技術解答：模具（jù）零件毛坯（pī）尺寸的自動導出方法

毛坯尺寸（cùn）是零件的基本屬性之一，為模具、工裝和機加產品等的結（jié）構設（shè）計、幹涉分（fèn）析、材料準備、成本（běn）分析、確（què）定加工周期等方麵提供了重要（yào）的參考作用。目前主流的三維設計軟件均提供測量零（líng）件包絡（luò）體的功能，主要有2種測量模式[1]，一種為軸對（duì）齊包圍盒AABB（axis-aligned bounding box），另一種（zhǒng）為最（zuì）小（xiǎo）包（bāo）圍盒MBB（minimum bounding box），如圖1所（suǒ）示。最小包圍盒MBB尺寸加上適當的（de）加工餘（yú）量（機加零件一（yī）般為（wéi）10 mm），即可得到零件的毛坯尺寸。

零件的AABB和MBB包圍（wéi）盒
對（duì）於最小包圍盒MBB的算法，不少學者和專家對其進行了大量研究工作。G BAREQUET等[2]提出利用三維點集來（lái）近似（sì）求解最小（xiǎo）包圍盒的算法，首先對實體模型進行離散化，但想要獲（huò）得較高精度的計算結果，必須使得離散化程度更高，從而降低了運行效率（lǜ）；陳柏鬆等[3]提出一種（zhǒng）基於非（fēi）線性主成分分析的最小包圍盒計算方法，首先計算頂點區域麵積，然後用每個頂點區域麵積對頂點進行調製（zhì），再使用傳統主成分分析得到目標正交坐標係，從而得到（dào）最小包圍盒，該方法計算穩定，但處理較多頂點時速度較慢，且無法處理設有連接關係的點集數據；陳華等[4]提（tí）出一種確定任意形狀物（wù）體（tǐ）最小包圍盒的方法，利用實（shí）體（tǐ）模型分（fèn）別繞3個坐標軸旋轉一（yī）定角度時計（jì）算一次方向包圍（wéi）盒OBB（oriented bounding box），最後找出體積最小的OBB作為（wéi）最小包圍盒，但該（gāi）方法計算速度（dù）慢、效率低；孔（kǒng）垂品等[1]提出一種零件的最小包圍（wéi）盒生（shēng）成算法，根據旋轉投影的外輪廓確定（dìng）最小包圍（wéi）盒，采用逐步細分（fèn）法，通過2輪旋轉來提高計算效率，但（dàn）處理單個複（fù）雜零件耗時已超過100 s，不適合一次性處理較多零件。
對於一般機加工產品，目（mù）前測量最小包圍盒（hé）的方法為：利（lì）用三維設計軟件，采用手動（dòng）方式逐個對零件進行測量，再將（jiāng）測量結果（guǒ）逐一手動記錄。但對於大型的模具、工裝和機加工產（chǎn）品，零件數量可能成（chéng）百上千，如果再采用手動測量和記錄的方式，工作量巨大且容易（yì）出錯，影響工作效率。王孟等[5]基於CATIA/CAA對三維型材的毛坯（pī）模型生成技術進行（háng）了研究，龍軍等[6]將UG二（èr）次開發技術用於鑄件毛坯三維實體自動生成，該方法主要用於識別孔、凹槽、倒角等加工特征，並將零件模型恢複到（dào）機（jī）加工前狀態，無（wú）法（fǎ）準（zhǔn）確用於（yú）測量零件的最小包圍盒。針對該問題（tí），需要編製一套（tào）高效可靠的程序，快速自動測量（liàng）和輸出最小包圍盒尺寸，並最終獲得零件的（de）毛坯尺寸，提高（gāo）工（gōng）作效率。
1 開發工具
CATIA是一款CAD/CAE/CAM一體化軟件[7]，廣泛應用於機械設計、航空航天、汽車製造、造船、電子電器等行業。為了滿足用戶個（gè）性化和專業化需求，CATIA為用戶提供了多種二次（cì）開發接口[8]，其中包括基於構件的應用編程接口（CAA）[5]和自動化對象編程接口（VBA）[9]。CAA是CATIA已有組件的定（dìng）製開發，主要為Visual C++和Java語（yǔ）言，並要具備連接端口等方麵的（de）知識，入門相對困難；VBA是交互式的定製開發，主要為Visual Basic語言[10]，雖在功能上不及CAA強大，但簡單實用，可以滿足一般專業化需求。現主（zhǔ）要介紹在CATIA中采用VBA二次開發接（jiē）口，使用VB語言進行編程，實現（xiàn）自動批量導出零件（jiàn）毛坯尺寸的功能。
2 程序設（shè）計方法
2.1 設計思路和原理
程序設計應簡（jiǎn）單實用（yòng）、穩定運行和計算正確，主（zhǔ）要從以下2個（gè）方（fāng）麵進行考（kǎo）慮（lǜ）。
（1）可對某文件夾中的所有零件進行自動批量處理，並將結果輸出到Excel表中，方便後續（xù）操作。采用遞歸算法遍（biàn）曆某文件夾及（jí）其子文件夾中的全部零件，程序執行的主要流程如圖2所示。

