本文介紹了開(kāi)發(fā)檢具設(shè)計(jì)智能化CAD程序的相關(guān)內(nèi)容。

　　功能量規(guī)、光滑極限量規(guī)、變螺矩螺紋量規(guī)以及錐度芯棒等常用檢具的設(shè)計(jì)在工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛和頻繁。這些檢具通常是按照國(guó)標(biāo)和廠標(biāo)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它們的共同點(diǎn)是有一定的設(shè)計(jì)原則和計(jì)算規(guī)則可依，但是這些標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)復(fù)雜，計(jì)算過(guò)程也很繁雜，容易出錯(cuò)，特別是變螺矩螺紋量規(guī)設(shè)計(jì)的齒輪配對(duì)計(jì)算是一個(gè)非常耗時(shí)間的工作。開(kāi)發(fā)這套程序來(lái)進(jìn)行檢具的智能化設(shè)計(jì)，就是基于以上這些原因。

　　量身定制的功能軟件

　　該軟件是工程計(jì)算軟件，涉及到大量數(shù)據(jù)，但考慮到程序的可移植性，我們?nèi)渴褂昧藬?shù)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，所以無(wú)需額外的支持文件，可執(zhí)行程序編譯為單個(gè)文件Mechanic Solution.exe，大小為1.4M左右，在合適的系統(tǒng)環(huán)境下，無(wú)需安裝，拷貝即可運(yùn)行，屬中小規(guī)模“綠色”應(yīng)用軟件。這套軟件采用微軟先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具Visual Studio.Net套裝中的Microsoft Visual Basic.NET軟件開(kāi)發(fā)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)和廠標(biāo)，結(jié)合本科室設(shè)計(jì)人員多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及本廠工裝制造水平量身定做，實(shí)現(xiàn)了全部要求的功能。

　　在程序編制過(guò)程中，我們靈活地運(yùn)用了Visual Studio.Net引進(jìn)的各項(xiàng)新技術(shù)，使得程序界面更加生動(dòng)，使用也更加便利。例如，ErrorProvider是一個(gè)錯(cuò)誤提示控件，用來(lái)檢測(cè)各文本框的輸入是否符合要求，并及時(shí)地給出閃爍的提示符號(hào)，使程序運(yùn)行更加簡(jiǎn)練，避免了使用以往常用的popup一樣惱人的消息窗口，并通過(guò)編程來(lái)控制ErrorProvider的行為，用它來(lái)標(biāo)識(shí)一些控件的狀態(tài)，如用在radiobutton控件上來(lái)標(biāo)識(shí)其點(diǎn)擊狀態(tài)，改進(jìn)了默認(rèn)設(shè)置在湛藍(lán)色背景下顯示不清楚的弊端。另外，為配合整體界面方案，采用LinkLabel和Group控件，再結(jié)合剛才所提到的ErrorProvider控件實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的選項(xiàng)卡的功能。

　　軟件的運(yùn)行環(huán)境是Windows2000、WindowsXP以上，且需安裝MS.Net Franework通用架構(gòu)。程序運(yùn)行時(shí)約占內(nèi)存20M左右，視所打開(kāi)的子窗口多少變化。程序說(shuō)明及特點(diǎn)：

　　1.軟件命名為“aboy solutions:Mechanic Solution”，程序采用MDI框架集成模式，同時(shí)打開(kāi)子窗口的數(shù)量不受限制;

　　2.包括四大集成模塊：功能量規(guī)設(shè)計(jì)、光滑極限量規(guī)設(shè)計(jì)、變螺矩螺紋量規(guī)設(shè)計(jì)的齒輪配對(duì)計(jì)算以及錐度芯棒設(shè)計(jì)，這分別對(duì)應(yīng)了工具欄左側(cè)的4個(gè)按鈕圖標(biāo);

　　3.中間4個(gè)按鈕用于子窗口排列：垂直方向、水平方向排列，層疊以及復(fù)原窗口大小，最后一個(gè)關(guān)閉按鈕具有關(guān)閉子窗口和退出整個(gè)程序的功能，并收理內(nèi)存垃圾，它的關(guān)閉原則是先關(guān)閉當(dāng)前激活的子窗口，子窗口被關(guān)閉時(shí)，則退出整個(gè)程序;

