基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設計

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文介紹了一種塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的總體結構和系統(tǒng)組成,采用特征造型技術、變量化技術和ActiveX Automation技術實現了塑料門窗的設計、編輯、管理、優(yōu)化下料等。討論了系統(tǒng)實現的關鍵技術問題。

王濰趙方
關鍵字:UGS Solid Edge CAD/CAM

1 前言
隨著塑料門窗的應用不斷普及,對其設計質量、設計效率的要求越來越高。盡管目前出現了一批二維的塑料門窗輔助設計軟件,但是在產品正式完成以前,二維塑料門窗輔助設計軟件對產品的設計效果及制造、裝配過程不能有一個全面的認識。如果能夠判斷設計是否合理可行,甚至能對制造、裝配工藝性的做出評價,則能不斷改進設計和工藝方案,獲得理想的設計效果。采用三維設計軟件,可以避免二維設計軟件的局限性,達到直觀的設計和虛擬裝配效果。不但可以為生產制造提供更加詳細的工藝數據和裝配信息,而且便于CAD/CAM的信息集成。
我們以UGS公司的Solid Edge軟件為平臺,利用軟件強大的特征造型技術、變量化設計技術和ActiveX Automation技術,以面向對象的Visual Basic語言為開發(fā)工具,開發(fā)了基于Solid Edge的塑料門窗設計系統(tǒng)。圖1為系統(tǒng)的主界面。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設計+應用技術圖片圖片1

圖1 系統(tǒng)主界面

2 系統(tǒng)的總體結構與組成
如圖2所示,系統(tǒng)主要包括工程管理、型材管理、窗型設計、優(yōu)化下料和幫助信息等模塊。主要模塊的功能如下所述。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設計+應用技術圖片圖片2

2.1 工程管理模塊
當首次進入系統(tǒng)時,要根據客戶需要,建立工程信息。其中應包括客戶名稱,建立日期,合同編號等常規(guī)信息。還應根據客戶要求,為整個系統(tǒng)選擇型材的廠家, 以保證整個工程顏色、風格、款式的一致性。根據設計要求保存所選擇、設計的窗型及數量。保存窗型中各個部件的詳細信息,如V口位置、方向,裝配關系,窗型類型等。如果不是第一次進入系統(tǒng),則可以選擇新建或者打開以前的工程。
2.2 型材管理模塊
對原材料廠家所生產的型材進行管理分類,以便于工程模塊進行選擇。型材庫的創(chuàng)建與管理是進行窗型設計以及優(yōu)化下料的前提之一。型材庫存儲各種型號型材及相關信息,以及進料、出料的管理。
2.3 窗型設計模塊
是系統(tǒng)的核心內容,主要是通過對Solid Edge軟件的二次開發(fā),進行各種窗型的設計、添加或刪除窗型零件、讀取窗型特征信息以及進行窗型零部件裝配等。
2.4 優(yōu)化下料模塊
當工程中所有窗型設計完畢,要進行下料之前,根據窗型中各個零件的尺寸,對其下料順序進行優(yōu)化,并使余料最小,并生成最優(yōu)的下料順序。優(yōu)化下料模塊可直接向型材庫存取有關型材,通過從庫中選取型材進行下料優(yōu)化,是材料統(tǒng)一調度的核心。

3 關鍵技術問題
3.1 Solid Edge對象層次結構
Solid Edge對象之間一般通過對象層次結構的形式互相聯系。Solid Edge 的對象層次結構可以描述為自上而下的樹結構,其根節(jié)點對象通常是一個應用。要訪問應用中的一個對象,必須從層次樹中的頂部向底部遍歷,直到找到需要訪問的對象。Solid Edge擁有四種工作環(huán)境:零件(Part)、鈑金(sheet Metal)、裝配(Assembly)和工程圖(Draft),其中 ,零件和鈑金共用一個對象層次結構,而裝配和工程圖分別擁有各自獨立的層次結構。每個文檔對象都包含了各自的屬性與方法,這些屬性有包含很多子屬性和方法。對象與方法的調用關系與使用Solid Edge建模的過程是一致的,在二次開發(fā)時只要按照設計的思路,分步調用適當的對象和方法,就可以實現所需要的功能[1]。
3.2 特征信息的提取和匹配
塑料門窗CAD系統(tǒng)的基礎是變量化設計。系統(tǒng)首先創(chuàng)建了型材和常用窗型的參數化模型,用戶可以通過選擇不同的設計參數完成常用窗型的參數化設計。為了提高系統(tǒng)的柔性,增加了窗型編輯模塊。在已經生成的參數化模型的基礎上,有計算機提取相關特征信息并與窗型知識庫相匹配。通過特征的識別,獲取用戶的輸入信息,自動完成窗型零件類型的識別。特征信息提取的主要方法是利用Solid Edge的對象層次結構,遍歷相關特征集合,找到實體中的所有特征[2]。利用特征對象的方法,提取特征屬性,獲得特征的定義信息。例如遍歷窗型文件中每個零件,判別出邊框和中梃的代碼如下:
Set objApp = GetObject(, "solidedge.application")
    If Err Then
        Err.Clear
        Set objApp = CreateObject("solidedge.application")
        End If
        objApp.Visible = False
        Set objDocs = objApp.Documents
        If objDocs.Count <> 0 Then
           objApp.ActiveDocument.Close (False)
        End If
        Set objdoc = objDocs.Open(Bpath)
            If Err Then
            Err.Clear
            MsgBox "不能打開所選窗型"
            Else
            Set objParts = objdoc.Occurrences
            For i = 1 To objParts.Count
                Set objpart = objParts.Item(i)
llx = Getlx(objpart)
                If llx = "xk" Then
                   Text1.Text = Getedit(objpart)
                   QDKC = Getedit(objpart)
                ElseIf llx = "zk" Then
                   Text2.Text = Getedit(objpart)
                   QDKG = Getedit(objpart)
                End If
            Next i
      End If

