橋式起重機(jī)橋架的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

以橋式起重機(jī)橋架為研究對(duì)象,SolidWorks為三維設(shè)計(jì)平臺(tái),詳細(xì)闡述了樹形建模和模塊化驅(qū)動(dòng)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)。這種三維參數(shù)化技術(shù)可大大提高三維模型和驅(qū)動(dòng)程序的可維護(hù)性,適應(yīng)了橋式起重機(jī)快速發(fā)展的特點(diǎn)。
張晉強(qiáng) 王宗彥秦慧斌來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:橋式起重機(jī) 參數(shù)化設(shè)計(jì) 模塊化

1 三維模型的建立

1.1 樹形的建模結(jié)構(gòu)

橋式起重機(jī)橋架的三維模型采用樹形的建模結(jié)構(gòu)。如圖1所示,根據(jù)橋架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能特點(diǎn)以及零部件之間的約束關(guān)系把其劃分為多個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)獨(dú)立的一級(jí)子裝配體(如主梁、端梁等),然后再把一級(jí)子裝配體劃分為多個(gè)二級(jí)子裝配體(如底座、門等),這樣依次劃分直至最后一級(jí)。

1.2 零件模型的建立

建立零件模型時(shí)應(yīng)對(duì)零件的特征進(jìn)行規(guī)劃,先建立最重要的基本特征,依次類推,建立輔助特征,對(duì)于一些工藝性特征(如倒角、圓角等)對(duì)零件的整體形狀影響較小,但非常容易造成參數(shù)化驅(qū)動(dòng)失敗,最好放到最后生成。

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圖1 樹形的建模結(jié)構(gòu)

為了便于模型的管理,需要對(duì)建模完成的零件進(jìn)行自定義屬性的添加。這里所添加的自定義屬性是指工程圖紙的標(biāo)題欄中應(yīng)包括的一些基本信息,如零件代號(hào)、圖紙代號(hào)、材料、重量等。這些內(nèi)容如果在工程圖中一一進(jìn)行編寫和修改,其工作量很大,因此,需要鏈接零件的名稱、代號(hào)、材料、數(shù)量等自定義屬性的值到工程圖的標(biāo)題欄中,如果這些自定義屬性的值改變,標(biāo)題欄中的信息也會(huì)自動(dòng)改變,從而實(shí)現(xiàn)零件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。

1.3 裝配體模型的建立

橋式起重機(jī)橋架采用自頂向下的裝配設(shè)計(jì)。該方法一般先要在裝配體中建立布局草圖,然后利用布局草圖對(duì)零部件進(jìn)行定位。當(dāng)草圖改變時(shí),零部件也發(fā)生相應(yīng)的變化。下面以橋架主梁為例,介紹裝配體模型的建立步驟。

(1)根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)主要參數(shù)控制的布局草圖,橋架主梁橫截面的布局草圖如圖2所示,日為該草圖高度方向上的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。在繪制草圖時(shí)要確定核心部件的外形尺寸,表示出零部件之間的裝配關(guān)系,充分使用約束關(guān)系,減少不必要的草圖尺寸,從而使布局草圖構(gòu)思更加清晰。

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圖2 主梁的裝配

(2)通過幾何約束求解將零部件裝成主梁模型。所有零件和子部件原則上采用3個(gè)基準(zhǔn)面和布局草圖中的草圖線段來定位,通過這種方法最終生成主梁裝配體j而不用其他零件對(duì)原有零件和子部件進(jìn)行定位,這樣可避免因個(gè)別零件更換或丟失而造成整個(gè)裝配體的混亂。通過在如圖2所示的隔板面與布局草圖的線段之間添加配合關(guān)系,把隔板固定在草圖上,采用此方法裝配主梁其他零部件,最終裝配成如圖3左部所示的主梁模型。

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圖3 主梁和橋架的三維模型

(3)把父裝配體決定子裝配體位置和關(guān)系的尺寸定義為接口尺寸,如底座的跨度尺寸是由主梁的寬度尺寸所決定,則把該尺寸定義為底座的接口尺寸,其余的尺寸定義為驅(qū)動(dòng)尺寸,如圖2中的主梁高度尺寸H。按照約定的格式把所有的接口尺寸和驅(qū)動(dòng)尺寸的名稱和數(shù)值記錄到驅(qū)動(dòng)文件里。

按照此方法,依次裝配副主梁、端梁等其他橋架部件,最終裝配成如圖3右部所示的橋架模型。

2 三維參數(shù)化實(shí)現(xiàn)方法

2.1 驅(qū)動(dòng)程序的模塊劃分

為了提高橋架設(shè)計(jì)的變更性,本文根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序的功能特點(diǎn)把其劃分為驅(qū)動(dòng)尺寸計(jì)算模塊、模型驅(qū)動(dòng)模塊和工程圖優(yōu)化模塊。

