技術解答：模（mó）具零件（jiàn）毛坯尺寸的自動導出方法

毛坯尺寸是零件的基（jī）本屬（shǔ）性之（zhī）一，為模具（jù）、工裝和（hé）機加產品（pǐn）等的結構設計、幹涉分析、材（cái）料準備、成本分析、確定加工周期等方麵提供了（le）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（luò）體的功能，主要有2種測量模式[1]，一種為軸對（duì）齊包（bāo）圍盒AABB（axis-aligned bounding box），另一（yī）種為最小包圍盒MBB（minimum bounding box），如圖1所示。最小包圍盒MBB尺寸加上（shàng）適當的加工餘（yú）量（機加零件一般為10 mm），即可得到零件的毛坯尺寸。

零件的AABB和（hé）MBB包圍盒（hé）
對於最小（xiǎo）包圍盒MBB的算法，不少學者和專（zhuān）家對其進（jìn）行了大量研究工作。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（xiān）對實體模型進行離（lí）散化，但想要獲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（dī）了運行效率；陳（chén）柏鬆等[3]提出一種基於非線性主成分分析的最小包（bāo）圍盒計算方（fāng）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（diǎn）進行（háng）調（diào）製，再使用傳統主成分分析得（dé）到（dào）目（mù）標正交坐（zuò）標係，從而得到最小包圍盒，該方法計算穩定，但處理較多（duō）頂點時速度較慢，且無法處理設有連接（jiē）關係的點（diǎn）集數據；陳華等[4]提出一種確定任意形狀物體最小（xiǎo）包圍盒（hé）的（de）方法，利（lì）用實體模型分（fèn）別繞3個坐標軸旋（xuán）轉一定角度（dù）時計算一次方向包（bāo）圍盒OBB（oriented bounding box），最後找出體積最小的OBB作為最小包圍盒，但該（gāi）方法計算速度（dù）慢、效率低；孔垂品等[1]提出一種零件的最小包圍盒生成算法，根（gēn）據旋轉投影的外輪廓確定最小包圍盒，采用逐步細（xì）分法，通過2輪旋轉來提高計算效率，但處理單個複雜（zá）零件耗時已超過100 s，不適（shì）合一次性處理較多零件。
對於一般機加工產品，目前測量最小包圍盒的方法為：利用三維設（shè）計軟件（jiàn），采用（yòng）手動方式逐個對零件進行測量，再將測量（liàng）結果逐一手動記錄。但對於大型的模具、工裝和機加工產品，零件數量可能成（chéng）百上千，如果再采（cǎi）用手動測量和記錄的方式，工作量（liàng）巨大且容（róng）易出錯，影響工作效率。王孟等[5]基於CATIA/CAA對三維型材的毛坯模型生成技術進行了（le）研究，龍軍等[6]將UG二次開發技術用（yòng）於（yú）鑄件毛坯三維實體自動生成，該方法主要用於識別（bié）孔、凹槽、倒角等（děng）加工特征，並將零件模型恢複到機加工前狀態，無（wú）法準確用於測量零件的最小（xiǎo）包（bāo）圍盒（hé）。針對該問題，需要（yào）編製一套高效可靠（kào）的（de）程序，快速自動測量和輸出最小包圍盒尺寸，並最終（zhōng）獲得零件的毛坯尺寸，提高工（gōng）作效率。
1 開發工具
CATIA是（shì）一款CAD/CAE/CAM一體化軟件[7]，廣泛應用於機械設計、航空航（háng）天、汽車製（zhì）造、造船、電子電器等行業。為了滿足用戶個性化和專業化需求，CATIA為用戶提供（gòng）了多種二次開發接口[8]，其（qí）中包括基於（yú）構件的應（yīng）用（yòng）編程接（jiē）口（kǒu）（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語言，並要具備連（lián）接端口（kǒu）等方麵的知識，入門相對困難；VBA是交互式的定製（zhì）開發，主要為Visual Basic語言[10]，雖（suī）在功（gōng）能（néng）上不及CAA強大，但（dàn）簡單（dān）實用，可以滿足一般專業化需求。現主要介紹在CATIA中采用VBA二次開發接口（kǒu），使用VB語言進（jìn）行編程，實現自（zì）動批量導出零件毛坯尺寸的功能（néng）。
2 程序設（shè）計方法
2.1 設計思路和原理
程序設計應簡單實用、穩定運行和計算正確，主要從以下2個方麵進行考慮。
（1）可對某文件夾中的（de）所有零件（jiàn）進行自動批量處理，並將結果輸出到Excel表中（zhōng），方便後續操作。采用遞歸算法遍曆某文件夾及其子文件夾（jiá）中的全部零件，程序執行的主要流程（chéng）如圖2所（suǒ）示。

