SolidWorks液压阀块的设计研究(二)

2013-07-24 by:广州SolidworksUGCatia培训中心来源:仿真在线

(h)1999年,黄山禾开发了一个交互式液压阀块二维设计环境,使设计者可以方便快速地进行设计。阀块平面设计环境,具交互式孔系布置、孔系修改、阀块三维造型、多样的视觉效果和观察方式、孔道在图上的位置与数据的对应性和三维视图与二维视图的一致性等特征。阀块平面设计环境包括五个模块:成组孔管理模块;液压元件的布置、三维视图模块、编辑模块;连通关系的输入、编辑模块;三维造型;孔道数据管理模块。系统在AutoCADRl4平台上,用VisualC++5.0和ObjectARXSDK编写。

(i)2001年,乔进友博士针对液压阀块设计的三大棘手问题即空间布局、孔道连通规划和孔道连通设计,提出了新的理论基础和设计方法,作出以下创新:提出液压阀块空间布局的解决策略即通过遗传算法进行空间布局的智能设计,并提供了遗传算法无效时的解决方案一一基于规则的人机交互;提出液压阀块孔道连通规划的解决策略即应用图论中的有向图理论对孔道连通规划的数学模型成功地进行描述;提出液压阀块孔道连通设计的解决策略即利用新理论建立孔道连通设计优化的数学模型,分析了选择设计变量,确定目标函数的方法,以及孔道连通设计的约束条件。重点研究通过遗传算法进行孔道连通优化的智能设计。

针对上述理论方法,使用Visual C++6.0和Object ARX SDK开发了液压阀块智能‘设计系统,并己在依顿威格士(广州)有限公司投入使用。

(j)2001年,周惠友博士又提出了以树形结构为液压阀块路径优化设计的理论模型,并用树结构作为理论模型的数据结构,通过实例,验证了理论模型的简化和数据结构及优化解搜索方法的正确性,为液压阀块复杂孔道设计提供了理论依据。

(2)浙江大学流体传动与控制研究所在路雨祥教授的领导下,于1989年研制成功了插装阀液压系统设计FPTC-CAD系统[13]。该系统由液压系统原理图生成模块、液压系统总装图模块、三维立体模型生成模块、插装阀设计模块等五部分组成。在三维插装阀液压系统阀块CAD系统中,以AutoCAD为基础软件,利用Lisp语言对绘图软件进行二次开发,采用变参型技术建立三维阀块立体构筑工具库,以实现阀块的三维显示,利用“知识嵌入”方法解决了从立体图转化成工程零件图过程中判断推理难点[14][15]。

(3)大连理工大学对液压阀块的CAD、CAPP、CAM开发了集成化软件包,[16][17][18]设计了七个子系统,它们分别是:计算机辅助阀块设计子系统、阀块三维图形显示及十字剖面显示子系统、计算机动画模拟阀块数控加工子系统、数控加工机床与计算机接口通讯程序设计子系统以及编辑子系统。在计算机辅助阀块设计子系统中,将插装阀孔道设计和校核问题归结为插装阀阀块内部任意两孔道同面、对面、邻面等三种情况分别进行分析和处理。在孔道设计中,采用了优化设计思想,使用了分层序列法、穷举法、搜索法等优化方法。在孔道校核中,采用将插装阀块内任意两孔位置及其相互关系以两孔同面、两孔对面、两孔邻面为基础分解成平行、垂直和相交等情况分别进行处理。设计的结果可以以三维实体图形显示在屏幕上,该软件系统不能处理斜孔问题,不能处理用户自定义的插装阀孔,不能由用户指定插装阀中不得连通的部位。由于在孔道的自动设计中无法处理斜孔问题,当孔道设计比较复杂时,随着工艺孔个数的大量增加,阀块将变得很复杂。

(4)首钢液压机械厂和大连理工大学联合开发了二通插装阀块三维CAD软件系统091,该系统特点是:

(a)用交互式设计方法拟定插装阀块设计方案,并实现了交互式调整插装阀块设计方案。

(b)用交互式和自动式设计插装阀块孔道,并实现了交互式调整插装阀块孔道。对设计完毕的插装阀块进行孔道校核,校核结果以文本或图形方式显示于屏幕上。

(c)插装阀块设计中图形与数据可以自动转换。借助于AutoCAD高级造型扩展功能生成阀块体逼真三位图、浓淡渲染图、消隐视图及位置任意剖面图。可自动输出插装阀块方案参数和孔道数据文件,根据插装阀块方案参数和孔道数据又可以自动生成插装阀块三维立体图形。

(d)根据设计结果,绘制插装阀块零[件图和装配图。

(e)可输出CAD与CAPP接口的数据文件。

(5)北京自动化研究所在386或286微机(含协处理机)上开发了液压阀块CAD软件,该软件由五个模块组成,即交互式阀块设计、孔道信息输入、孔道校核、阀块工程图纸生成和设计及校验结果输出等五部分:

