SolidWorks液壓閥塊的設計研究(二)

2013-07-24 by:廣州SolidworksUGCatia培訓中心來源:仿真在線

(h)1999年,黃山禾開發(fā)了一個交互式液壓閥塊二維設計環(huán)境,使設計者可以方便快速地進行設計。閥塊平面設計環(huán)境,具交互式孔系布置、孔系修改、閥塊三維造型、多樣的視覺效果和觀察方式、孔道在圖上的位置與數(shù)據(jù)的對應性和三維視圖與二維視圖的一致性等特征。閥塊平面設計環(huán)境包括五個模塊:成組孔管理模塊;液壓元件的布置、三維視圖模塊、編輯模塊;連通關系的輸入、編輯模塊;三維造型;孔道數(shù)據(jù)管理模塊。系統(tǒng)在AutoCADRl4平臺上,用VisualC++5.0和ObjectARXSDK編寫。

(i)2001年,喬進友博士針對液壓閥塊設計的三大棘手問題即空間布局、孔道連通規(guī)劃和孔道連通設計,提出了新的理論基礎和設計方法,作出以下創(chuàng)新:提出液壓閥塊空間布局的解決策略即通過遺傳算法進行空間布局的智能設計,并提供了遺傳算法無效時的解決方案一一基于規(guī)則的人機交互;提出液壓閥塊孔道連通規(guī)劃的解決策略即應用圖論中的有向圖理論對孔道連通規(guī)劃的數(shù)學模型成功地進行描述;提出液壓閥塊孔道連通設計的解決策略即利用新理論建立孔道連通設計優(yōu)化的數(shù)學模型,分析了選擇設計變量,確定目標函數(shù)的方法,以及孔道連通設計的約束條件。重點研究通過遺傳算法進行孔道連通優(yōu)化的智能設計。

針對上述理論方法,使用Visual C++6.0和Object ARX SDK開發(fā)了液壓閥塊智能‘設計系統(tǒng),并己在依頓威格士(廣州)有限公司投入使用。

(j)2001年,周惠友博士又提出了以樹形結構為液壓閥塊路徑優(yōu)化設計的理論模型,并用樹結構作為理論模型的數(shù)據(jù)結構,通過實例,驗證了理論模型的簡化和數(shù)據(jù)結構及優(yōu)化解搜索方法的正確性,為液壓閥塊復雜孔道設計提供了理論依據(jù)。

(2)浙江大學流體傳動與控制研究所在路雨祥教授的領導下,于1989年研制成功了插裝閥液壓系統(tǒng)設計FPTC-CAD系統(tǒng)[13]。該系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)原理圖生成模塊、液壓系統(tǒng)總裝圖模塊、三維立體模型生成模塊、插裝閥設計模塊等五部分組成。在三維插裝閥液壓系統(tǒng)閥塊CAD系統(tǒng)中,以AutoCAD為基礎軟件,利用Lisp語言對繪圖軟件進行二次開發(fā),采用變參型技術建立三維閥塊立體構筑工具庫,以實現(xiàn)閥塊的三維顯示,利用“知識嵌入”方法解決了從立體圖轉化成工程零件圖過程中判斷推理難點[14][15]。

(3)大連理工大學對液壓閥塊的CAD、CAPP、CAM開發(fā)了集成化軟件包,[16][17][18]設計了七個子系統(tǒng),它們分別是:計算機輔助閥塊設計子系統(tǒng)、閥塊三維圖形顯示及十字剖面顯示子系統(tǒng)、計算機動畫模擬閥塊數(shù)控加工子系統(tǒng)、數(shù)控加工機床與計算機接口通訊程序設計子系統(tǒng)以及編輯子系統(tǒng)。在計算機輔助閥塊設計子系統(tǒng)中,將插裝閥孔道設計和校核問題歸結為插裝閥閥塊內(nèi)部任意兩孔道同面、對面、鄰面等三種情況分別進行分析和處理。在孔道設計中,采用了優(yōu)化設計思想,使用了分層序列法、窮舉法、搜索法等優(yōu)化方法。在孔道校核中,采用將插裝閥塊內(nèi)任意兩孔位置及其相互關系以兩孔同面、兩孔對面、兩孔鄰面為基礎分解成平行、垂直和相交等情況分別進行處理。設計的結果可以以三維實體圖形顯示在屏幕上,該軟件系統(tǒng)不能處理斜孔問題,不能處理用戶自定義的插裝閥孔,不能由用戶指定插裝閥中不得連通的部位。由于在孔道的自動設計中無法處理斜孔問題,當孔道設計比較復雜時,隨著工藝孔個數(shù)的大量增加,閥塊將變得很復雜。

