本文介紹了開發(fā)檢具設(shè)計智能化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)計在工裝設(shè)計中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛和頻繁。這些檢具通常是按照國標(biāo)和廠標(biāo)來進(jìn)行設(shè)計，它們的共同點是有一定的設(shè)計原則和計算規(guī)則可依，但是這些標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)復(fù)雜，計算過程也很繁雜，容易出錯，特別是變螺矩螺紋量規(guī)設(shè)計的齒輪配對計算是一個非常耗時間的工作。開發(fā)這套程序來進(jìn)行檢具的智能化設(shè)計，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)庫技術(shù)，所以無需額外的支持文件，可執(zhí)行程序編譯為單個文件Mechanic Solution.exe，大小為1.4M左右，在合適的系統(tǒng)環(huán)境下，無需安裝，拷貝即可運行，屬中小規(guī)模“綠色”應(yīng)用軟件。這套軟件采用微軟先進(jìn)的開發(fā)工具Visual Studio.Net套裝中的Microsoft Visual Basic.NET軟件開發(fā)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)對應(yīng)的國標(biāo)和廠標(biāo)，結(jié)合本科室設(shè)計人員多年的設(shè)計經(jīng)驗以及本廠工裝制造水平量身定做，實現(xiàn)了全部要求的功能。

　　在程序編制過程中，我們靈活地運用了Visual Studio.Net引進(jìn)的各項新技術(shù)，使得程序界面更加生動，使用也更加便利。例如，ErrorProvider是一個錯誤提示控件，用來檢測各文本框的輸入是否符合要求，并及時地給出閃爍的提示符號，使程序運行更加簡練，避免了使用以往常用的popup一樣惱人的消息窗口，并通過編程來控制ErrorProvider的行為，用它來標(biāo)識一些控件的狀態(tài)，如用在radiobutton控件上來標(biāo)識其點擊狀態(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控件實現(xiàn)了傳統(tǒng)的選項卡的功能。

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

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

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

　　3.中間4個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，最后一個關(guān)閉按鈕具有關(guān)閉子窗口和退出整個程序的功能，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，則退出整個程序;

　　4.為配合不同人的需要，軟件特意設(shè)計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，現(xiàn)行版本為V1.3;

　　6.程序在各項功能上的設(shè)計充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計理念。

　　軟件各模塊功能

　　由于檢具設(shè)計相當(dāng)專業(yè)化，設(shè)計原則復(fù)雜，特別是功能量規(guī)的設(shè)計，為避免輸入錯誤，本軟件采用.NET的異常處理機制以及大量聯(lián)動和輸入防錯設(shè)計，使軟件運行穩(wěn)定可靠，不會出現(xiàn)“運行時”錯誤。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，故其功能具有可擴展性。下面對各個模塊進(jìn)行具體闡述：

　　1.功能量規(guī)設(shè)計(GB/T 8069-98)

　　功能量規(guī)是整個軟件中最為復(fù)雜的部分，主要是因為它設(shè)計原理復(fù)雜，很多人都無法理清其頭緒，比如共同檢驗和分別檢驗的選擇，各項公差的含義和用途，基準(zhǔn)類型的正確選用等，以往技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計時演算過程通常會寫滿一頁16K的稿紙，因此這項工作是十分頭痛且耗時的。這套軟件就很好地解決了諸如此類的問題。只要進(jìn)行合適的選取，輸入各項數(shù)據(jù)，就可以自動生成檢驗部位、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)計模塊運行界面

　　此模塊大致有兩頁可隨時切換的運行界面，第一步選擇合適的基準(zhǔn)類型，運行界面見圖1，基準(zhǔn)的選擇是“一個平面和一個中心要素”。程序的最終運行界面見圖2。

圖2 功能量規(guī)設(shè)計模塊最終運行界面

　　在圖2中，待測孔是一組φ15.5mm的螺栓孔，選用廠標(biāo)自由公差，程序自動根據(jù)我廠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生成為+0.24/-0.12mm，待測位置度是φ0.4mm，它的定位基準(zhǔn)是一個φ20.5H7的定位孔和一個平面。此例中，我們首先在“Data Selecting”頁面中選取了“一個平面和一個中心要素”，切換到“Data&Option”選項卡中，由于檢測工藝已對定位孔另行檢驗，我們可以選擇“依次檢驗”，檢測部位通常采用插銷形式以便于操作，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，我們使用帶臺階的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，由于待測要素和定位要素都是孔，故檢驗部位和定位部位選項我們都選用“外要素”，被測要素自然是“有基準(zhǔn)或成組要素”，定位和待測孔的上下公差自動生成。定位孔的上下偏差是按照H7來提供默認(rèn)值。通過這些必要的設(shè)置后，執(zhí)行計算立即在右下角的output窗口顯示相應(yīng)的計算結(jié)果：檢驗部位尺寸、定位部位尺寸、檢驗部位的導(dǎo)向部位尺寸、檢驗部位定向公差、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計算規(guī)則。