　　4.為配合不同人的需要，軟件特意設(shè)計(jì)了具有同樣功能的英文菜單;

　　5.狀態(tài)欄有版本信息，便于軟件更新升級(jí)，現(xiàn)行版本為V1.3;

　　6.程序在各項(xiàng)功能上的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)理念。

　　軟件各模塊功能

　　由于檢具設(shè)計(jì)相當(dāng)專(zhuān)業(yè)化，設(shè)計(jì)原則復(fù)雜，特別是功能量規(guī)的設(shè)計(jì)，為避免輸入錯(cuò)誤，本軟件采用.NET的異常處理機(jī)制以及大量聯(lián)動(dòng)和輸入防錯(cuò)設(shè)計(jì)，使軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不會(huì)出現(xiàn)“運(yùn)行時(shí)”錯(cuò)誤。采用框架結(jié)構(gòu)也便于日后增添新的功能，而不破壞程序界面的整體性，故其功能具有可擴(kuò)展性。下面對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行具體闡述：

　　1.功能量規(guī)設(shè)計(jì)(GB/T 8069-98)

　　功能量規(guī)是整個(gè)軟件中最為復(fù)雜的部分，主要是因?yàn)樗O(shè)計(jì)原理復(fù)雜，很多人都無(wú)法理清其頭緒，比如共同檢驗(yàn)和分別檢驗(yàn)的選擇，各項(xiàng)公差的含義和用途，基準(zhǔn)類(lèi)型的正確選用等，以往技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)演算過(guò)程通常會(huì)寫(xiě)滿(mǎn)一頁(yè)16K的稿紙，因此這項(xiàng)工作是十分頭痛且耗時(shí)的。這套軟件就很好地解決了諸如此類(lèi)的問(wèn)題。只要進(jìn)行合適的選取，輸入各項(xiàng)數(shù)據(jù)，就可以自動(dòng)生成檢驗(yàn)部位、定位部位和導(dǎo)向部位的尺寸以及磨損極限等。

圖1 功能量規(guī)設(shè)計(jì)模塊運(yùn)行界面

　　此模塊大致有兩頁(yè)可隨時(shí)切換的運(yùn)行界面，第一步選擇合適的基準(zhǔn)類(lèi)型，運(yùn)行界面見(jiàn)圖1，基準(zhǔn)的選擇是“一個(gè)平面和一個(gè)中心要素”。程序的最終運(yùn)行界面見(jiàn)圖2。

圖2 功能量規(guī)設(shè)計(jì)模塊最終運(yùn)行界面

　　在圖2中，待測(cè)孔是一組φ15.5mm的螺栓孔，選用廠標(biāo)自由公差，程序自動(dòng)根據(jù)我廠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生成為+0.24/-0.12mm，待測(cè)位置度是φ0.4mm，它的定位基準(zhǔn)是一個(gè)φ20.5H7的定位孔和一個(gè)平面。此例中，我們首先在“Data Selecting”頁(yè)面中選取了“一個(gè)平面和一個(gè)中心要素”，切換到“Data&Option”選項(xiàng)卡中，由于檢測(cè)工藝已對(duì)定位孔另行檢驗(yàn)，我們可以選擇“依次檢驗(yàn)”，檢測(cè)部位通常采用插銷(xiāo)形式以便于操作，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，我們使用帶臺(tái)階的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，由于待測(cè)要素和定位要素都是孔，故檢驗(yàn)部位和定位部位選項(xiàng)我們都選用“外要素”，被測(cè)要素自然是“有基準(zhǔn)或成組要素”，定位和待測(cè)孔的上下公差自動(dòng)生成。定位孔的上下偏差是按照H7來(lái)提供默認(rèn)值。通過(guò)這些必要的設(shè)置后，執(zhí)行計(jì)算立即在右下角的output窗口顯示相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果：檢驗(yàn)部位尺寸、定位部位尺寸、檢驗(yàn)部位的導(dǎo)向部位尺寸、檢驗(yàn)部位定向公差、定位部位定向公差、導(dǎo)向部位固定件的定向公差、導(dǎo)向部位臺(tái)階的同軸度以及導(dǎo)向部位的配研間隙0.005mm和間隙磨損極限0.037mm。