(4)首鋼液壓機械廠和大連理工大學聯(lián)合開發(fā)了二通插裝閥塊三維CAD軟件系統(tǒng)091,該系統(tǒng)特點是:

(a)用交互式設計方法擬定插裝閥塊設計方案,并實現(xiàn)了交互式調整插裝閥塊設計方案。

(b)用交互式和自動式設計插裝閥塊孔道,并實現(xiàn)了交互式調整插裝閥塊孔道。對設計完畢的插裝閥塊進行孔道校核,校核結果以文本或圖形方式顯示于屏幕上。

(c)插裝閥塊設計中圖形與數(shù)據(jù)可以自動轉換。借助于AutoCAD高級造型擴展功能生成閥塊體逼真三位圖、濃淡渲染圖、消隱視圖及位置任意剖面圖?？勺詣虞敵霾逖b閥塊方案參數(shù)和孔道數(shù)據(jù)文件,根據(jù)插裝閥塊方案參數(shù)和孔道數(shù)據(jù)又可以自動生成插裝閥塊三維立體圖形。

(d)根據(jù)設計結果,繪制插裝閥塊零[件圖和裝配圖。

(e)可輸出CAD與CAPP接口的數(shù)據(jù)文件。

(5)北京自動化研究所在386或286微機(含協(xié)處理機)上開發(fā)了液壓閥塊CAD軟件,該軟件由五個模塊組成,即交互式閥塊設計、孔道信息輸入、孔道校核、閥塊工程圖紙生成和設計及校驗結果輸出等五部分:

(a)交互式閥塊設計模塊,以AutoCAD為基礎,由安裝面圖庫、數(shù)據(jù)庫、Auto lisp設計程序以及高級語言的接口組成。用戶通過屏幕菜單調用進行閥塊外形設計。在進行安裝面設計時,用戶通過圖文并茂的菜單選擇目標,只需輸入一個基準點,其它相關信息則可自動通過數(shù)據(jù)庫調入。在進行孔道的設計時,可以在不同的視圖上顯示其位置和深度,以提示孔與孔之間的連通關系。設計結束后,可將全部信息輸出給孔道檢驗程序。

(b)孔道輸入模塊,用C語言編成,輸入分單孔輸入和組孔輸入。

(c)孔道校核模塊,用C語言編成,可校驗各種直孔和空間斜孔(包括平頭孔和錐孔),在校驗時,若兩孔的實際壁厚小于所要求的壁厚時,程序給出實際壁厚值,當兩孔通時,給出兩孔軸心線段的最短連線距離。在孔道建模時,對實際情況不作任何簡化。在出現(xiàn)危險通斷關系時,可以按網(wǎng)格逐點進行布爾運算以求精確解。還可以單孔與全部孔道的校驗,可生成閥塊中所有孔道的通斷關系表并給出通斷關系是否正確的信息。

(d)閥塊工程圖紙生成模塊,在AutoCAD基礎上開發(fā),可給出閥塊的施工圖紙,標注全部加工尺寸。不畫任何剖面和剖視圖。

(e)設計與校驗結果信息輸出模塊,可輸出閥塊的全部設計結果,全部連通孔的信息,全部危險孔的信息,不正確通斷關系孔道信息。

(6)北京聯(lián)合大學建材輕工學院借助于產(chǎn)品模型的建立和軟件的二維圖形處理功能,運用參數(shù)化繪圖技術,通過閥塊的六面視圖,判斷閥塊的通斷情況,借助于調整子系統(tǒng),可對閥塊各面上的元件進行修改,可對屏幕上的二維幾何模型進行顯示和編輯,從而完成板式元件的布局、公共孔的布局和連接孔的布局工作。

