技術解答：模具零（líng）件毛坯尺寸的自（zì）動導出方法

毛坯尺（chǐ）寸是零件的基本屬（shǔ）性之一，為模具、工裝和機加產品等的（de）結構設計、幹（gàn）涉分析、材料準備、成（chéng）本分析、確定加工周期等方麵提供了重要的參考作用。目前主流的三維設計軟件均提供測量零件包絡體的功能，主（zhǔ）要有2種測量模式[1]，一（yī）種（zhǒng）為軸對齊包圍盒AABB（axis-aligned bounding box），另一種為最小包圍盒MBB（minimum bounding box），如（rú）圖1所示。最小包圍盒MBB尺寸加上適當的加工餘量（機加零件一般（bān）為10 mm），即（jí）可得到零件的毛坯尺（chǐ）寸。

零件（jiàn）的AABB和MBB包圍盒
對於最小包圍盒MBB的算法，不少學（xué）者和專家對其進行了大量（liàng）研（yán）究（jiū）工作。G BAREQUET等[2]提出利用三維點集來近似求解最小（xiǎo）包圍盒的算法，首先對實體（tǐ）模型進行離散化，但想要獲得較高精度的計（jì）算結果，必須使得（dé）離散化程度（dù）更高，從而降低了運行效率；陳柏鬆等[3]提出一種基於非線性主（zhǔ）成分（fèn）分析的最小（xiǎo）包圍盒計算方法，首（shǒu）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，再使用（yòng）傳統主成分分析（xī）得到目標正交坐標係，從而得（dé）到最小包圍盒，該方法計算穩定，但處理較多頂點（diǎn）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]提出（chū）一種確定任意形狀物體最小包圍盒的方法，利用實體模型分別繞3個坐標軸旋（xuán）轉一定角度時計算一（yī）次方向包圍盒（hé）OBB（oriented bounding box），最後（hòu）找出（chū）體積最小的OBB作為（wéi）最小包圍（wéi）盒，但該方法計算速度慢（màn）、效率低；孔垂品等[1]提出一（yī）種零（líng）件的最小包圍盒生成算（suàn）法，根據旋轉投影的外輪廓確定最小包圍盒，采用逐步細分法，通過2輪旋轉來提高計算效率，但處理（lǐ）單個複雜零件耗時已超過100 s，不適合一（yī）次性處理（lǐ）較（jiào）多零件。
對於一般機加工產品，目前測（cè）量最小包圍盒的方法為：利用三維設計軟件，采用手動方式逐個對零件進行測量，再將測量結果逐一手動記錄。但（dàn）對於（yú）大型的（de）模具、工裝和機加工（gōng）產品，零件數量可能（néng）成百上千，如果再采用手動測量和記（jì）錄的方式，工作量巨大且容易出錯，影響工作效率。王（wáng）孟等[5]基（jī）於CATIA/CAA對三維型材的毛坯（pī）模型生成技術進行了研究，龍軍等[6]將（jiāng）UG二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（gōng）特征（zhēng），並將零件模型恢複到機加工前狀態，無法準確用於測量零件的最小包圍盒。針對該問題，需要編製一套高效可靠的程序，快速（sù）自動測量和輸出最（zuì）小（xiǎo）包圍盒尺寸，並最終獲得零（líng）件的毛坯尺寸，提高工作效率。
1 開發工（gōng）具
CATIA是一款CAD/CAE/CAM一（yī）體化軟件[7]，廣泛應用於機械設計、航空航天、汽車製造、造（zào）船、電子電器等行業。為（wéi）了滿足用戶（hù）個性化和專業化需求，CATIA為用戶提供了多種二次開發接口[8]，其中包括基（jī）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知識，入門相對困難；VBA是交互式的定製開發，主（zhǔ）要為Visual Basic語言[10]，雖在功能上不及CAA強大，但簡（jiǎn）單實用，可以（yǐ）滿足一般專業化需求。現主要介紹（shào）在CATIA中采用VBA二次開發接口，使用VB語言進行編程，實現自動（dòng）批量導（dǎo）出零（líng）件毛坯（pī）尺寸的功能。
2 程序設計方法
2.1 設計思路和原理
程序設計應簡（jiǎn）單實（shí）用、穩定運行和計算正確，主要從以下2個方麵進行考慮。
（1）可對某文件夾中（zhōng）的（de）所有零件進行自動批量（liàng）處理，並將結果輸出到Excel表中，方便後續（xù）操作。采用遞歸算法遍曆某文件夾及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。