3.3 裝配件的實時編輯
圖3為窗型設計模塊中窗型編輯主界面。各種窗型實際上是由窗型零件構成的裝配件。修改裝配件的尺寸是通過修改其中的每一個窗型零件的尺寸進行的。因此,我們需要協(xié)調的改變裝配件中的每一個零件的尺寸,才能保持裝配件整體的裝配關系,以及外形不改變,并維持一個完整的整體。每次修改尺寸時,我們要判斷每個零件的類別以及其裝配關系。修改完以后,必須調用objdoc.Updateall來保存所做的修改。
在Solid Edge裝配環(huán)境中的自動化接口允許在裝配體中添加零部件,這是由零部件集合對象提供的AddByFileName方法實現的。當在裝配體中交互放置零件時,可以通過定義零件之間的關系來控制他們的相對位置;可以通過兩個集合訪問裝配關系對象:AssemblyDocument對象中的Relations3d集合和每個零件對象的Relations3d集合。AssemblyDocument對象中的Relations3d集合允許對文檔中的所有關系進行遍歷,而每個零件對象的Relations3d集合允許對指定零件的關系進行遍歷[1]。裝配分為點匹配,面匹配,中心線重合,插入,角度等裝配關系,我們這里需要采用的是兩個點匹配和一個面匹配,來確定兩個零件能夠垂直貼合。首先是面匹配,通過GetParamRange方法得到一個面某一個方向上的最大值和最小值,就可以得到一個規(guī)則面的中點。通過兩面的中點,對兩個面進行連接。要創(chuàng)建一個連接關系(Connect),則需要調用AddPoint方法。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設計+應用技術圖片圖片3
圖3 窗型編輯主界面

3.4 裝配關系的獲取
為了便于修改和重新生成窗框,必須記錄各個零件之間的裝配關系,取得裝配方式及其關鍵點或面。首先要取得裝配關系集合,在該集合中遍歷裝配體中的每一個裝配信息,及其方法與個數。采用多種方式裝配的,一定要注意其匹配的順序。否則生成的裝配關系將無法還原。
3.5 優(yōu)化下料
采用線性優(yōu)化的算法,以下料后的余料的總長度最小為目標函數,對型材下料進行全局優(yōu)化。優(yōu)化下料的依據來自于窗型設計中窗型的尺寸,優(yōu)化后的信息存放入優(yōu)化數據庫,此數據庫將作為連接CAM 模塊的主要接口[3]。

4 結論
塑料門窗CAD系統(tǒng)利用Solid Edge的特征造型技術,實現了塑料門窗的快速參數化建模,并可以進行渲染。這樣,客戶在塑料門窗生產之前就可以在計算機上看到一個可視化的塑料門窗三維模型,便于作出進一步的決策;對設計人員而言,能夠利用Solid Edge軟件與其他分析軟件的接口,對當前的設計是否最優(yōu),甚至是否可行做出判斷。從而可以實時改進設計或者工藝,縮短了產品的設計周期,提高產品設計質量。

[參考文獻]
[1] 1 彭穎紅. Solid Edge Visual Basic開發(fā)入門[M]. 北京:科學出版社,2001
[2] 2 魏國前,姜素麗. 參數化特征造型技術在Solid Edge中的應用[J]. 武漢科技大學學報,2002,25 (2)
[3] 3 張輝,趙方,艾長勝. 塑窗型材鋸銑加工中心CAD/ CAM系統(tǒng)的研制[J]. 濟南大學學報,2004,18 (1)

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