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液压集成块CAD系统 郭 捷 朱世和 郭津津 天津理工学院 机械工程学院,天津 300191 摘要介绍了液压集成块CAD系统的开发。分析了设计信息的计算和输入、 三维实体造型和二维视图 的输出、 孔道实时校核和辅助计算功能等模块的实现过程,并对集成块CAD系统关键技术进行研究。 本系统对提高液压集成块的设计效率和设计质量有较高的实用价值。 关键词液压集成块; CAD系统; CAD ;实体造型 中图分类号TH13715 TP391172 文献标识码B 文章编号1001 - 2265200109 - 0032 - 03 CAD System of hydraulic integrated block GUO Jie ZHU Shihe GUO Jinjin Abstract Through studying the key technique of CAD system , analyze some function models ,including of ination of design , realtime check of hole and channel , assistant computation ,output of 2D drawing and so on. The system lend itself to improve the quality and efficiency of design. Key words hydraulic integrated block; CAD system; CAD; solid modeling 图1 液压集成块CAD系统结构 液压集成块的研究与开发一直是学术研究和工程 实践的热点,受到国内外液压界的一致重视。近年来, 诸多单位做了大量工作,也取得了不少成果,但基本 还停留在简单的孔道校核、 零件图绘制等功能上[1], 随着技术的不断发展和更新,对液压集成块CAD集 成度的要求也越来越高。同时,CAD专业应用软件开 发技术、 方法和工具的不断发展和成熟,也为液压集成 块CAD系统的开发提供了良好的条件,本文仅就笔者 开发的液压集成块CAD系统做一介绍。 1 设计思路与开发平台 液压集成块是安装各种液压元器件,并在其内部 按液压原理图实现元件间孔道连通的复杂功能阀块, 由于其结构紧凑,元件密度高,占据空间小,变化灵活, 易标准化等特点,因而得到广泛应用。但在工程实践 中,要在有限的实体上,做到结构紧凑,布局合理,可 靠,实现最优设计,也是集成块设计的难点。 本系统针对上述液压集成块的特点和设计难点, 在系统开发中将集成块设计过程分为以下两个环节 1设计信息的计算和输入根据液压回路原理图及有 关的设计要求,建立集成块的内部孔道连通关系的数 学模型,为结构设计建立设计依据 ; 2 基于三维实体 的液压集成块结构设计运用实体造型技术、 参数化技 术,并结合数据库和人工智能等技术完成结构设计。 本系统利用MDT平台, VC 编程环境及ARX 开发工具,根据建立的数学模型对集成块进行空间规 划和孔道校核,整个设计过程中采用边设计边校核,并 在校验无误,绘出二维零件图和孔系表、 明细表及校验 文件。 2 基本功能模块 系统主要由图1所示的几个功能模块组成。现将 四个主要功能模块介绍如下 2. 1 设计参数输入及计算功能模块 该模块根据液压系统原理图、 集成块材料、 系统压 力与流量等设计参量,完成液压集成块的结构设计准 备工作。此模块用Visual C 6. 0通过DAO Data Access Objects接口创建一个可实现对数据库操作的 23 组合机床与自动化加工技术 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 数据库操作界面 界面,如图2所示。该模块首先由设计者输入系统流 量、 系统压力、 油管类型、 材质等,据此计算出管路的最 小流通面积、 最小壁厚以及油管内径,并生成相应的动 态数据文件。