引言

　　犁體是鏵式犁中最重要的部件，而犁體的形狀、結構、曲面式樣對犁的作業(yè)質量和牽引阻力有很大影響。所以犁體曲面的設計就成為鏵式犁設計中的核心問題。犁體曲面形狀非常復雜，是一個扭曲的空間曲面。它不能用簡單的常規(guī)曲面方程描述，亦不能通過常用的三視圖表示。犁體曲面二維設計主要通過尺寸齊全的曲面正視圖、俯視圖和樣板曲線圖來表示，其俯視圖、主視圖和樣板曲線圖的繪制通常都是用作圖法獲得。這種設計方法，繪圖工作量大.從條件到設計結果要進行多次變換.繪圖誤差和度量誤差也較大。另外。犁體曲面的設計一般都要憑借經(jīng)驗和實踐，設計結果需要經(jīng)過反復的試驗、修正、改進，以最終滿足犁的工作要求。每一次參數(shù)的改動，都要重新繪制犁體曲面圖紙。這樣使得犁體曲面的設計任務繁重、設計周期長、費用高。近年來，CAD技術發(fā)展迅猛.但一般的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是通用性支撐平臺.沒有提供針對農(nóng)機行業(yè)的專用CAD模塊。因此借助功能強大的通用CAD平臺.二次開發(fā)針對農(nóng)機行業(yè)的專用模塊CAD系統(tǒng)是一條可行之路。SolidWorks是美國SolidWorks公司開發(fā)的三維CAD產(chǎn)品.在操作平臺上基于Windows.在技術內核上基于先進的Parasolid圖形語言平臺.采用VC++編程和面向對象的數(shù)據(jù)庫來開發(fā)的三維CAD軟件。便于用戶的二次開發(fā)，設計過程簡單、使用方便。利用SolidWorks強大的曲面造型功能.可以繪制出很逼真的犁體曲面，用于下一步的仿真、運動分析。但犁體曲面設計參數(shù)數(shù)量多.并且參數(shù)取值變動頻繁.這就要求軟件在設計過程以尺寸驅動。進行參數(shù)化設計。

　　不同類型的犁體曲面設計方法各不相同.主要設計方法有：在試修法的基礎上測繪獲得犁體曲面，這種方法主要用于改進已有的犁體曲面;用幾何作圖法和數(shù)學分析法設計犁體曲面。這種方法主要用來設計新的犁體曲面。本文涉及的是幾何作圖法。犁體曲面的作圖法根據(jù)成型原理的不同而不同.常見的作圖法有水平直元線法、傾斜直元線法和曲元線法。

　　1、水平直元線犁體曲面的形成原理

　　犁體曲面可以看作是由直線或曲線在空間按照一定規(guī)律運動而成。這些構成曲面的直線或曲線。稱為"元線"。元線在空間的運動，可由直線、曲線或平面來控制。這些控制元線運動規(guī)律的幾何要素稱為導線或導面(在幾何學上又稱為"準線"或"準面")。目前國內外的鏵式犁產(chǎn)品中.以用水平直元線或傾斜直元線所形成的犁體曲面為最多。由水平直元線構成的扭柱型曲面，其形成原理如圖1所示。直元線在運動過程中始終保持水平.即以溝底平面作為導向面，同時直元線又始終與一條平面曲線(導曲線)相接觸。導曲線位于與鏵刃線相垂直的平面內。此外，元線在空間的位置還取決于它同溝墻平面的夾角的變化規(guī)律。由此可見，當導曲線的參數(shù)和元線角的變化規(guī)律確定之后.水平元線的運動即可唯一確定一個曲面。這種設計方法是在大量的實踐的基礎上形成的，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。

　　這種方法的優(yōu)點是設計參數(shù)較容易控制.可以通過有規(guī)律地改變參數(shù)，得到不同的犁體曲面。

　　2水平直元線犁體曲面原始零件的繪制

　　根據(jù)前面所介紹的SolidWorks的產(chǎn)品參數(shù)化設計的思想.下面以BTU35型號的犁體曲面的數(shù)據(jù)為初始數(shù)據(jù)。根據(jù)直元線法形成原理繪制犁體曲面。在SolidWorks中新建一個零件，命名為"犁體曲面"。步驟如下：

　　2.1建立基準面

　　首先將"右視"面改名為"脛刃線面"，點擊"草圖繪制"，選擇"中心線"，通過原點作出三條中心線，退出"草圖繪制"。

　　選擇"脛刃線面"和其中一條基準軸，再選擇"生成基準面"，在"屬性管理器"中，選擇"角度"，輸入"90"。"確定"，得到一個新的基準面，命名為"脛刃線面".因為鏵刃線與脛刃線面的夾角為θ0(BTU35的θ0等于42°)，導曲線面與脛刃線面的夾角為(90-θ0)。同理在"生成基準面"的"屬性管理器"的"角度"中輸入"48"。得到一個新的基準面，命名為"導曲線面"。在"方程式"中添加"1"DI@導曲線面"=90-"元線…/48deg"?？芍?8°只是一個從動尺寸。對于犁體來說，設θ0至θmin之間的元線角為直線規(guī)律，根據(jù)經(jīng)驗值我們假設犁鏵高度為75mm.把這一部分分為三個間隔(即在犁面上分成三個水平元線)。選擇"鏵刃線面"，選擇"生成基準面"，在其"屬性管理器"中的"距離"中輸入"25".得到一個新的基準面，命名為"直元線面1";重復上述步驟，輸入"50"，"75"，分別得到新的基準面，命名為"直元線面2"、"直元線面3"。在"方程式"中添加：