零件毛坯尺寸自動（dòng）導出流程
（2）裝配狀態（tài）包含（hán）零件（jiàn）、子裝配、部（bù）件等多個對象，測量最小包圍盒時容易出錯，最好單獨打開零件進（jìn）行（háng）測量。
2.2 功能實現
2.2.1 查（chá）找零件（jiàn）
查找某文件夾及其子文件夾中的所有（yǒu）CATIA零件（*.CATPart），並將相關文件信息輸出到Excel表。
查找零件的子程序代碼如（rú）下。
Public n_File As Double '文件數量
Public FileName(1 To 65536) As String '文件名稱
Public FilePath(1 To 65536) As String '文件路（lù）徑
Public Sub SerachFile(ByVal Path1 As String)
For Each file In CreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).Files
If InStr(file.Name, ".CATPart") <> 0 Then '判斷是否為零件類文件
n_File = n_File + 1
FileName(n_File) = file.Name
FilePath(n_File) = Left(file.Path, InStrRev(file.Path, "\"))
End if
Next
If CreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).SubFolders.Count > 0 Then
For Each Folder In CreateObject("Scripting.FileSystemObject").GetFolder(Path1).SubFolders '子文件（jiàn）夾中遞歸調用（yòng）
SerachFile Folder.Path
Next
End If
End Sub
將文件信息輸出到Excel表的代碼如下。
Dim EXCEL1 As Workbook
Set EXCEL1 = Excel.Workbooks.Add '新建Excel表
EXCEL1.Application.Visible = True
Dim sheets1 As Worksheet
Set sheets1 = EXCEL1.Worksheets(1)
C_FileName = "A" '文件名（míng）稱所在列
C_FilePath = "B" '文（wén）件路徑所在列
For Each file In fils
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 讀取零（líng）件
讀取Excel表中的文件信息，並使（shǐ）用CATIA軟件依次打開零件模型，代碼（mǎ）如下。
For i = 1 to n_File
Set Model1 = CATIA.Documents.Open(FilePath (i) & “\” & FileName (i))
Next
2.2.3 測量零件
CATIA軟件（jiàn）未直接提供測量零件最小包圍盒（hé）MBB的函數，但可以通過以下2種方法獲得MBB尺寸。
（1）慣性主軸法。先使（shǐ）用GetPrincipalAxes函數獲得零件實體的慣性（xìng）主軸，然後使用AddNewExtremumPolar函（hán）數創建沿3個坐標軸方向的極點，極（jí）點沿（yán）坐標軸方向的跨度即組成了最小包圍盒尺寸。但是該方（fāng）法在創建極點時相當於對（duì）零件模型進行（háng）了更改（gǎi），容易引起存儲錯誤和文件關閉時（shí）彈（dàn）出提示問題，不利於（yú）程序的（de）穩定運行和模型（xíng）安全，降低（dī）了運行效率，不（bú）適合批量處理多個零件。
（2）測量慣量法。利用CATIA軟件的測（cè）量慣量（liàng）功能（自定義中需勾選“主軸”），對零件實體進行測量，此時結構樹上會出現測（cè）量（liàng）參數，如圖3所示。其中“BBLx”、“BBLy”、“BBLz”即為最小包圍（wéi）盒尺寸。該方法測量速（sù）度快、精度高，且未對零件模式進行（háng）更改，主要代碼如下。

結構樹上（shàng）的測量參數
Set sel = Model1.Selection
sel.Clear
Set part1 = Model1.Part
sel.Add part1.MainBody '選定零件實體
CATIA.StartCommand '調用測量慣量命令
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表示加工餘量為10mm
2.3 實例驗證
為（wéi）驗（yàn）證該方法的使（shǐ）用（yòng）效果，先對圖1所示的（de）單個標準零件GB/T 70.1 M10x50（內六（liù）角圓柱頭螺釘）進行測試（shì），在處理（lǐ）器2.4 GHz、內存8 GB的電腦上處理時間約4 s，測試結果如圖4所示（shì）。然後對某複合材料（liào）產品（pǐn）的模壓模具組件進行測試，如圖5所示，處理12個零件用時約38 s，測試結果如圖6所示（shì）。經過手動測（cè）試複核，表明了測試結果準確（què）無誤。