橋式起重機橋架的三維參數化設計技術

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-www.br5w05v.cn 來源:仿真在線

以橋式起重機橋架為研究對象,SolidWorks為三維設計平臺,詳細闡述了樹形建模和模塊化驅動的三維參數化設計技術。這種三維參數化技術可大大提高三維模型和驅動程序的可維護性,適應了橋式起重機快速發(fā)展的特點。
張晉強王宗彥秦慧斌來源:萬方數據
關鍵字:橋式起重機參數化設計模塊化

1 三維模型的建立

1.1 樹形的建模結構

橋式起重機橋架的三維模型采用樹形的建模結構。如圖1所示,根據橋架的結構特點、功能特點以及零部件之間的約束關系把其劃分為多個結構和功能相對獨立的一級子裝配體(如主梁、端梁等),然后再把一級子裝配體劃分為多個二級子裝配體(如底座、門等),這樣依次劃分直至最后一級。

1.2 零件模型的建立

建立零件模型時應對零件的特征進行規(guī)劃,先建立最重要的基本特征,依次類推,建立輔助特征,對于一些工藝性特征(如倒角、圓角等)對零件的整體形狀影響較小,但非常容易造成參數化驅動失敗,最好放到最后生成。

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圖1 樹形的建模結構

為了便于模型的管理,需要對建模完成的零件進行自定義屬性的添加。這里所添加的自定義屬性是指工程圖紙的標題欄中應包括的一些基本信息,如零件代號、圖紙代號、材料、重量等。這些內容如果在工程圖中一一進行編寫和修改,其工作量很大,因此,需要鏈接零件的名稱、代號、材料、數量等自定義屬性的值到工程圖的標題欄中,如果這些自定義屬性的值改變,標題欄中的信息也會自動改變,從而實現零件關聯設計。

1.3 裝配體模型的建立

橋式起重機橋架采用自頂向下的裝配設計。該方法一般先要在裝配體中建立布局草圖,然后利用布局草圖對零部件進行定位。當草圖改變時,零部件也發(fā)生相應的變化。下面以橋架主梁為例,介紹裝配體模型的建立步驟。

(1)根據用戶需求設計主要參數控制的布局草圖,橋架主梁橫截面的布局草圖如圖2所示,日為該草圖高度方向上的驅動參數。在繪制草圖時要確定核心部件的外形尺寸,表示出零部件之間的裝配關系,充分使用約束關系,減少不必要的草圖尺寸,從而使布局草圖構思更加清晰。

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圖2 主梁的裝配

(2)通過幾何約束求解將零部件裝成主梁模型。所有零件和子部件原則上采用3個基準面和布局草圖中的草圖線段來定位,通過這種方法最終生成主梁裝配體j而不用其他零件對原有零件和子部件進行定位,這樣可避免因個別零件更換或丟失而造成整個裝配體的混亂。通過在如圖2所示的隔板面與布局草圖的線段之間添加配合關系,把隔板固定在草圖上,采用此方法裝配主梁其他零部件,最終裝配成如圖3左部所示的主梁模型。

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圖3 主梁和橋架的三維模型

(3)把父裝配體決定子裝配體位置和關系的尺寸定義為接口尺寸,如底座的跨度尺寸是由主梁的寬度尺寸所決定,則把該尺寸定義為底座的接口尺寸,其余的尺寸定義為驅動尺寸,如圖2中的主梁高度尺寸H。按照約定的格式把所有的接口尺寸和驅動尺寸的名稱和數值記錄到驅動文件里。