　　本軟件模塊采用國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，對于常用的錐柄圓柱塞規(guī)也按照國家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)提供詳細(xì)尺寸。這些工作在過去采用手工查表計算，相當(dāng)煩瑣，光是需要查詢的數(shù)據(jù)就多達(dá)20多項。由于通常的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)只給出了標(biāo)準(zhǔn)公差帶的參考查詢數(shù)據(jù)，對于應(yīng)用于非標(biāo)公差的光滑極限量規(guī)只有采用差值法計算才會得到精確數(shù)據(jù)，而這項工作對于計算機來說是輕而易舉的。

　　此模塊的編程工作中遇到大量的數(shù)據(jù)處理問題，由于數(shù)據(jù)的依據(jù)是國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)量大，且這些數(shù)據(jù)在使用過程中無需更改，只需一次正確錄入即可，因此，為了保證程序的可移植性，我們沒有使用數(shù)據(jù)庫，使得軟件的使用更為簡練。運行界面見圖3。

圖3 光滑極限量規(guī)運行界面

　　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)輸入也很簡單，通常只需要提供基本尺寸和公差帶代號，上下偏差可選擇國標(biāo)或廠標(biāo)自動生成，但非標(biāo)公差需手動輸入，其他選項都有默認(rèn)設(shè)置。這也是這套軟件的通用風(fēng)格，用戶根據(jù)需要做少許改動即可。軟件同樣對輸入數(shù)據(jù)提供錯誤檢測，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)選用的手柄型號及標(biāo)準(zhǔn)。我們在進(jìn)行非標(biāo)公差帶塞規(guī)設(shè)計的計算時，應(yīng)該選用插值法，只需選中“Caluate Option”中的”使用插值法”選項即可，相比手工計算更方便、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，用戶可選擇孔用或軸用，對應(yīng)的示意圖就是塞規(guī)或卡板形式。對于最常用的錐柄圓柱塞規(guī)按照國家標(biāo)準(zhǔn)給出了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)尺寸，供參考。另外，對有特別精度要求的用戶，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。

　　3.變螺矩螺紋量規(guī)齒輪配對計算

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

　　︱z-理想傳動比︱≤允差

　　其中允差即匹配計算的精確度，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，說明設(shè)置的允差太小，應(yīng)適當(dāng)增大再重新計算。此模塊運行界面見圖4。

圖4 齒輪配對計算模塊運行界面

　　圖4中選擇了快速計算，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)傳動比與設(shè)定的3.56相差不超過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際情況，比如現(xiàn)有加工條件無法提供所需的齒輪齒數(shù)等。計算結(jié)束后，用戶雙擊任意一行數(shù)據(jù)，程序會顯示此組數(shù)據(jù)的計算結(jié)果。程序所完成的工作量很大，如果手工計算大概需要半天的時間，而且不可能做到如此精確。此軟件模塊在工裝設(shè)計工作中得以應(yīng)用，節(jié)約了大量寶貴時間，獲得了很好的效果。

　　4.錐度芯棒設(shè)計

　　帶有錐度的芯棒作為輔助測量工具，在協(xié)配件檢驗時經(jīng)常用到，因為工件上有中心孔，無法直接固定在頂針上，比如，對齒輪端面跳動的檢測，就需要借助芯棒來將它定位在工作臺上回轉(zhuǎn)檢測。錐度芯棒必須具備的幾個特點是：首先芯棒必須具有良好的制造精度，特別是對兩端中心孔的跳動;其次還必須要和工件精密配合以消除配合間隙，提高測量精度。芯棒的設(shè)計原理并不復(fù)雜，但手工計算通常令人頭昏腦脹，利用計算機快速精確地計算就有很大的優(yōu)勢。該程序模塊的運行界面見圖5。

圖5 芯棒設(shè)計模塊運行界面

　　由圖5可知，程序是根據(jù)所提供的被測孔的尺寸、被測孔可能有的錐度以及孔深要求進(jìn)行設(shè)計，程序設(shè)置有3種設(shè)計模式，按錐度、按總長或者按錐度和總長進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，圖中就是選擇的優(yōu)化設(shè)計方案，它是在錐度1∶3000到1∶500之間、長度150～300mm之間進(jìn)行匹配，計算結(jié)果是錐度1∶2200、總長為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、芯棒長度和錐度，制造的芯棒就是檢測這3個尺寸來保證精度，芯棒的制造公差0.025mm是根據(jù)我廠的實際制造水平來定。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等，這些尺寸可以改變，但總長也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的縮短或加長。值得注意的是，用戶可以利用軟件計算的方便快捷，不斷調(diào)整設(shè)計參數(shù)，直到計算結(jié)果更合理。

　　結(jié)語

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