　　2.光滑極限量規(guī)(Q/WC 6092-6095 1996)

　　光滑極限量規(guī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用更為廣泛，它包括常用的通止端塞規(guī)、卡規(guī)和樣板，甚至是一些量棒也適用此類(lèi)計(jì)算規(guī)則。

　　本軟件模塊采用國(guó)家新的公差和配合標(biāo)準(zhǔn)，除了提供通止端的尺寸和磨損極限外，對(duì)于常用的錐柄圓柱塞規(guī)也按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)提供詳細(xì)尺寸。這些工作在過(guò)去采用手工查表計(jì)算，相當(dāng)煩瑣，光是需要查詢(xún)的數(shù)據(jù)就多達(dá)20多項(xiàng)。由于通常的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)只給出了標(biāo)準(zhǔn)公差帶的參考查詢(xún)數(shù)據(jù)，對(duì)于應(yīng)用于非標(biāo)公差的光滑極限量規(guī)只有采用差值法計(jì)算才會(huì)得到精確數(shù)據(jù)，而這項(xiàng)工作對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)是輕而易舉的。

　　此模塊的編程工作中遇到大量的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題，由于數(shù)據(jù)的依據(jù)是國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)量大，且這些數(shù)據(jù)在使用過(guò)程中無(wú)需更改，只需一次正確錄入即可，因此，為了保證程序的可移植性，我們沒(méi)有使用數(shù)據(jù)庫(kù)，使得軟件的使用更為簡(jiǎn)練。運(yùn)行界面見(jiàn)圖3。

圖3 光滑極限量規(guī)運(yùn)行界面

　　由圖3可知，軟件分輸入?yún)^(qū)(左側(cè))和輸出區(qū)(右側(cè))兩部分，數(shù)據(jù)輸入也很簡(jiǎn)單，通常只需要提供基本尺寸和公差帶代號(hào)，上下偏差可選擇國(guó)標(biāo)或廠標(biāo)自動(dòng)生成，但非標(biāo)公差需手動(dòng)輸入，其他選項(xiàng)都有默認(rèn)設(shè)置。這也是這套軟件的通用風(fēng)格，用戶(hù)根據(jù)需要做少許改動(dòng)即可。軟件同樣對(duì)輸入數(shù)據(jù)提供錯(cuò)誤檢測(cè)，其他模塊一樣完善。輸出結(jié)果為通止端尺寸、通端磨損極限和錐柄圓柱塞規(guī)選用的手柄型號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)谶M(jìn)行非標(biāo)公差帶塞規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算時(shí)，應(yīng)該選用插值法，只需選中“Caluate Option”中的”使用插值法”選項(xiàng)即可，相比手工計(jì)算更方便、準(zhǔn)確。輸出區(qū)的量規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖隨著量規(guī)用途而改變，用戶(hù)可選擇孔用或軸用，對(duì)應(yīng)的示意圖就是塞規(guī)或卡板形式。對(duì)于最常用的錐柄圓柱塞規(guī)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)尺寸，供參考。另外，對(duì)有特別精度要求的用戶(hù)，軟件允許改變輸出結(jié)果的精度，這通常適用于非標(biāo)公差的量規(guī)設(shè)計(jì)。

　　3.變螺矩螺紋量規(guī)齒輪配對(duì)計(jì)算

　　螺紋量規(guī)的設(shè)計(jì)通常要求消除間隙，為此，一般是設(shè)計(jì)成變螺矩螺紋量規(guī)，在制造過(guò)程中需要提供一組嚙合齒輪的配對(duì)參數(shù)。齒輪配對(duì)計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，它是一個(gè)篩選計(jì)算，就是根據(jù)所給的理想傳動(dòng)比，通過(guò)篩選法進(jìn)行精確匹配，以找到合適的齒輪齒數(shù)，每組4個(gè)(Z1、Z2、Z3和Z4)，計(jì)算傳動(dòng)比的公式為z=(Z1×Z2)/(Z3×Z4)，篩選計(jì)算公式為：