,建立由MS Access生成的液压阀底板数 据库valve. mdb ,用户选取相关的元件后,系统可检索 到各阀的安装底板尺寸、 孔的数目、 类型与坐标。用户 可对元件信息的方便地提取和添加。根据用户输入孔 道的连通关系,建立孔道关系矩阵,在关系矩阵中,相 通关系用 “1” 表示,不相通关系用 “0” 表示,设计者可对 孔与孔之间的连通关系进行输入、 查询和修改。孔道 关系矩阵也以动态数据交换文件的形式存入动态事件 库中。这种交互式的操作方式界面友好直观,有利于 设计者与系统进行信息交流。 2. 2 实体造型功能模块 由于集成块上的孔道数目一般都很多,合理放置 和正确校核孔道的连通关系,是一项烦琐的工作,若仅 依据块体的六面视图和设计者空间想象能力来分析各 孔道之间的关系,需要大量的时间和精力,而且可靠性 差,一般来说,集成块是六面赋有孔和液压元件底板的 实心基体,本系统的开发采用三维实体造型技术,利用 MDT三维实体造型平台和ARX和API开发工具,使 设计者能清晰、 直观地看到设计结果。在开发中采用 了如下关键技术 1 利用参数驱动技术,用参数Box- l、Box-w、Box-h、Hole、Val来控制块体的尺寸和属 性,并进行实时动态编辑 ; 2 用Access建立液压元件 外形及安装尺寸数据库,利用DAO对其进行操做; 3引用基于约束的思想,使约束条件通过推理机自动 生成约束文件,达到视图的自适应要求 ; 4 结构设计 中的特征描述信息采用ARX、MDT API的扩充词典 及特征的属性添加技术,实现结构设计中的特征信息 描述和传递。首先从常见液压元件外形及安装尺寸数 据库中提取阀底板的信息,添加在所选取集成块工作 面上,从而确定了液压阀底板孔系的位置,再在相应的 位置生成圆,同时向圆对象中加入元件及序号信息,再 在圆心处打孔,并向孔特征加入属性,进行孔道的干涉 检查,如图3所示;另外还可以通过MDT API函数提 取和编辑孔的属性值孔名称、 孔标号、 基准面、 精度、 形位公差、 位置公差等。这种实时设计与校核的方法, 使数据信息在软件模块间互相有序传递,经程序内部 推理判断,减少了设计失误,提高了工作效率,并有效 地保证了设计。 图3 信息显示界面 图4 坐标系与方位面 2. 3 孔道校验功能模块 集成块的空间规划、 路径设计和孔道校验是集成 块设计的难点,为实现液压元件的合理摆放,防止空间 干涉,本模块的功能实现遵循以下设计准则 1孔道之间通断关系必须满足设计该通的孔 一定要通,不该通的孔一定不能通。同时内径的距离 应大于计算值2～3mm ,孔与外壁应大于计算值 2mm[2] 2工艺孔最短和最少,尽量减少斜孔的出现; 3液压元件在集成块上安装时不得产生干涉。 由于孔道空间校核采用的是世界坐标系,二维零 件图生成采用用户坐标系,因此存在不同坐标系间的 坐标转换问题。为了校核和信息传递的方便,我们根 据设计惯例统一了集成块设计的坐标系与方位面的表 达,如图4所示。六个方位面前、 后、 左、 右、 上、 下分别 定义为2 ,5 ,3 ,4 ,1 ,6 ,其坐标原点O和坐标轴决定了 各视图的原点和坐标轴,在校核时,首先我们通过指针 获得两孔的圆心坐标Ox ,y ,z ,从而得到两孔各自所 在的面,再用两孔相通条 件来判断若两孔同面,则 需加工艺孔;若两孔所在 的面互为对面,则两孔轴 线距离不大于两孔半径之 和,并且空深之和必须不 小于相应集成块的长、 宽、 高;若两孔轴线异面垂直, 332001年第9期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 则两孔轴线距离不大于两孔半径之和,并且其中一个 孔在孔深方向与另一孔在其半径方向相交。利用以上 校核依据,即可进行一对一和一对多的孔道校核。 此孔道校核功能模块有以下两大特点 1辅助计算功能。集成块上往往要有多至几十 个参数各异的孔道,每一孔道之间的通断关系各不相 同,要合理并可靠布局好这些孔,仅靠设计者的设计经 验是不够的,不仅烦琐,可靠性也难以保证,孔道校验 辅助功能能较好的解决这个问题。