、近机类专业的基础课和必修课。随着教学水平和手段的提高，目前该课程均采用主流的三维CAD软件，如AutoCAD、Inventor、SolidWorks等进行辅助教学。但在绘制某些特殊零件图形、基准符号和工程图时，这些软件有时会出现不符合国标规定画法的情况。例如，对于法兰类零件，绘制完零件三维模型、生成工程图时，剖视图中会出现不绘制圆孔、肋板轮廓线不符合国标规定等情况。为符合国标画法的规定，常采用人工手动绘制的方法进行修改和调整，非常繁琐不便。为此，本文基于SolidWorks软件环境，研究采用二次开发技术，编程实现回转体类零件剖视图的绘制，使其符合国标画法，满足教学过程中的此项要求。

1、SolidWorks中回转体类零件剖视图画法

SolidWorks是一款易于使用的基于特征的三维参数化造型软件，采用该软件绘制回转体类零件的剖视图时是按照真实的剖切投影来绘制的。图1为使用SolidWorks绘制的法兰盘零件三维模型及其工程图图例，可见剖视图中没有绘制出法兰上的小孔。

为了表示出零件上各图形元素的整体分布，我国的机械制图国家标准GB/T4458.6-2002中图样画法的规定[1]:带有规则分布结构要素的回转体零件，需要绘制剖视图时，可以将结构要素旋转到剖切平面上绘制。即对于回转体零件上均匀分布的孔，无论剖切线是否通过孔的轴线，都要旋转后按照被剖切到画出。

为了使这类图形的绘制符合国标要求，有文献探讨在SolidWorks生成的剖视图基础上进行手动修改：先隐藏剖面线，添加孔的投影线条，然后重新填充剖面线[2,3]。本文研究了一种程序实现的方法，基于SolidWorks内嵌的VBA开发工具，编程调用SolidWorks API函数，在剖视图上自动绘制出回转体零件上均布图形元素的形状轮廓。

2、SolidWorks中的VBA开发工具

为便于用户定制各种专业应用，SolidWorks提供了多种二次开发工具[4],这些开发工具可分为两类：SolidWorks内置宏(VBA语言为主)和微软的Visual Studio(支持VB.Net、C#、C++语言开发)。VBA(Visual Basic for Applications)是新一代标准宏语言，是基于Visual Basic发展而来的，从语言结构上讲，VBA是VB的一个子集，它们的语法结构是一样的。

在SolidWorks中使用VBA进行二次开发时，首先要创建一个SolidWorks应用对象，建立起与SolidWorks的连接。其中SldWorks是SolidWorks API中的最高对象，它能够直接或间接地访问SolidWorks API中的所有其他对象。SldWorks中所包含的对象分为若干层级，每一个对象都有自己的属性、方法和事件，通过VB语言编程建立与这些对象的连接，调用相关方法即可实现对SolidWorks的系统环境设置以及对三维模型的各种操作等[5]。

3、利用API函数获取图形元素坐标参数

在SolidWorks中建立法兰盘零件模型后，利用生成工程图命令生成主视图。SolidWorks会自动命名为“工程图视图1”,图中包含了模型所有图形元素的三维参数，本文二次开发需要用到圆孔和肋板的坐标。

首先创建一个SolidWorks应用对象，建立起与SolidWorks的连接，获取主视图，代码如下：

为了得到法兰上圆孔、肋板的坐标，可以使用mainView.GetPolylines7(1,vPolyLinesBuffer)函数[6]获取模型中所有线条的信息，返回值存储于vPolyLinesBuffer数组中。该数组中每条线段记录格式为：[Type, GeomDataSize, GeomData[],LineColor, LineStyle, LineFont, LineWeight, LayerID,LayerOverride, NumPolyPoints, [x,y,z]]。

其中，Type表示线条几何类型，为0时表示多段线，为1时表示圆弧或圆。Type=0时，GeomDataSize=0,GeomData[]为空；Type=1时，GeomDataSize=12,这时GeomData[]包含[centerPtX,centerPtY,centerPtZ,startPtX,startPtY,startPtZ,endPtX,endPtY,endPtZ,normalX,normalY,normalZ]坐标值，这12个圆弧坐标参数分别表示圆弧中心点、弧起点、弧终点和法向量坐标。这些圆弧参数可用来：①通过某一个y>0的圆孔中心坐标绘制剖切线；②计算该剖切线与纵坐标轴的夹角，旋转主视图、肋板坐标变换到纵坐标轴上；③计算圆孔中心到法兰中心的距离，确定绘制圆孔中心线的位置；④通过z坐标确定圆孔中心线长度；⑤计算法兰盘圆半径R1,用于绘制剖切线长度；⑥计算法兰中心孔的半径R2,确定剖切深度。