驅(qū)動(dòng)尺寸計(jì)算模塊的主要功能是根據(jù)輸入?yún)?shù)和各零件的裝配關(guān)系,計(jì)算布局草圖和零件模型的驅(qū)動(dòng)尺寸值,最后保存到驅(qū)動(dòng)文件里。模型驅(qū)動(dòng)模塊的主要功能是根據(jù)驅(qū)動(dòng)文件驅(qū)動(dòng)三維模型的布局草圖和零件模型以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。工程圖優(yōu)化模塊的主要功能是調(diào)整驅(qū)動(dòng)后生成的圖紙以滿足工程需要。如此劃分模塊,當(dāng)橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),只需更新驅(qū)動(dòng)尺寸計(jì)算模塊即可。

2.2 確定驅(qū)動(dòng)參數(shù)

在橋架的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中,首先需用參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想確定橋架模型的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。一般把橋架零部件的定位尺寸和一些對(duì)橋架結(jié)構(gòu)影響較大的定形尺寸定為驅(qū)動(dòng)參數(shù),如橋架的跨度尺寸。而對(duì)橋架結(jié)構(gòu)影響較小的尺寸,如工藝孔的定形尺寸,一般不定為驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

2.3 參數(shù)的傳遞方式

參數(shù)的傳遞方式取決于主梁三維模型的建模結(jié)構(gòu),即自頂向下的逐級(jí)傳遞,如表l所示。驅(qū)動(dòng)尺寸計(jì)算模塊首先根據(jù)橋架的輸入?yún)?shù)計(jì)算主梁的驅(qū)動(dòng)尺寸值,然后把這些驅(qū)動(dòng)尺寸值作為下一級(jí)子裝配體(如主梁、端梁等)的輸入?yún)?shù)計(jì)算其子裝配體的驅(qū)動(dòng)尺寸值,這樣依次計(jì)算直至最后一級(jí)子裝配體,最終把所有的驅(qū)動(dòng)尺寸值依次記錄在驅(qū)動(dòng)文件里。參數(shù)的逐級(jí)傳遞避免了三維模型中各裝配體的參數(shù)相互交疊和滲透,便于驅(qū)動(dòng)程序的維護(hù),當(dāng)某一子裝配體變更時(shí),只需改變?cè)撃K的計(jì)算關(guān)系,而與其他裝配體模塊無任何關(guān)系。

表1 參數(shù)的傳遞方式

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2.4 模型驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

模型驅(qū)動(dòng)模塊按照一定的約定方式從橋架的驅(qū)動(dòng)文件里讀出驅(qū)動(dòng)尺寸名和驅(qū)動(dòng)尺寸值,利用SolidWorks提供的API函數(shù)驅(qū)動(dòng)三維模型。其尺寸驅(qū)動(dòng)語句如下:

Assem.Parameter(“尺寸名”).System Val—He=尺寸值

此模塊可以根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)文件驅(qū)動(dòng)其相應(yīng)的三維模型,這種驅(qū)動(dòng)方式避免了驅(qū)動(dòng)程序與三維模型的直接聯(lián)系,提高了該模塊的獨(dú)立性。橋架主梁和端梁的驅(qū)動(dòng)如圖4所示,圖中驅(qū)動(dòng)模塊作為一個(gè)公有模塊分別對(duì)主梁和端梁的尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)的結(jié)果只取決于驅(qū)動(dòng)文件,與驅(qū)動(dòng)模塊無關(guān)。所以,當(dāng)主梁和端梁需要變更時(shí),只需對(duì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件進(jìn)行修改即可。

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圖4 橋架主梁和端梁的驅(qū)動(dòng)

2.5 工程圖的優(yōu)化

在三維向二維的轉(zhuǎn)換過程中,自動(dòng)生成的工程圖圖幅較差,尺寸標(biāo)注不整潔,線條繁亂(可以省略的線條不能自動(dòng)缺省)。因此,需要建立一個(gè)通用的程序模塊即工程圖優(yōu)化模塊,對(duì)工程圖進(jìn)行優(yōu)化。其優(yōu)化的內(nèi)容包括:

(1)視圖比例位置調(diào)整通過讀取模型的最大尺寸與圖紙大小相比較,來確定圖紙比例,然后利用程序改變視圖在圖紙上的絕對(duì)坐標(biāo)。

(2)尺寸位置調(diào)整通過在視圖上對(duì)尺寸進(jìn)行層標(biāo)記,然后通過程序遍歷視圖中的尺寸,重新尺寸在視圖坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)尺寸位置調(diào)整。

(3)線條的隱藏模型驅(qū)動(dòng)完成之后,總裝工程圖中一些不需要表達(dá)的線條常常顯示出來。因此,需要利用程序?qū)@些線條進(jìn)行隱藏。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)橋式起重機(jī)快速發(fā)展的特點(diǎn),闡述了樹形建模和模塊化驅(qū)動(dòng)的思想。并開發(fā)出具高可維護(hù)性的橋式起重機(jī)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)顯著提高了設(shè)計(jì)效率,快速響應(yīng)了個(gè)性化的市場需求,對(duì)加強(qiáng)企業(yè)競爭力有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。此外,參數(shù)化設(shè)計(jì)大量運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段,有利于實(shí)現(xiàn)CAD、CAE、CAPP、CAM和PDM軟件的集成,可積極推動(dòng)企業(yè)的信息化建設(shè)。

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