系统能根据用户选 取的面和孔特征来计算出孔的坐标位置、 孔径及孔深, 并给出可行的连通模式及参数,这样设计者可以根据 所给信息来计算放置孔的参数来满足设计要求。 2实时校核功能。整个设计过程是边校核边设 计,即每建立一个特征孔,就进行孔道校核,按设计信 息输入功能提供的设计信息,如最小安全壁厚、 最小流 通面积、 孔道关系矩阵进行校核。设计者可实时了解 设计是否符合孔道连通关系的要求,发现错误并及时 修改,直到满意为止,从而确保液压集成块的设计质量 和设计效率。 2. 4 二维投影图的生成模块 由于MDT生成的实体在转换为二维视图时,不 能保留其文本信息,因此标号是识别孔道的重要标志, 为了保留其标号特征,我们采用图形分解的办法,将设 计完成的三维实体转换为所需要的二维投影图。当图 幅、 比例、 图名、 图号等相关绘图参数确定后,系统可根 据集成块孔道信息自动生成集成块六面视图,每个孔 道的唯一标号也显示在相应位置,同时还可以生成包 含序号、 名称、 孔径、 材料等信息的明细表。这种利用 工程图纸和明细表相结合的集成块设计输出形式,可 较清晰完整地表达集成块体及其全部信息。 3 结论 本文介绍了笔者开发的液压集成块CAD系统,并 对设计信息计算和输入、 三维实体造型、 孔道校核、 图 纸文件输出等功能模块做了较为详细的分析。本系统 具有操作方便、 设计效率高、 检验结果准确等特点,具 有较高的实用价值。但整个系统的健壮性和人机界面 的工程直观性等还须进一步改进和完善。液压集成块 或许将成为最先大规模实现计算机辅助制造的液压零 件[4]。因此,对液压集成块CAD系统的研究与开发不 仅对液压元件的制造技术,而且对推动液压行业的技 术进步和提高经济效益都将具有重要价值。 [参考文献] [1]方庆,汪涧江,陈 玮等 1 插装阀液压集成块CAD1 华中 理工大学学报,19999 13～15 [2]余国城,陈继河,陈 莺 1 液压系统集成块的设计与制造 1 起重运输机械,19995 14～16 [2]周惠友,钟延修 1 液压集成块的CAD设计.计算机设计与 制造,200012 34～36 [3]娄玉强 1AutoCAD、MDT与其它软件集成应用的几点体 会. CAD/ CAM计算机辅助设计与制造,20001 16～17 [4]钟延修 1 液压CAD技术.液压与气动,19881 58～61 [5]熊 壮,喻道远,段正澄 1 液压集成块内部孔系的自动校 验.机床与液压,19985 53～54 收稿日期2001 - 03 - 30 作者简介郭 捷1976 - ,女,湖南桃源人,天津理工学 院硕士研究生。 编辑 张新龙 上接第23页我们在圆周运动方向采用了40细分步 进电机驱动器,通过减小最小步距角的绝对量来减小 由于径向放大造成的误差,但该方法并不能消除径向 放大。要解决这个问题,仍须做进一步的研究。 本文结合逐点比较法插补原理和数控系统结构, 对极坐标系统中的圆弧插补理论进行了探讨,推导出 了相应的递推公式,并给出了插补算法和流程。经过 实际在MCS - 51单片机系统上编程实现,证明该插 补理论切实可行,能够满足一般平面加工精度需要。 极坐标下的直线插补理论推导过程与圆弧插补类似, 但要相对简单一些,因为篇幅所限,另文详述。又因本 文所论述的极坐标插补理论为根据具体系统应用而自 行推导,适用极角范围为0～p,即极坐标系的上半平 面,如需实现极坐标全坐标平面的插补运算,可对文中 算法进行改进,在此不再具体阐述。 [参考文献] [1]裴仁清等 1 机床的微机控制技术 1 上海上海科学技术文 献出版社,1990 [2]黄大贵 1 微机数控系统 1 成都电子科技大学出版社,1996 [3]何立民 1 单片机应用技术选编41 北京北京航空航天大 学出版社,1997 [4]何立民 1 单片机应用技术选编41 北京北京航空航天大 学出版社,1997 收稿日期2001 - 06 - 11 作者简介李 勇1962 - ,男,河南固始人,郑州纺织工 学院副教授,博士。 编辑 何 钢 43 组合机床与自动化加工技术 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.