零件毛坯尺寸自動導（dǎo）出流程
（2）裝配狀態包含零件、子裝配、部件等多個（gè）對象，測量最小包圍盒時容易出錯，最好（hǎo）單獨打開零件進行測量。
2.2 功能（néng）實現
2.2.1 查找零件
查找某文件夾及其子文件夾中（zhōng）的所有CATIA零件（*.CATPart），並將相關文件（jiàn）信息輸出到Excel表。
查找（zhǎo）零件的（de）子程序代碼如下。
Public n_File As Double '文件數量
Public FileName(1 To 65536) As String '文件名（míng）稱
Public FilePath(1 To 65536) As String '文件路徑
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 '子文件夾中遞歸調（diào）用
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" '文件名稱所在列（liè）
C_FilePath = "B" '文件路徑（jìng）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 讀取零件
讀取Excel表中的文件信息，並使用CATIA軟件依次打開零件模（mó）型，代碼如下。
For i = 1 to n_File
Set Model1 = CATIA.Documents.Open(FilePath (i) & “\” & FileName (i))
Next
2.2.3 測量零（líng）件
CATIA軟件未直接提供測量零件最小包圍（wéi）盒MBB的函數，但可以（yǐ）通過以下2種方法獲得MBB尺寸。
（1）慣性（xìng）主軸法。先（xiān）使用GetPrincipalAxes函數獲（huò）得零件實體的（de）慣性主軸，然後（hòu）使用（yòng）AddNewExtremumPolar函數創建沿3個坐標軸方向（xiàng）的極點，極點沿坐標軸方向的跨度即組成了最小包圍盒尺寸。但是該方法在創建極點時相當於對零件模型進行了更改，容易引（yǐn）起存儲（chǔ）錯誤和文（wén）件關閉時彈出提示問（wèn）題，不利於程序（xù）的穩定運行（háng）和模型安全，降低了運行效率，不適合批量處理多個零件（jiàn）。
（2）測量慣量法。利用CATIA軟件的測量慣量功能（néng）（自定（dìng）義中需勾選“主軸”），對零件實體進（jìn）行測量，此時結構樹上（shàng）會出現測（cè）量參數，如圖3所示。其中“BBLx”、“BBLy”、“BBLz”即為最小包圍盒尺寸。該方法測量（liàng）速度快、精度高，且（qiě）未對（duì）零件模式進行更改，主（zhǔ）要代碼如下。

結構（gòu）樹上的（de）測量參數
Set sel = Model1.Selection
sel.Clear
Set part1 = Model1.Part
sel.Add part1.MainBody '選定零（líng）件實體
CATIA.StartCommand '調用測量慣量命令
C_RoughSize = "C" '毛（máo）坯尺（chǐ）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
為驗證該方法的使用效果，先對圖1所（suǒ）示的單個標準零件GB/T 70.1 M10x50（內六角圓柱（zhù）頭螺釘）進行測試，在處（chù）理器2.4 GHz、內存8 GB的電腦上處理時（shí）間約4 s，測試結果如圖4所示（shì）。然後對某複合材料產品的模壓模具組件進行測試，如圖5所示（shì），處理12個零件用時約38 s，測試結果如圖6所示。經過手動測試複核，表明了測試結果準確無誤。