SolidWorks液壓閥塊的設(shè)計(jì)研究(二)

2013-07-24 by:廣州SolidworksUGCatia培訓(xùn)中心來源:仿真在線

(h)1999年,黃山禾開發(fā)了一個(gè)交互式液壓閥塊二維設(shè)計(jì)環(huán)境,使設(shè)計(jì)者可以方便快速地進(jìn)行設(shè)計(jì)。閥塊平面設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)性和三維視圖與二維視圖的一致性等特征。閥塊平面設(shè)計(jì)環(huán)境包括五個(gè)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(guān)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(tái)上,用VisualC++5.0和ObjectARXSDK編寫。

(i)2001年,喬進(jìn)友博士針對(duì)液壓閥塊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì),提出了新的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)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(jìn)行空間布局的智能設(shè)計(jì),并提供了遺傳算法無效時(shí)的解決方案一一基于規(guī)則的人機(jī)交互;提出液壓閥塊孔道連通規(guī)劃的解決策略即應(yīng)用圖論中的有向圖理論對(duì)孔道連通規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型成功地進(jìn)行描述;提出液壓閥塊孔道連通設(shè)計(jì)的解決策略即利用新理論建立孔道連通設(shè)計(jì)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,分析了選擇設(shè)計(jì)變量,確定目標(biāo)函數(shù)的方法,以及孔道連通設(shè)計(jì)的約束條件。重點(diǎn)研究通過遺傳算法進(jìn)行孔道連通優(yōu)化的智能設(shè)計(jì)。

針對(duì)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)為液壓閥塊路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論模型,并用樹結(jié)構(gòu)作為理論模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過實(shí)例,驗(yàn)證了理論模型的簡化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化解搜索方法的正確性,為液壓閥塊復(fù)雜孔道設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

(2)浙江大學(xué)流體傳動(dòng)與控制研究所在路雨祥教授的領(lǐng)導(dǎo)下,于1989年研制成功了插裝閥液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(chǔ)軟件,利用Lisp語言對(duì)繪圖軟件進(jìn)行二次開發(fā),采用變參型技術(shù)建立三維閥塊立體構(gòu)筑工具庫,以實(shí)現(xiàn)閥塊的三維顯示,利用“知識(shí)嵌入”方法解決了從立體圖轉(zhuǎn)化成工程零件圖過程中判斷推理難點(diǎn)[14][15]。

(3)大連理工大學(xué)對(duì)液壓閥塊的CAD、CAPP、CAM開發(fā)了集成化軟件包,[16][17][18]設(shè)計(jì)了七個(gè)子系統(tǒng),它們分別是:計(jì)算機(jī)輔助閥塊設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、閥塊三維圖形顯示及十字剖面顯示子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫模擬閥塊數(shù)控加工子系統(tǒng)、數(shù)控加工機(jī)床與計(jì)算機(jī)接口通訊程序設(shè)計(jì)子系統(tǒng)以及編輯子系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)輔助閥塊設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中,將插裝閥孔道設(shè)計(jì)和校核問題歸結(jié)為插裝閥閥塊內(nèi)部任意兩孔道同面、對(duì)面、鄰面等三種情況分別進(jìn)行分析和處理。在孔道設(shè)計(jì)中,采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)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(guān)系以兩孔同面、兩孔對(duì)面、兩孔鄰面為基礎(chǔ)分解成平行、垂直和相交等情況分別進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)的結(jié)果可以以三維實(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)中無法處理斜孔問題,當(dāng)孔道設(shè)計(jì)比較復(fù)雜時(shí),隨著工藝孔個(gè)數(shù)的大量增加,閥塊將變得很復(fù)雜。

(4)首鋼液壓機(jī)械廠和大連理工大學(xué)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(diǎn)是:

(a)用交互式設(shè)計(jì)方法擬定插裝閥塊設(shè)計(jì)方案,并實(shí)現(xiàn)了交互式調(diào)整插裝閥塊設(shè)計(jì)方案。

(b)用交互式和自動(dòng)式設(shè)計(jì)插裝閥塊孔道,并實(shí)現(xiàn)了交互式調(diào)整插裝閥塊孔道。對(duì)設(shè)計(jì)完畢的插裝閥塊進(jìn)行孔道校核,校核結(jié)果以文本或圖形方式顯示于屏幕上。

(c)插裝閥塊設(shè)計(jì)中圖形與數(shù)據(jù)可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換。借助于AutoCAD高級(jí)造型擴(kuò)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。可自動(dòng)輸出插裝閥塊方案參數(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(dòng)生成插裝閥塊三維立體圖形。

(d)根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)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(dòng)化研究所在386或286微機(jī)(含協(xié)處理機(jī))上開發(fā)了液壓閥塊CAD軟件,該軟件由五個(gè)模塊組成,即交互式閥塊設(shè)計(jì)、孔道信息輸入、孔道校核、閥塊工程圖紙生成和設(shè)計(jì)及校驗(yàn)結(jié)果輸出等五部分:

