机械制造工艺学毛坯尺寸(模具零件毛坯尺寸的自动导出方法)
毛坯尺寸是零件的基本属性之一，为模具、工装和机加产品等的结构设计、干涉分析、材料准备、成本分析、确定加工周期等方面提供了重要的参考作用。目前主流的三维设计软件均提供测量零件包络体的功能，主要有2种测量模式[1]，一种为轴对齐包围盒AABB（axis-alignedboundingbox），另一种为最小包围盒MBB（minimumboundingbox），如图1所示。最小包围盒MBB尺寸加上适当的加工余量（机加零件一般为10mm），即可得到零件的毛坯尺寸。
图1零件的AABB和MBB包围盒
对于最小包围盒MBB的算法，不少学者和专家对其进行了大量研究工作。GBAREQUET等[2]提出利用三维点集来近似求解最小包围盒的算法，首先对实体模型进行离散化，但想要获得较高精度的计算结果，必须使得离散化程度更高，从而降低了运行效率；陈柏松等[3]提出一种基于非线性主成分分析的最小包围盒计算方法，首先计算顶点区域面积，然后用每个顶点区域面积对顶点进行调制，再使用传统主成分分析得到目标正交坐标系，从而得到最小包围盒，该方法计算稳定，但处理较多顶点时速度较慢，且无法处理设有连接关系的点集数据；陈华等[4]提出一种确定任意形状物体最小包围盒的方法，利用实体模型分别绕3个坐标轴旋转一定角度时计算一次方向包围盒OBB（orientedboundingbox），最后找出体积最小的OBB作为最小包围盒，但该方法计算速度慢、效率低；孔垂品等[1]提出一种零件的最小包围盒生成算法，根据旋转投影的外轮廓确定最小包围盒，采用逐步细分法，通过2轮旋转来提高计算效率，但处理单个复杂零件耗时已超过100s，不适合一次性处理较多零件。
对于一般机加工产品，目前测量最小包围盒的方法为：利用三维设计软件，采用手动方式逐个对零件进行测量，再将测量结果逐一手动记录。但对于大型的模具、工装和机加工产品，零件数量可能成百上千，如果再采用手动测量和记录的方式，工作量巨大且容易出错，影响工作效率。王孟等[5]基于CATIA/CAA对三维型材的毛坯模型生成技术进行了研究，龙军等[6]将UG二次开发技术用于铸件毛坯三维实体自动生成，该方法主要用于识别孔、凹槽、倒角等加工特征，并将零件模型恢复到机加工前状态，无法准确用于测量零件的最小包围盒。针对该问题，需要编制一套高效可靠的程序，快速自动测量和输出最小包围盒尺寸，并最终获得零件的毛坯尺寸，提高工作效率。
1开发工具
CATIA是一款CAD/CAE/CAM一体化软件[7]，广泛应用于机械设计、航空航天、汽车制造、造船、电子电器等行业。为了满足用户个性化和专业化需求，CATIA为用户提供了多种二次开发接口[8]，其中包括基于构件的应用编程接口（CAA）[5]和自动化对象编程接口（VBA）[9]。CAA是CATIA已有组件的定制开发，主要为VisualC++和Java语言，并要具备连接端口等方面的知识，入门相对困难；VBA是交互式的定制开发，主要为VisualBasic语言[10]，虽在功能上不及CAA强大，但简单实用，可以满足一般专业化需求。现主要介绍在CATIA中采用VBA二次开发接口，使用VB语言进行编程，实现自动批量导出零件毛坯尺寸的功能。
2程序设计方法
2.1设计思路和原理
程序设计应简单实用、稳定运行和计算正确，主要从以下2个方面进行考虑。
（1）可对某文件夹中的所有零件进行自动批量处理，并将结果输出到Excel表中，方便后续操作。采用递归算法遍历某文件夹及其子文件夹中的全部零件，程序执行的主要流程如图2所示。
图2零件毛坯尺寸自动导出流程
（2）装配状态包含零件、子装配、部件等多个对象，测量最小包围盒时容易出错，最好单独打开零件进行测量。
2.2功能实现
2.2.1查找零件
查找某文件夹及其子文件夹中的所有CATIA零件（*.CATPart），并将相关文件信息输出到Excel表。
查找零件的子程序代码如下。
Publicn_FileAsDouble'文件数量
PublicFileName(1To65536)AsString'文件名称
PublicFilePath(1To65536)AsString'文件路径
PublicSubSerachFile(ByValPath1AsString)
ForEachfileInCreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).Files