零件毛坯尺寸自動導出（chū）流（liú）程
（2）裝配狀態包含零件、子裝配、部件等多個對象，測量最小包圍盒時容易出（chū）錯，最好單獨打開（kāi）零件進行測（cè）量。
2.2 功能實（shí）現
2.2.1 查找零件
查（chá）找某文件夾及其子文（wén）件夾中的所有CATIA零件（*.CATPart），並將相關文件信息輸出到Excel表（biǎo）。
查（chá）找零件的子程序代碼如下。
Public n_File As Double '文件數量
Public FileName(1 To 65536) As String '文（wén）件名稱（chēng）
Public FilePath(1 To 65536) As String '文（wén）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（pàn）斷（duàn）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（zhōng）遞歸調（diào）用
SerachFile Folder.Path
Next
End If
End Sub
將文件（jiàn）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（chēng）所在列
C_FilePath = "B" '文件路徑所在列
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（qǔ）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 測量零件
CATIA軟件未直接提（tí）供測量零件最（zuì）小包圍盒MBB的函數，但可以通過以下2種方法獲得MBB尺寸。
（1）慣（guàn）性主軸法。先使用GetPrincipalAxes函數獲得零件實體的慣性主軸，然後使用AddNewExtremumPolar函數創（chuàng）建沿3個坐標軸方向的極點，極點沿坐標軸方向的跨度即（jí）組成了（le）最小包圍盒尺寸。但是該方（fāng）法在創建（jiàn）極點時相當於（yú）對零件模型進行了更改（gǎi），容易引起存（cún）儲錯誤和文件關閉時彈出提示問題，不利於程序的穩（wěn）定運行和模型安全，降低了運行效率，不適合批（pī）量處理多個零件。
（2）測量（liàng）慣量法。利用CATIA軟件的測量慣量功能（自定義中需勾選“主軸”），對零件實（shí）體（tǐ）進行測量，此時結構樹上會出現測量參（cān）數，如圖3所（suǒ）示。其中（zhōng）“BBLx”、“BBLy”、“BBLz”即為最小包圍盒尺寸。該方（fāng）法測量速度快、精度高（gāo），且未對零件模式進行（háng）更改，主要（yào）代碼如下。

結構樹上的測量（liàng）參（cān）數（shù）
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（guàn）量命令
C_RoughSize = "C" '毛坯尺寸所在列（liè）
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（biǎo）示加工餘量為10mm
2.3 實例驗證
為驗證（zhèng）該方法（fǎ）的使用效果，先對圖1所示的單個標（biāo）準零件GB/T 70.1 M10x50（內六（liù）角圓柱頭螺（luó）釘）進行測（cè）試，在處理器2.4 GHz、內（nèi）存8 GB的電（diàn）腦上處理時間約4 s，測試結果如圖4所示。然後對某複合材料產品的模壓模具組件進行測試，如圖（tú）5所示，處（chù）理12個零件用（yòng）時（shí）約38 s，測試（shì）結（jié）果如（rú）圖6所（suǒ）示。經過手動測試複核（hé），表明（míng）了測（cè）試結果準確無誤。