桥式起重机桥架的三维参数化设计技术

2013-05-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

以桥式起重机桥架为研究对象,SolidWorks为三维设计平台,详细阐述了树形建模和模块化驱动的三维参数化设计技术。这种三维参数化技术可大大提高三维模型和驱动程序的可维护性,适应了桥式起重机快速发展的特点。
张晋强王宗彦秦慧斌来源:万方数据
关键字:桥式起重机参数化设计模块化

1 三维模型的建立

1.1 树形的建模结构

桥式起重机桥架的三维模型采用树形的建模结构。如图1所示,根据桥架的结构特点、功能特点以及零部件之间的约束关系把其划分为多个结构和功能相对独立的一级子装配体(如主梁、端梁等),然后再把一级子装配体划分为多个二级子装配体(如底座、门等),这样依次划分直至最后一级。

1.2 零件模型的建立

建立零件模型时应对零件的特征进行规划,先建立最重要的基本特征,依次类推,建立辅助特征,对于一些工艺性特征(如倒角、圆角等)对零件的整体形状影响较小,但非常容易造成参数化驱动失败,最好放到最后生成。

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图1 树形的建模结构

为了便于模型的管理,需要对建模完成的零件进行自定义属性的添加。这里所添加的自定义属性是指工程图纸的标题栏中应包括的一些基本信息,如零件代号、图纸代号、材料、重量等。这些内容如果在工程图中一一进行编写和修改,其工作量很大,因此,需要链接零件的名称、代号、材料、数量等自定义属性的值到工程图的标题栏中,如果这些自定义属性的值改变,标题栏中的信息也会自动改变,从而实现零件关联设计。

1.3 装配体模型的建立

桥式起重机桥架采用自顶向下的装配设计。该方法一般先要在装配体中建立布局草图,然后利用布局草图对零部件进行定位。当草图改变时,零部件也发生相应的变化。下面以桥架主梁为例,介绍装配体模型的建立步骤。

(1)根据用户需求设计主要参数控制的布局草图,桥架主梁横截面的布局草图如图2所示,日为该草图高度方向上的驱动参数。在绘制草图时要确定核心部件的外形尺寸,表示出零部件之间的装配关系,充分使用约束关系,减少不必要的草图尺寸,从而使布局草图构思更加清晰。

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图2 主梁的装配

(2)通过几何约束求解将零部件装成主梁模型。所有零件和子部件原则上采用3个基准面和布局草图中的草图线段来定位,通过这种方法最终生成主梁装配体j而不用其他零件对原有零件和子部件进行定位,这样可避免因个别零件更换或丢失而造成整个装配体的混乱。通过在如图2所示的隔板面与布局草图的线段之间添加配合关系,把隔板固定在草图上,采用此方法装配主梁其他零部件,最终装配成如图3左部所示的主梁模型。

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图3 主梁和桥架的三维模型

(3)把父装配体决定子装配体位置和关系的尺寸定义为接口尺寸,如底座的跨度尺寸是由主梁的宽度尺寸所决定,则把该尺寸定义为底座的接口尺寸,其余的尺寸定义为驱动尺寸,如图2中的主梁高度尺寸H。按照约定的格式把所有的接口尺寸和驱动尺寸的名称和数值记录到驱动文件里。

按照此方法,依次装配副主梁、端梁等其他桥架部件,最终装配成如图3右部所示的桥架模型。

2 三维参数化实现方法

2.1 驱动程序的模块划分

为了提高桥架设计的变更性,本文根据驱动程序的功能特点把其划分为驱动尺寸计算模块、模型驱动模块和工程图优化模块。

驱动尺寸计算模块的主要功能是根据输入参数和各零件的装配关系,计算布局草图和零件模型的驱动尺寸值,最后保存到驱动文件里。模型驱动模块的主要功能是根据驱动文件驱动三维模型的布局草图和零件模型以达到设计要求。工程图优化模块的主要功能是调整驱动后生成的图纸以满足工程需要。如此划分模块,当桥式起重机的结构发生变化时,只需更新驱动尺寸计算模块即可。

2.2 确定驱动参数

在桥架的参数化设计过程中,首先需用参数化设计的思想确定桥架模型的驱动参数。一般把桥架零部件的定位尺寸和一些对桥架结构影响较大的定形尺寸定为驱动参数,如桥架的跨度尺寸。而对桥架结构影响较小的尺寸,如工艺孔的定形尺寸,一般不定为驱动参数。

2.3 参数的传递方式

参数的传递方式取决于主梁三维模型的建模结构,即自顶向下的逐级传递,如表l所示。驱动尺寸计算模块首先根据桥架的输入参数计算主梁的驱动尺寸值,然后把这些驱动尺寸值作为下一级子装配体(如主梁、端梁等)的输入参数计算其子装配体的驱动尺寸值,这样依次计算直至最后一级子装配体,最终把所有的驱动尺寸值依次记录在驱动文件里。参数的逐级传递避免了三维模型中各装配体的参数相互交叠和渗透,便于驱动程序的维护,当某一子装配体变更时,只需改变该模块的计算关系,而与其他装配体模块无任何关系。

表1 参数的传递方式

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2.4 模型驱动的实现

模型驱动模块按照一定的约定方式从桥架的驱动文件里读出驱动尺寸名和驱动尺寸值,利用SolidWorks提供的API函数驱动三维模型。其尺寸驱动语句如下:

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

此模块可以根据不同的驱动文件驱动其相应的三维模型,这种驱动方式避免了驱动程序与三维模型的直接联系,提高了该模块的独立性。桥架主梁和端梁的驱动如图4所示,图中驱动模块作为一个公有模块分别对主梁和端梁的尺寸、结构进行驱动,驱动的结果只取决于驱动文件,与驱动模块无关。所以,当主梁和端梁需要变更时,只需对相应的驱动文件进行修改即可。

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图4 桥架主梁和端梁的驱动

2.5 工程图的优化

在三维向二维的转换过程中,自动生成的工程图图幅较差,尺寸标注不整洁,线条繁乱(可以省略的线条不能自动缺省)。因此,需要建立一个通用的程序模块即工程图优化模块,对工程图进行优化。其优化的内容包括:

(1)视图比例位置调整通过读取模型的最大尺寸与图纸大小相比较,来确定图纸比例,然后利用程序改变视图在图纸上的绝对坐标。

(2)尺寸位置调整通过在视图上对尺寸进行层标记,然后通过程序遍历视图中的尺寸,重新尺寸在视图坐标系的绝对坐标来实现尺寸位置调整。

(3)线条的隐藏模型驱动完成之后,总装工程图中一些不需要表达的线条常常显示出来。因此,需要利用程序对这些线条进行隐藏。

3 结束语

本文针对桥式起重机快速发展的特点,阐述了树形建模和模块化驱动的思想。并开发出具高可维护性的桥式起重机三维参数化设计系统。该系统显著提高了设计效率,快速响应了个性化的市场需求,对加强企业竞争力有很强的现实意义。此外,参数化设计大量运用现代化的设计手段,有利于实现CAD、CAE、CAPP、CAM和PDM软件的集成,可积极推动企业的信息化建设。

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