NumPolyPoints表示多段线或绘制圆弧的线段的坐标点[x,y,z]的数量。肋板的线段则有起始点、终止点共2组[x,y,z]坐标值，根据坐标变换公式：x′=xcosθ+ysinθ和y′=ycosθ-xsinθ,将其变换到坐标纵轴上，记为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)。然后，由主视图z坐标对应左剖视图x坐标、y对应y的关系，用于在剖视图上绘制肋板轮廓线。

4、基于VBA的法兰盘剖视图绘制

由上述y>0的圆孔中心坐标，计算与纵坐标轴的夹角，旋转主视图，使得该圆孔位于竖直线上，如图2所示。其主要实现的代码如下：

图2 主视图旋转

根据法兰盘圆半径R1,使用swModel.SketchManager.CreateLine()函数，在竖直方向绘制剖切线，如图3(a)所示。调用下面函数生成如图3(b)所示的剖视图：

Set swView=swModel.CreateSectionViewAt5(5*R1,0,0,"A",0,(excludedComponents),R2+0.001)

SolidWorks生成剖视图时，后面的肋板会按投影关系画出轮廓线。这里由R2设置剖切深度，不绘制后面的肋板轮廓线。

根据法兰上不同圆的z坐标，调用CreateCenterLine()函数绘制圆孔中心线，并使用以下函数添加两条肋板轮廓线：

然后，设置skSegment.Width=1,skSegment.Layer=0,修改轮廓线的宽度和颜色，使之与其他轮廓线一致，得到最终剖视图，如图3(c)所示。

5、运行实例

如图4所示的法兰零件，建模时圆孔初始位置在纵坐标上。采用SolidWorks生成剖视图时，会按投影关系绘制出肋板的一小部分轮廓线，如图4(c)所示。利用本文方法绘制时，首先获取圆孔和肋板的三维坐标参数，计算主视图旋转角度为0,绘制剖视图；然后，添加肋板轮廓线，得到符合国标的剖视图，如图4(d)所示。

图5为不带肋板的法兰零件，建模时圆孔初始位置不在纵坐标上，作竖直剖时会忽略掉圆孔轮廓。手动操作时，可以沿通过圆孔中心的剖切线进行斜剖，再添加中心线；利用本文方法进行编程剖切时，可将主视图旋转后生成剖视图或采用旋转剖方式生成剖视图。采用旋转剖方式时，首先绘制通过法兰中心的两条线段(见图6),生成剖视图。然后，结合SketchManager.CreateLine()和MakeSectionLine绘制竖直线代替原剖切线，调用函数RunWmCommand swApp, 49036,隐藏原剖切线，再添加中心线即可，如图7所示。

6、结束语

基于SolidWorks图形软件，利用VBA开发工具，研究了符合国标画法的回转类零件剖视图生成方法，解决了图形软件生成工程图时，由于法兰零件坐标位置不同，生成剖视图时法兰上圆孔不绘出或肋板轮廓绘制不符合规范的问题。可以将编制的程序定制成菜单图标，点击后程序自动执行，便于使用。

参考文献:

[1]机械科学研究院,常州技术师范学院,西安科技学院,等.GB/T 4458.6-2002机械制图图样画法剖视图和断面图[S].北京:中国标准出版社,2002:6-9.

[2]刘爱华,杜冬菊.基于Inventor软件的筋板剖视图制作方法[J].电脑知识与技术,2009,5(21):5795-5796.

[3]王喜庆,薛寒松.在Solid Edge中制作剖视图“肋”的方法[J].机械,2007,34(5):31-33.

[4] 陈永康.SOLIDWORKS API二次开发实例详解[M].北京:机械工业出版社,2018.

[5]季建华,管殿柱,李森茂,等.基于SolidWorks的推力球轴承二次开发[J].青岛大学学报:工程技术版,2021,36(4):62-66.

文章来源:王雪飞,刘伟.SolidWorks中基于国标画法的法兰剖视图生成[J].机械工程与自动化,2023(05):176-177+180.