(7)東南大學在液壓閥塊的設計中[21],用數(shù)據(jù)結構中的樹來描述液壓系統(tǒng)圖,使連通關系包含在樹結構中,提高了程序的效率。

(8)安徽工學院從計算幾何理論上討論了三維空間孔道的精確校核[22]。通過建立兩孔的空間曲面方程,然后聯(lián)立求解曲面方程,得到交最后判斷交點是否在兩孔上,若在,則相交,否則不相交?？啄Ｐ陀蓤A柱和120度頂角的圓錐組成,在這個數(shù)學模型中,沒有考慮到二通插裝閥、螺紋插裝閥、斜孔等異形孔,適用的范圍有限。

1.2.3研究評述

從上面的介紹中可以看出,由于液壓閥塊設計問題的典型性和復雜性以及集成式液壓系統(tǒng)的廣泛應用,吸引了國內(nèi)外眾多研發(fā)機構和學者的研究興趣。在20世紀80年代到90年代的20年間,隨著計算機技術的發(fā)展,涌現(xiàn)出了大批研究成果。目前國內(nèi)外研究的各種液壓閥塊CAD技術和應用軟件已經(jīng)在原理圖繪制、孔道校核、實體造型、工程圖輸出、甚至CAD/CAM集成等方面達到了較高的水平,有效地提高了設計質量和工作效率,其中不少成果在一些企業(yè)已經(jīng)得到應用并產(chǎn)生了良好的效益。

盡管人們已經(jīng)在這方面做了大量的工作,但隨著液壓技術的不斷發(fā)展,新的問題也不斷地出現(xiàn),使液壓集成塊的設計也越來越復雜。有些液壓集成塊的設計研究盡管部分涉及了三維輔助內(nèi)容,但不成體系,并沒有把三維設計作為基本設計手段,仍然是二維和三維的結合。三維CAD系統(tǒng)較之于二維CAD系統(tǒng)復雜得多,系統(tǒng)的二次開發(fā)技術的突破難度較大,資料和公開的技術也很少,二次開發(fā)研究工作遠沒有二維CAD二次開發(fā)研究工作成熟。

1.3本設計的主要內(nèi)容和意義

本課題是以Window中文版操作系統(tǒng)為支撐平臺,利用SoIidWbd洱2007結合面向對象技術,開發(fā)了液壓閥塊設計三維CAD系統(tǒng),本課題主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)創(chuàng)建了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。本部分主要利用面向對象技術的編程語言,開發(fā)了液壓底板尺寸數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),主要是根據(jù)輸入的閥的名稱,進行閥的底板型號查詢,獲得相應的底板尺寸。

(2)以SolidWorks三維造型軟件為系統(tǒng)平臺,利用VisualBasic6.0和SolidWorks的接口技術,實現(xiàn)了基于特征的液壓閥塊設計。

(3)在Windows XP操作系統(tǒng)下,以SolidWorks三維造型軟件為平臺,利用VisualBasic 6.0編程軟件編寫了操作界面和計算程序設計,對SolidWorks軟件進行了二次開發(fā),實現(xiàn)了基于特征的液壓閥塊設計,實現(xiàn)了VB與SolidWorks的交互式使用。

(4)把模塊編譯成SolidWorks的插件,然后用菜單的方式掛到SolidWorks系統(tǒng)中,可以使設計系統(tǒng)的使用更加方便。

(5)建立液壓三維元件庫,為進行虛擬裝配提供了便利條件。

系統(tǒng)的結構簡單,使用方便,避免了一些重復繁冗的手冊查詢和三維造型過程,提高了設計者的設計效率。同時,建立的三維圖可以直接進行后續(xù)加工或生成二維的工程圖紙。本系統(tǒng)的開發(fā),旨在為同類產(chǎn)品的開發(fā)提供解決問題的思路和方法。本課題開發(fā)出的設計軟件具有良好的通用性,把設計與特征建模過程一體化,改善液壓閥塊設計的現(xiàn)狀。

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