液压集成块的研究与开发.pdf

机床与液压2 0 0 1 . N o . s 液压集成块的研究与开发 王益群， ，尹红霞2 1 . 燕山大学， 秦皇岛市0 6 6 0 0 4 ; 2 . 天津工业大学 摘要 本文介绍了 一种液压集成块C A D的软件系 统， 它包括的主要内容有 数据库设计模块、 元件定位模块、内部孔道布 置模块、 孔道连通干 涉校核模块、以及三维实体造型和平面图纸输出模块。 涉及到的知识有软件工程、面向对象技术、 人工智 能和数据结构 关盆词计算机设计; 液压集成块;面向 对象;专家系统 0 引言 本文介绍了 一 套液压集成块 C A D软件，它是以 WD V D O WS98 为开发平台，以A U T O D E S K公司的 A u t o - C A D R 1 4 和W I N D O W S 9 8 自 带的三维计算机图形软件接 口伪 犯 n G L 为 软件， 用V i s u a l C 牛 十 6 . 。 和A u t o C A D的二次 开发 环境O b j e c t A R X为工具开发出来的。 它与以往的 液压C A D 软件相比 较， 具有友好的用户界面， 能够实 现人机交互的布件，自动布孔，自 动生成三维实体图 和平面三视图。 ， 数据库设计模块 在集成块设计这部分，主要涉及到的标准尺寸为 液压元件安装面的尺寸、 液压元件外形尺寸和管接头 尺寸。 在以往开发的集成块C A D 软件中都没有建立液 压元件外形尺寸库和管接头尺寸库。可是为了 保证集 成 块设计的合理性和准确性，在布元件时应该具体考 虑所选元件的外形; 在布出口 孔 与管道相连的油口 时，为了防止连接它们的管接头发生干涉，应以所选 管接头之间是否发生外部干涉为标准。综 上所述，可 知建这两种库是非常必要的。 由于液压元件安装面的尺寸信息具有不确定的层 次性，不同结构类型元件具有不同的结构，利用商用 的D B M S 软件加上其驱动程序难以实现特定的存取、 查询以及添加删除功能，所以本文提出了一套基于二 进制文件和C 十 链表的解决方案。而元件外形尺寸 数据库和管接头数据库可以采用 D A O数据库访问方 法， 所选用的D B M S 是M i c ro s o ft 的A c c e s s ， 它支持M i - c ro e o ft J e t 数 据库 引 擎。 数据库设计模块的主要功能添加新的数据，删 除旧的数据， 显示数据， 查询数据。其特点为 1 此数据库是开放型的; 2 此数据库实现了可视化，当在数据库的窗口 中选了一个特写的元件，它的安装面的图形，或者是 元件外部的图形就会立刻显示出来， 这样不仅使用户 能够查阅数据信息而且能够观看它的图形信息， 这大 大方便了用户设计 2 元件定位模块 元件定位模块是整个液压集成块设计的关键，它 决 定了 集成 块的尺寸 和液压元件在其上的 位置。 这 部 分的工作具有创造性， 要求在充分发挥设计人员智慧 和创造性的同时运用计算机辅助设计技术， 从深层解 决液压集成块的设计。 本软件中的此部分以实用性为出发点，吸取了同 类软件的精华， 充分考虑了人机交互界面的友好性， 整个系统的进程控制模拟了人工设计的思想。它采用 了专家系统， 使其具有很高的自动化水平，用户只需 输人很少的必要信息，软件就能对元件进行定位。它 的内容主要有初始信息输人部分和元件定位及输出部 分。初始信息输人包括连通信息输人、 元件选取信息 输人、 出口 信息输人， 它是由对话框实现的。元件定 位及输出部分采用了专家系统，由于人力和物力的限 制， 在此采用了 “ 嵌人式知识基”的方法， 其具体实 现见图1 。其中核心为元件定位算法。 图1 元件定位算法流程图 3 内部孔道布置模块 孔道布置是整个集成块设计的核心部分，它的输 出结果就是进行孔道加工要依据的数据。其核心为二 孔连通算法和多孔连通算法。 二孔连通有两种可能一是两个孔口都是与元件 相通的孔口;二 是有一个为出日 孔。由于出口 孔的位 置没有具体定位， 所以后者的连通具有很强的灵活性。 在二孔连通中引用了 浙江大学赵长春博士的 “ 阀块笼，， 概念， 依据 “ 阀块笼”概念，总共有七种情况，在具 体布孔时， 软件根据需要连通的孔口， 分析出属于哪 种情况， 然后自动采用相应的布孔算法。 多孔连通算法参考了 图论中的最小生成树的概念。 