　　2"D1@直元線面1"=75/3 /25mm

　　3"DI@直元線面2"=75*2/3 /50mm驅動方程。

　　4"D1@直元線面3"=75 /75mm

　　在θmin至θmax之間的總距為：導曲線高-7.5=36-7.5=28.5cm。采用水平元線間距為5 cm.選擇"直元線面3"。選擇"生成基準面"，在"距離"中分別輸入"50"，"100"，"150"，"200"，"250"，"285"。將新基準面分別命名為"直元線面4"等。

　　在方程式中添加：

　　5"D1@直元線面4"=50 /50mm

　　6"D1@直元線面5"=2*"D1@… /100mm

　　7"DI@直元線面6"=3*"D1@… /150mm

　　8"Dl@直元線面7"=4*"D1@… /200mm

　　9"D1@直元線面8"=5*"D1@… /250mm

　　驅動方程。到此為止，所有的基準面全部確定。

　　2.2導曲線的繪制

　　導曲線是由一段直線和一段拋物線構成。選擇"導曲線面".選擇"草圖繪制"。先繪制一段直線和一段拋物線，然后選擇"添加幾何關系"，在其"屬性管理器"中，選擇該段直線和拋物線，添加"相切"關系;選擇"尺寸標注"。添加如圖所示的尺寸約束.可以確定導曲線;在"方程式"中添加：

　　10"DI@直元線面9"="導曲線高… /285mm

　　驅動方程。即可得到導曲線，如圖2所示。

　　3常用型號水平直元線犁體曲面數(shù)據(jù)配置

　　為了方便用戶的使用，將一些常用型號的犁體曲面數(shù)據(jù)直接保存在SolidWorks的配置中，在用戶選擇某一型號時，可以直接調用，大大地減少了程序數(shù)據(jù)的錄入，同時提高了運行速度，能夠較快地得到零件.這種方法適用于參數(shù)較多的復雜零件。圖6所得到的犁體曲面是按照BTU35型號的立體參數(shù)所繪制的.為了得到相似形狀的不同型號的犁體曲面，可采用系列零件表存放犁體的各個驅動參數(shù).不同的參數(shù)值將會得到不同型號的犁體曲面，在使用時只需要在"配置管理器"中打開所需要的配置。"重新建模"即可。具體方法如下：

　　(1)在"特征管理器設計樹"中，右鍵單擊"注解"文件夾，選擇"顯示特征尺寸"，特征定義的一部分尺寸變?yōu)樗{色，將零件中的每一個驅動尺寸和特征尺寸重新命名，使之一目了然，便于查找對應。

　　(2)選擇"插入"菜單中的"系列零件表"，新建一個Excel工作表，這時一個Excel工作表出現(xiàn)在零件文件窗口中.Excel工具欄取代了SolidWorks的工具欄，在默認情況下，第三行(A3)命名為第一實例列.標題單元格的(B2)是激活的。

　　(3)雙擊某一驅動尺寸數(shù)值，尺寸名稱自動插入單元格(B2)，尺寸之自動插入單元格(B3)，相鄰的列標題單元格C2自動激活，重復這一操作，將所有的驅動尺寸及特征尺寸全部添加在表格中。

　　(4)對應著同一參數(shù)，輸入BT30和BT35的不同的數(shù)值，完成以后.點擊表格以外的任一地點，就可以退出"系列零件表"。所建系列零件表如圖7所示。

　　(5)這時在"配置管理器"中就添加了BT30和BT35兩種配置。使用時只需要先選擇所需型號的配置，再"建模"即可。為了方便用戶的使用，我們將常用型號的犁體曲面的數(shù)值通過方程式、系列表等封裝在配置中，在需要選取常用型號的犁體曲面時，只需通過組合框中的型號提取所對應的配置即可。

　　4水平直元線犁體曲面參數(shù)化流程

　　在前面創(chuàng)建了水平直元線犁體曲面模型的基礎上.需要編寫程序實現(xiàn)水平直元線犁體曲面的參數(shù)化驅動程序。

　　首先在"SolidWorks Add-in App Wizard"創(chuàng)建一個工程"OpenDoc".選擇除"Overload WNDPROC of ModelView"外所有的復選框。

　　在OpenDocPage.h中定義所需要的組合框、數(shù)字框等，在OpenDocPage.cpp中，對COpenDocPage的構造函數(shù)COpenDocPage添加初始化代碼.在COpenDocPage的析構函數(shù)～COpenDocPage中添加要釋放的各種對話框。在Layout函數(shù)中添加各個對話框及描述.以犁體曲面為例。在組合框中選項的個數(shù)是通過常用犁體曲面型號的個數(shù)確定的，數(shù)字框的個數(shù)是通過犁體曲面的驅動尺寸的個數(shù)確定，程序流程圖如圖8所示。

　　5結束語

　　本文利用水平直元線法犁體曲面的形成原理，二次開發(fā)基于SolidWorks本身特點的屬性管理器對話框，結合SolidWorks強大的三維造型功能開發(fā)了水平直元線犁體曲面參數(shù)化設計模塊，并實現(xiàn)了所研發(fā)系統(tǒng)與SolidWorks系統(tǒng)的無縫集成，有效解決了水平直元線犁體曲面設計過程復雜、誤差大，勞動強度高等一系列問題。使水平直元線犁體曲面的優(yōu)化設計變得非常直觀和方便.利于犁體產(chǎn)品進一步開發(fā)的系列化和標準化.達到了縮短設計周期、增加經(jīng)濟效益的目的。