检具智能CAD设计程序开发研究
本文介绍开发检具设计智能CAD程序相关内容。
功能量规、光滑限位量规、变螺距螺纹量规和锥度芯棒常用于工装设计，如常用检验工具的设计。这些检测工具通常是按照国家标准和工厂标准设计的。它们有一定的共同遵循的设计原则和计算规则，但这些标准相当复杂，计算过程也很复杂，容易出错，特别是对于变螺杆力矩。螺纹量规设计的齿轮副计算是一项非常耗时的任务。开发本检测仪智能化设计方案正是基于以上原因。
量身定制的功能软件
该软件为工程计算软件，涉及的数据量较大，但考虑到程序的可移植性，我们都使用数组代替传统的数据库技术，所以不需要额外的支持文件。可执行程序编译成单个文件 Mechanic Solution.exe ，大小约1.4M，在合适的系统环境下，无需安装，复制即可运行，是中小型“绿色”应用程序软件。这套软件是由微软Visual Basic.NET软件在微软高级开发工具Visual Studio.Net套件中开发的。采用模块化结构，按照相应的国家标准和工厂标准，结合本科室设计师多年的设计经验和工厂工装。
在编程过程中，我们灵活运用了Visual Studio.Net引入的新技术，使程序界面更加生动、使用方便。比如ErrorProvider就是一个错误提示控件，用于检测每个文本框的输入是否符合要求，并及时给出闪烁的提示符号，使程序运行更加简洁，避免了像平常弹窗那样烦人的消息窗口。并且通过编程来控制ErrorProvider的行为，用它来识别一些控件的状态，比如在radiobutton控件上用它来识别它的点击状态，改善了默认设置在蓝色上不清晰的弊端背景。另外为了配合整体的界面方案，使用了LinkLabel和Group控件，
软件运行环境为Windows2000、WindowsXP及以上，需要安装MS.Net Franework通用框架。程序运行时，会占用20M左右的内存，具体取决于打开的子窗口变化多少。程序说明及特点：
1. 软件名为“aboy Solutions：Mechanic Solution”，程序采用MDI框架集成模式，打开子窗口数量不限；
2.包含四个集成模块：功能量规设计、平滑限规设计、变节距螺纹量规设计的齿轮匹配计算、锥度芯轴设计，分别对应工具栏左侧的4个按钮图标；
3. 中间的四个按钮用于子窗口的排列：纵横排列、堆叠和恢复窗口大小。最后一个关闭按钮具有关闭子窗口和退出整个程序的功能，以及收集内存垃圾的功能。关闭原则是先关闭当前活动的子窗口，当子窗口关闭时，退出整个程序；
4.为了满足不同人群的需求，软件特别设计了功能相同的英文菜单；
5.状态栏有版本信息，方便软件更新升级。当前版本为V1.3；
6.程序各个功能的设计充分体现了人性化的设计理念。
软件模块功能
由于检具设计比较专业，设计原理比较复杂，特别是功能规的设计，为了避免输入错误，本软件使用了.NET的异常处理机制和大量的联动和输入错误——打样设计，使软件运行稳定可靠。不会有“运行时”错误。框架结构也便于日后添加新功能而不破坏程序界面的完整性，因此其功能具有可扩展性。下面是每个模块的详细说明：
1.功能量规设计（GB/T 8069-98)
功能量规是整个软件中最复杂的部分，主要是因为它的设计原理比较复杂，很多人搞不清楚它的线索，比如联检和分检的选择，各种公差的含义和目的，以及正确选择基准类型。过去，技术人员在设计的计算过程中通常会写一页16K的稿纸，因此这项工作非常头疼和费时。该软件很好地解决了此类问题。只要做出适当的选择并输入各种数据，就可以自动生成检测部分、定位部分、导向部分的尺寸和磨损极限。
功能表设计模块操作界面
图1 功能仪表设计模块操作界面
该模块大致有两页操作界面，可以随时切换。第一步是选择合适的基准类型。操作界面如图1所示。基准选择为“一个平面和一个中心元素”。程序最终运行界面如图2所示。
功能仪表设计模块最终操作界面
图2 功能仪表设计模块最终操作界面
图2中，待测孔为一组φ15.5mm的螺栓孔，选用出厂标准自由公差。程序根据我厂技术标准自动生成+0.24/-0.12mm，被测位置φ0.4mm，其定位基准为定位孔φ20.5H7 和一个平面。在这个例子中，我们首先在“数据选择”页面选择“一个平面和一个中心元素”，然后切换到“数据&选项”选项卡。由于检测过程中已经分别对定位孔进行了检测，我们可以选择“顺序检测”，检测部分通常采用螺栓的形式，方便操作。根据结构需要检具设计，我们采用阶梯式导向结构。由于待测元件和定位元件是孔，我们选择“外部元件”作为检查和定位选项。被测元素自然是“参考或分组元素”，自动生成待测孔的定位和上下公差。定位孔上下偏差以H7提供默认值。通过这些必要的设置后，执行计算并立即在右下角的输出窗口中显示相应的计算结果：检测零件尺寸，定位零件尺寸，检测零件导向零件尺寸检具设计，检测零件方位公差，定位零件方位公差，导向零件固定零件的定向公差，