按照此方法,依次裝配副主梁、端梁等其他橋架部件,最終裝配成如圖3右部所示的橋架模型。

2 三維參數化實現方法

2.1 驅動程序的模塊劃分

為了提高橋架設計的變更性,本文根據驅動程序的功能特點把其劃分為驅動尺寸計算模塊、模型驅動模塊和工程圖優(yōu)化模塊。

驅動尺寸計算模塊的主要功能是根據輸入參數和各零件的裝配關系,計算布局草圖和零件模型的驅動尺寸值,最后保存到驅動文件里。模型驅動模塊的主要功能是根據驅動文件驅動三維模型的布局草圖和零件模型以達到設計要求。工程圖優(yōu)化模塊的主要功能是調整驅動后生成的圖紙以滿足工程需要。如此劃分模塊,當橋式起重機的結構發(fā)生變化時,只需更新驅動尺寸計算模塊即可。

2.2 確定驅動參數

在橋架的參數化設計過程中,首先需用參數化設計的思想確定橋架模型的驅動參數。一般把橋架零部件的定位尺寸和一些對橋架結構影響較大的定形尺寸定為驅動參數,如橋架的跨度尺寸。而對橋架結構影響較小的尺寸,如工藝孔的定形尺寸,一般不定為驅動參數。

2.3 參數的傳遞方式

參數的傳遞方式取決于主梁三維模型的建模結構,即自頂向下的逐級傳遞,如表l所示。驅動尺寸計算模塊首先根據橋架的輸入參數計算主梁的驅動尺寸值,然后把這些驅動尺寸值作為下一級子裝配體(如主梁、端梁等)的輸入參數計算其子裝配體的驅動尺寸值,這樣依次計算直至最后一級子裝配體,最終把所有的驅動尺寸值依次記錄在驅動文件里。參數的逐級傳遞避免了三維模型中各裝配體的參數相互交疊和滲透,便于驅動程序的維護,當某一子裝配體變更時,只需改變該模塊的計算關系,而與其他裝配體模塊無任何關系。

表1 參數的傳遞方式

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2.4 模型驅動的實現

模型驅動模塊按照一定的約定方式從橋架的驅動文件里讀出驅動尺寸名和驅動尺寸值,利用SolidWorks提供的API函數驅動三維模型。其尺寸驅動語句如下:

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

此模塊可以根據不同的驅動文件驅動其相應的三維模型,這種驅動方式避免了驅動程序與三維模型的直接聯系,提高了該模塊的獨立性。橋架主梁和端梁的驅動如圖4所示,圖中驅動模塊作為一個公有模塊分別對主梁和端梁的尺寸、結構進行驅動,驅動的結果只取決于驅動文件,與驅動模塊無關。所以,當主梁和端梁需要變更時,只需對相應的驅動文件進行修改即可。

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圖4 橋架主梁和端梁的驅動

2.5 工程圖的優(yōu)化

在三維向二維的轉換過程中,自動生成的工程圖圖幅較差,尺寸標注不整潔,線條繁亂(可以省略的線條不能自動缺省)。因此,需要建立一個通用的程序模塊即工程圖優(yōu)化模塊,對工程圖進行優(yōu)化。其優(yōu)化的內容包括:

(1)視圖比例位置調整通過讀取模型的最大尺寸與圖紙大小相比較,來確定圖紙比例,然后利用程序改變視圖在圖紙上的絕對坐標。

(2)尺寸位置調整通過在視圖上對尺寸進行層標記,然后通過程序遍歷視圖中的尺寸,重新尺寸在視圖坐標系的絕對坐標來實現尺寸位置調整。

(3)線條的隱藏模型驅動完成之后,總裝工程圖中一些不需要表達的線條常常顯示出來。因此,需要利用程序對這些線條進行隱藏。

3 結束語

本文針對橋式起重機快速發(fā)展的特點,闡述了樹形建模和模塊化驅動的思想。并開發(fā)出具高可維護性的橋式起重機三維參數化設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)顯著提高了設計效率,快速響應了個性化的市場需求,對加強企業(yè)競爭力有很強的現實意義。此外,參數化設計大量運用現代化的設計手段,有利于實現CAD、CAE、CAPP、CAM和PDM軟件的集成,可積極推動企業(yè)的信息化建設。

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