(a)交互式閥塊設(shè)計(jì)模塊,以AutoCAD為基礎(chǔ),由安裝面圖庫、數(shù)據(jù)庫、Auto lisp設(shè)計(jì)程序以及高級(jí)語言的接口組成。用戶通過屏幕菜單調(diào)用進(jìn)行閥塊外形設(shè)計(jì)。在進(jìn)行安裝面設(shè)計(jì)時(shí),用戶通過圖文并茂的菜單選擇目標(biāo),只需輸入一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),其它相關(guān)信息則可自動(dòng)通過數(shù)據(jù)庫調(diào)入。在進(jìn)行孔道的設(shè)計(jì)時(shí),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(guān)系。設(shè)計(jì)結(jié)束后,可將全部信息輸出給孔道檢驗(yàn)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(yàn)各種直孔和空間斜孔(包括平頭孔和錐孔),在校驗(yàn)時(shí),若兩孔的實(shí)際壁厚小于所要求的壁厚時(shí),程序給出實(shí)際壁厚值,當(dāng)兩孔通時(shí),給出兩孔軸心線段的最短連線距離。在孔道建模時(shí),對(duì)實(shí)際情況不作任何簡化。在出現(xiàn)危險(xiǎn)通斷關(guān)系時(shí),可以按網(wǎng)格逐點(diǎn)進(jìn)行布爾運(yùn)算以求精確解。還可以單孔與全部孔道的校驗(yàn),可生成閥塊中所有孔道的通斷關(guān)系表并給出通斷關(guān)系是否正確的信息。

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

(e)設(shè)計(jì)與校驗(yàn)結(jié)果信息輸出模塊,可輸出閥塊的全部設(shè)計(jì)結(jié)果,全部連通孔的信息,全部危險(xiǎn)孔的信息,不正確通斷關(guān)系孔道信息。

(6)北京聯(lián)合大學(xué)建材輕工學(xué)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(yùn)用參數(shù)化繪圖技術(shù),通過閥塊的六面視圖,判斷閥塊的通斷情況,借助于調(diào)整子系統(tǒng),可對(duì)閥塊各面上的元件進(jìn)行修改,可對(duì)屏幕上的二維幾何模型進(jìn)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(xué)在液壓閥塊的設(shè)計(jì)中[21],用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹來描述液壓系統(tǒng)圖,使連通關(guān)系包含在樹結(jié)構(gòu)中,提高了程序的效率。

(8)安徽工學(xué)院從計(jì)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(diǎn)是否在兩孔上,若在,則相交,否則不相交。孔模型由圓柱和120度頂角的圓錐組成,在這個(gè)數(shù)學(xué)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(píng)述

從上面的介紹中可以看出,由于液壓閥塊設(shè)計(jì)問題的典型性和復(fù)雜性以及集成式液壓系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,吸引了國內(nèi)外眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)和學(xué)者的研究興趣。在20世紀(jì)80年代到90年代的20年間,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(shù)和應(yīng)用軟件已經(jīng)在原理圖繪制、孔道校核、實(shí)體造型、工程圖輸出、甚至CAD/CAM集成等方面達(dá)到了較高的水平,有效地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率,其中不少成果在一些企業(yè)已經(jīng)得到應(yīng)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(shù)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(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜。有些液壓集成塊的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)作為基本設(shè)計(jì)手段,仍然是二維和三維的結(jié)合。三維CAD系統(tǒng)較之于二維CAD系統(tǒng)復(fù)雜得多,系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù)的突破難度較大,資料和公開的技術(shù)也很少,二次開發(fā)研究工作遠(yuǎn)沒有二維CAD二次開發(fā)研究工作成熟。

1.3本設(shè)計(jì)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(tái),利用SoIidWbd洱2007結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù),開發(fā)了液壓閥塊設(shè)計(jì)三維CAD系統(tǒng),本課題主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)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?qū)ο蠹夹g(shù)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(jìn)行閥的底板型號(hào)查詢,獲得相應(yīng)的底板尺寸。

(2)以SolidWorks三維造型軟件為系統(tǒng)平臺(tái),利用VisualBasic6.0和SolidWorks的接口技術(shù),實(shí)現(xiàn)了基于特征的液壓閥塊設(shè)計(jì)。

(3)在Windows XP操作系統(tǒng)下,以SolidWorks三維造型軟件為平臺(tái),利用VisualBasic 6.0編程軟件編寫了操作界面和計(jì)算程序設(shè)計(jì),對(duì)SolidWorks軟件進(jìn)行了二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了基于特征的液壓閥塊設(shè)計(jì),實(shí)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(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用更加方便。

(5)建立液壓三維元件庫,為進(jìn)行虛擬裝配提供了便利條件。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,避免了一些重復(fù)繁冗的手冊查詢和三維造型過程,提高了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)效率。同時(shí),建立的三維圖可以直接進(jìn)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(shè)計(jì)軟件具有良好的通用性,把設(shè)計(jì)與特征建模過程一體化,改善液壓閥塊設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。

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