2.平滑极限规（Q/WC 6)
光滑限位规的设计和应用更为广泛，包括常用的止端塞规、卡尺和模板，甚至一些测量杆也适用于此类计算规则。
该软件模块采用新的国家公差和配合标准。常用的锥柄圆柱塞规除了提供通端挡块的尺寸和磨损极限外，还按照国标结构提供了详细尺寸。过去，这些任务使用手动查表计算，相当繁琐。要查询的数据有20多个。由于通常的技术标准数据只给出了标准公差带的参考查询数据，对于适用于非标准公差的光滑限位规，只能用差分法计算出准确的数据，而且这项工作很容易的电脑。
在这个模块的编程中遇到了很多数据处理的问题。由于数据基于国家技术标准，数据量大，这些数据在使用过程中不需要更改，只需正确录入一次即可。因此，为了保证程序的可移植性，我们不使用数据库，使得软件的使用更加简洁。运行界面如图3所示。
流畅的限位规操作界面
图3 平滑限位规操作界面
从图3可以看出，软件分为输入区（左）和输出区（右）两部分。数据输入也很简单。通常只需要基本尺寸和公差带代码。上下偏差可由国标或厂标自动生成。, 但非标准公差需要手动输入，其他选项有默认设置。这也是这个软件的一般风格，用户可以根据需要做一些改动。该软件还提供了对输入数据的错误检测，其他模块同样齐全。输出结果为通端尺寸、通端磨损极限、锥柄圆柱塞规选用的手柄类型和标准。我们在计算非标准公差的塞规设计时，应选择插值法，只需在“计算选项”中选择“使用插值法”选项，比人工计算更方便准确。输出区仪表结构示意图随仪表用途不同而变化。用户可以选择孔或轴。对应的示意图为塞规或卡板。对于最常用的锥柄圆柱塞规，按照国家标准给出了详细的结构尺寸以供参考。此外，对于有特殊精度要求的用户，软件允许改变输出结果的精度，这通常适用于非标准公差的量规设计。
3.变螺距螺纹规齿轮的匹配计算
螺纹量规的设计通常需要消除间隙。为此，一般设计成变螺距螺纹量规，在制造过程中需要提供一套啮合齿轮的匹配参数。齿轮匹配计算相当复杂。它是一种滤波计算，就是根据给定的理想传动比精确匹配，找到合适的齿轮齿数。每组有4个（Z1、Z2、Z3 and Z4)，传动比的计算公式为z=(Z1×Z2)/(Z3×Z 4)，滤波器计算公式为：
︱Z-理想传动比︱≤容差
容差是匹配计算的精度，由程序或人为控制默认设置为0.0001。注意，如果程序没有匹配任何结果，则容差设置太小，应适当增加，然后重新启动。计算。该模块的运行界面如图4所示。
齿轮匹配计算模块操作界面
图4 齿轮匹配计算模块操作界面
选择图4快速计算，在549081组数据中共找到40组符合要求的匹配数据，每组数据的传输率不超过该组3.56通过 0.001。程序推荐最准确的一组数据，具体选择需要考虑实际情况，例如现有的加工条件无法提供所需的齿轮齿数。计算结束后，用户双击任意一行数据，程序将显示该组数据的计算结果。程序完成的工作量非常大。如果是人工计算的话，大概需要半天时间，不可能做到这么精确。该软件模块已应用于工装设计工作，
4.锥形心轴设计
带有锥度的心轴常被用作附件检查中的辅助量具。由于工件有中心孔，不能直接固定在顶针上。例如检测齿轮端面的跳动，需要将心轴定位在工作台上进行旋转检测。锥度芯棒必须有几个特点：第一，芯棒必须具有良好的制造精度，特别是对两端中心孔的跳动；其次，必须与工件精确匹配，消除匹配间隙，提高测量精度。芯棒的设计原理并不复杂，但人工计算通常令人眼花缭乱，而使用计算机进行快速准确的计算具有很大的优势。
芯棒设计模块操作界面
图5 芯棒设计模块操作界面
从图5可以看出，程序是根据被测孔的尺寸、被测孔可能的锥度、孔的深度来设计的。该程序有3种设计模式，按锥度、总长度或锥度和总长度。优化设计。该图显示了选定的优化设计。适用于锥度1：3000～1：500，长度150～300mm。计算结果为锥度1:2200、总长度为200mm 心轴满足要求。输出窗口给出了一些必要的尺寸，例如距大端 10mm 处的尺寸、芯轴的长度和锥度。制造出来的芯棒就是要检测这三个尺寸以保证精度。心轴的制造公差为0. 025mm 根据我厂实际制造水平确定。程序还提供了一些参考辅助尺寸，如大端余量尺寸10和倒角，以及两端中心孔的推荐型号。这些尺寸可以更改，但总长度应相应缩短或加长。值得注意的是，用户可以利用软件计算的便利，不断调整设计参数，直到计算结果更加合理。
结束语
综上所述，检具设计智能软件是为我司工装设计工作量身打造的一套实用软件。该软件不仅满足了我们设计工作的要求，而且在很多技术方面融合了公司的实际情况和制造水平，也融合了我们多年的工装设计经验。目前，该软件已在相关部门推广使用，受到好评。