要解决的问题是在 N个孔口之间建立一个连通关 系，那么连通这 N个孔口需要进行N一 1 个二孔连通。 万方数据 1 0 6 机床与液压2 0 0 1 . N o . 5 现在要考虑的是在最节省加工费用的前提下实现它们 之间的连通可以看出， 此问题与图论中的最小生成 树的问题是同类间题，可以采用最小生成树的概念来 实现最优连通。 当然任何问题都有自身的特殊性，实现多孔连通 也是如此首先要说的是在求解多孔连通的最小生成 树时， 它的顶点不是一成不变的，因为在实现二孔连 通时，在一些情况下会产生工艺孔，而且在进行下一 个二孔连通时很有可能是通过已生成的工艺孔进行孔 道打通，所以，我们应该把生成的工艺孔也作为图的 顶点加人其中，其具有 “ 变顶点”的性质。还有。在 进行两个最优权值布孔时， 很可能布出的孔道与其它 已布孔干涉， 这时就要取消这个布孔渠道，也就是在 进行多孔道布置时， 要及时进行孔道之间的干涉校核。 图2 即为多孔道布置的流程图。其中U为已布孔道的 孔口 集，V 为未布孔的孔口 集，P记录了各孔口 之间 可连通的权值。 图 2 多孔连通算法流程图 4 孔道校核模块 孔道校核是整个软件的又一关键技术， 其作用有 两个一是在布孔时进行及时校核;二是可以作为人 工 设计集成块的孔道连通和干涉检验。 其具体实现是 根据空间解析几何来求几何体之间的最小距离，其中 的几何体包括圆柱和圆锥， 每一种算法又可分为求圆 柱与圆往之间的最小距离、 求圆柱与圆锥之间的最小 距离、求圆锥与圆锥之间最小距离。 5 液压集成块的图形输出 当 孔道设计成功后，我们得到的是一个数据文件 和一个孔系链表， 它们记录了孔系的详细加工参数 然而， 很难从这些数据中想象出孔道的空间位置，所 以必须借助绘图软件包的功能，将这些数据转换成三 维的空间模型供观察，还要将这些数据转换成工程零 件图供分析、生产用。因此， 此部分主要分为两部分; 一部分 是进行三维实体造型; 另一部分为进行工程图 纸输出。 液压集成 块的三维实体造型采用了O p e n G L 技术。 O p e n G I 一 已 成为 一种开 放的三维图 形标准， 之所以采用 它是因为它能够在不产生错觉的基础上正确评估设计 结果。另外，它具有很强的功能，能够进行着色、旋 转、剖切，还可以布置光源，设计物体材质。而这些 正是集成块三维实体造型所需要达到的。 对于集成块来说，为了完整的表达集成块的结构， 只 需要集成块六个面的视图就可以了，对于通过校验 的孔，可确保孔道的连通关系符合设计要求，所以在 输出图纸中不必给出任何剖面和剖视图。对于集成块 的尺寸进行分析， 可以将尺寸分为两类 形状尺寸与 位置尺寸。形状尺寸为集成块的长、宽、高以及孔 道的直径和孔深;位置尺寸为各个孔道的定位尺寸。 在 此部分， 采用了A L r O C A 1 的A R X与V i s u a l C 十 M F C 相结合的技术。之所以采用A R X技术是因为它具 有能力强、 速度快等优点，而且采用的是面向对象的 编程技术。 6 结论 本软件的创新点主要有 1 建立了多个数据库， 在以往的同类软件中均 没有建立元件 外形尺寸数据库和管接头数据库， 而且 所建立的数据库具有 “ 可视化” ，当我们选中一个元 件、 它的外形图或者连结面图形能够立即显示出来。 2 在孔道布置的算法中引用了图论中的最小生 成树的概念， 这样做的目的就是使孔道布置实现最优 化，向优化集成块设计走了一步。 3 在三维实体造型中 采用了‘ 1 p e n G L 标准， 在平 面图输出部分，利用了A u t c, C A D最先进的二次开发工 具O b j e c t A R X S D K . 参考文献 [ 1 ] 赵长春 工程液压系统智能C A D 研究及其在塑料注射机 领域的应用 浙江大学博士 学位论文，1 9 9 3 [ 2 ]灌凤根等 关于液压集成块 C A 。的研究开发的进一步探 讨 机床与液压，1 9 9 9 1 5 1 - 5 3 [ 3 1程慧霞等 用C 1 建造专家系统 电子工业出版社， 1 9 9 6 [ 4 ]李士国“ A u to C A D高级开发技术A R X 编程及应用 机 械工业出版社， 1 9 9 9 [ 5 1 彭晓明等“ O p e . G L 深人编程与实例揭秘 人民邮电出版 社，1 9 9 9 收稿时间2 0 0 1 一 0 1 一 0 2 万方数据