　　︱z-理想傳動(dòng)比︱≤允差

　　其中允差即匹配計(jì)算的精確度，由程序或人為控制默認(rèn)設(shè)置為0.0001，注意，如果程序未能匹配出任何結(jié)果，說(shuō)明設(shè)置的允差太小，應(yīng)適當(dāng)增大再重新計(jì)算。此模塊運(yùn)行界面見(jiàn)圖4。

圖4 齒輪配對(duì)計(jì)算模塊運(yùn)行界面

　　圖4中選擇了快速計(jì)算，就在549081組數(shù)據(jù)中找到符合要求的匹配數(shù)據(jù)共40組，每組數(shù)據(jù)傳動(dòng)比與設(shè)定的3.56相差不超過(guò)0.001。程序推薦了最為精確的一組數(shù)據(jù)，具體選用還需考慮實(shí)際情況，比如現(xiàn)有加工條件無(wú)法提供所需的齒輪齒數(shù)等。計(jì)算結(jié)束后，用戶(hù)雙擊任意一行數(shù)據(jù)，程序會(huì)顯示此組數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。程序所完成的工作量很大，如果手工計(jì)算大概需要半天的時(shí)間，而且不可能做到如此精確。此軟件模塊在工裝設(shè)計(jì)工作中得以應(yīng)用，節(jié)約了大量寶貴時(shí)間，獲得了很好的效果。

　　4.錐度芯棒設(shè)計(jì)

　　帶有錐度的芯棒作為輔助測(cè)量工具，在協(xié)配件檢驗(yàn)時(shí)經(jīng)常用到，因?yàn)楣ぜ嫌兄行目祝瑹o(wú)法直接固定在頂針上，比如，對(duì)齒輪端面跳動(dòng)的檢測(cè)，就需要借助芯棒來(lái)將它定位在工作臺(tái)上回轉(zhuǎn)檢測(cè)。錐度芯棒必須具備的幾個(gè)特點(diǎn)是：首先芯棒必須具有良好的制造精度，特別是對(duì)兩端中心孔的跳動(dòng);其次還必須要和工件精密配合以消除配合間隙，提高測(cè)量精度。芯棒的設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜，但手工計(jì)算通常令人頭昏腦脹，利用計(jì)算機(jī)快速精確地計(jì)算就有很大的優(yōu)勢(shì)。該程序模塊的運(yùn)行界面見(jiàn)圖5。

圖5 芯棒設(shè)計(jì)模塊運(yùn)行界面

　　由圖5可知，程序是根據(jù)所提供的被測(cè)孔的尺寸、被測(cè)孔可能有的錐度以及孔深要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序設(shè)置有3種設(shè)計(jì)模式，按錐度、按總長(zhǎng)或者按錐度和總長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖中就是選擇的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，它是在錐度1∶3000到1∶500之間、長(zhǎng)度150～300mm之間進(jìn)行匹配，計(jì)算結(jié)果是錐度1∶2200、總長(zhǎng)為200mm的芯棒符合要求。輸出窗口給出了一些必要的尺寸，如距大端10mm處的尺寸、芯棒長(zhǎng)度和錐度，制造的芯棒就是檢測(cè)這3個(gè)尺寸來(lái)保證精度，芯棒的制造公差0.025mm是根據(jù)我廠的實(shí)際制造水平來(lái)定。程序還提供了一些參考的輔助尺寸，如大端余量尺寸10和倒角以及推薦使用的兩端中心孔的型號(hào)等，這些尺寸可以改變，但總長(zhǎng)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的縮短或加長(zhǎng)。值得注意的是，用戶(hù)可以利用軟件計(jì)算的方便快捷，不斷調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，直到計(jì)算結(jié)果更合理。

　　結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，檢具設(shè)計(jì)智能化軟件是為我公司的工裝設(shè)計(jì)工作量身定做的一套實(shí)用軟件。該軟件不僅做到了與我們的設(shè)計(jì)工作要求相符合，在很多技術(shù)方面結(jié)合公司的實(shí)際情況和制造水平，還很好地融入了我們多年的工裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。目前，該軟件已經(jīng)在相關(guān)部門(mén)推廣使用，得到了一致好評(píng)。