(a)交互式阀块设计模块,以AutoCAD为基础,由安装面图库、数据库、Auto lisp设计程序以及高级语言的接口组成。用户通过屏幕菜单调用进行阀块外形设计。在进行安装面设计时,用户通过图文并茂的菜单选择目标,只需输入一个基准点,其它相关信息则可自动通过数据库调入。在进行孔道的设计时,可以在不同的视图上显示其位置和深度,以提示孔与孔之间的连通关系。设计结束后,可将全部信息输出给孔道检验程序。

(b)孔道输入模块,用C语言编成,输入分单孔输入和组孔输入。

(c)孔道校核模块,用C语言编成,可校验各种直孔和空间斜孔(包括平头孔和锥孔),在校验时,若两孔的实际壁厚小于所要求的壁厚时,程序给出实际壁厚值,当两孔通时,给出两孔轴心线段的最短连线距离。在孔道建模时,对实际情况不作任何简化。在出现危险通断关系时,可以按网格逐点进行布尔运算以求精确解。还可以单孔与全部孔道的校验,可生成阀块中所有孔道的通断关系表并给出通断关系是否正确的信息。

(d)阀块工程图纸生成模块,在AutoCAD基础上开发,可给出阀块的施工图纸,标注全部加工尺寸。不画任何剖面和剖视图。

(e)设计与校验结果信息输出模块,可输出阀块的全部设计结果,全部连通孔的信息,全部危险孔的信息,不正确通断关系孔道信息。

(6)北京联合大学建材轻工学院借助于产品模型的建立和软件的二维图形处理功能,运用参数化绘图技术,通过阀块的六面视图,判断阀块的通断情况,借助于调整子系统,可对阀块各面上的元件进行修改,可对屏幕上的二维几何模型进行显示和编辑,从而完成板式元件的布局、公共孔的布局和连接孔的布局工作。

(7)东南大学在液压阀块的设计中[21],用数据结构中的树来描述液压系统图,使连通关系包含在树结构中,提高了程序的效率。

(8)安徽工学院从计算几何理论上讨论了三维空间孔道的精确校核[22]。通过建立两孔的空间曲面方程,然后联立求解曲面方程,得到交最后判断交点是否在两孔上,若在,则相交,否则不相交。孔模型由圆柱和120度顶角的圆锥组成,在这个数学模型中,没有考虑到二通插装阀、螺纹插装阀、斜孔等异形孔,适用的范围有限。

1.2.3研究评述

从上面的介绍中可以看出,由于液压阀块设计问题的典型性和复杂性以及集成式液压系统的广泛应用,吸引了国内外众多研发机构和学者的研究兴趣。在20世纪80年代到90年代的20年间,随着计算机技术的发展,涌现出了大批研究成果。目前国内外研究的各种液压阀块CAD技术和应用软件已经在原理图绘制、孔道校核、实体造型、工程图输出、甚至CAD/CAM集成等方面达到了较高的水平,有效地提高了设计质量和工作效率,其中不少成果在一些企业已经得到应用并产生了良好的效益。

尽管人们已经在这方面做了大量的工作,但随着液压技术的不断发展,新的问题也不断地出现,使液压集成块的设计也越来越复杂。有些液压集成块的设计研究尽管部分涉及了三维辅助内容,但不成体系,并没有把三维设计作为基本设计手段,仍然是二维和三维的结合。三维CAD系统较之于二维CAD系统复杂得多,系统的二次开发技术的突破难度较大,资料和公开的技术也很少,二次开发研究工作远没有二维CAD二次开发研究工作成熟。

1.3本设计的主要内容和意义

本课题是以Window中文版操作系统为支撑平台,利用SoIidWbd洱2007结合面向对象技术,开发了液压阀块设计三维CAD系统,本课题主要内容包括以下几个方面:(1)创建了数据库管理系统。本部分主要利用面向对象技术的编程语言,开发了液压底板尺寸数据库管理系统,主要是根据输入的阀的名称,进行阀的底板型号查询,获得相应的底板尺寸。

(2)以SolidWorks三维造型软件为系统平台,利用VisualBasic6.0和SolidWorks的接口技术,实现了基于特征的液压阀块设计。

(3)在Windows XP操作系统下,以SolidWorks三维造型软件为平台,利用VisualBasic 6.0编程软件编写了操作界面和计算程序设计,对SolidWorks软件进行了二次开发,实现了基于特征的液压阀块设计,实现了VB与SolidWorks的交互式使用。

(4)把模块编译成SolidWorks的插件,然后用菜单的方式挂到SolidWorks系统中,可以使设计系统的使用更加方便。

(5)建立液压三维元件库,为进行虚拟装配提供了便利条件。

系统的结构简单,使用方便,避免了一些重复繁冗的手册查询和三维造型过程,提高了设计者的设计效率。同时,建立的三维图可以直接进行后续加工或生成二维的工程图纸。本系统的开发,旨在为同类产品的开发提供解决问题的思路和方法。本课题开发出的设计软件具有良好的通用性,把设计与特征建模过程一体化,改善液压阀块设计的现状。

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