IfInStr(file.Name,".CATPart")0Then'判断是否为零件类文件
n_File=n_File+1
FileName(n_File)=file.Name
FilePath(n_File)=Left(file.Path,InStrRev(file.Path,"\"))
Endif
Next
IfCreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).SubFolders.Count>0Then
ForEachFolderInCreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).SubFolders'子文件夹中递归调用
SerachFileFolder.Path
Next
EndIf
EndSub
将文件信息输出到Excel表的代码如下。
DimEXCEL1AsWorkbook
SetEXCEL1=Excel.Workbooks.Add'新建Excel表
EXCEL1.Application.Visible=True
Dimsheets1AsWorksheet
Setsheets1=EXCEL1.Worksheets(1)
C_FileName="A"'文件名称所在列
C_FilePath="B"'文件路径所在列
ForEachfileInfils
n_File=n_File+1
sheets1.Range(C_FileName&n_File+1).Value=CStr(file.Name)
sheets1.Range(C_FilePath&n_File+1).Value=FilePath1
Next
2.2.2读取零件
读取Excel表中的文件信息，并使用CATIA软件依次打开零件模型，代码如下。
Fori=1ton_File
SetModel1=CATIA.Documents.Open(FilePath(i)&“\”&FileName(i))
Next
2.2.3测量零件
CATIA软件未直接提供测量零件最小包围盒MBB的函数，但可以通过以下2种方法获得MBB尺寸。
（1）惯性主轴法。先使用GetPrincipalAxes函数获得零件实体的惯性主轴，然后使用AddNewExtremumPolar函数创建沿3个坐标轴方向的极点，极点沿坐标轴方向的跨度即组成了最小包围盒尺寸。但是该方法在创建极点时相当于对零件模型进行了更改，容易引起存储错误和文件关闭时弹出提示问题，不利于程序的稳定运行和模型安全，降低了运行效率，不适合批量处理多个零件。
（2）测量惯量法。利用CATIA软件的测量惯量功能（自定义中需勾选“主轴”），对零件实体进行测量，此时结构树上会出现测量参数，如图3所示。其中“BBLx”、“BBLy”、“BBLz”即为最小包围盒尺寸。该方法测量速度快、精度高，且未对零件模式进行更改，主要代码如下。
图3结构树上的测量参数
Setsel=Model1.Selection
sel.Clear
Setpart1=Model1.Part
sel.Addpart1.MainBody'选定零件实体
CATIA.StartCommand'调用测量惯量命令
C_RoughSize="C"'毛坯尺寸所在列
sheets1.Range(C_RoughSize&i).Value=Round(part1.Parameters.GetItem("BBLx").Value+10,1)&"*"&Round(part1.Parameters.GetItem("BBLy").Value+10,1)&"*"&Round(part1.Parameters.GetItem("BBLz").Value+10,1)'+10表示加工余量为10mm
2.3实例验证
为验证该方法的使用效果，先对图1所示的单个标准零件GB/T70.1M10x50（内六角圆柱头螺钉）进行测试，在处理器2.4GHz、内存8GB的电脑上处理时间约4s，测试结果如图4所示。然后对某复合材料产品的模压模具组件进行测试，如图5所示，处理12个零件用时约38s，测试结果如图6所示。经过手动测试复核，表明了测试结果准确无误。
图4单个零件毛坯尺寸测试结果
图5某复合材料产品模压模具
图6多个零件毛坯尺寸测试结果
▍原文作者:戈家荣姚子佳朱高良赵云李治举
▍作者单位：绍兴宝旌复合材料有限公司