（精密仪器及机械专业论文）MPS磨煤机三维设计系统的开发(精密仪器及机械专业优秀论文).pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 产品设计通常分为变型设计、自适应设计和创新设计。据估计约8 0 的设计为变型 设计和自适应设计。这意味着大多数设计过程都是基于以前设计知识的重用，而完全新 的设计只占2 0 。因此，如何在原有设计的基础上，缩短设计周期、提高产品设计、制 造、管理的效率，快速响应市场，增强企业的竞争力，便显得尤为重要。 本文以沈重成熟产品m p s 系列磨煤机为例，以三维设计软件s o l i d w o r k s 为平台， 摸索大型机械产品三维设计的技术和方法。通过对三维软件的二次开发，将产品零部件 的树型结构显示以及预览，零部件设计修改，b o m 信息输出，数据添加等功能结合起 来，开发了m p s 系列磨煤机设计系统。 论文的主要研究内容如下： 1 ) 磨煤机本体零部件模型库的构建。根据磨煤机各部件组成的特征和装配关系等， 以企业原有的工程图纸为基础，以s o l i d w o r k s 为平台，完成零件三维模型和二 维工程图的建立。模型图库的创建为企业实现系列产品的快速设计，提供了良 好的基础。 2 1 研究了制作标准三维、二维模板的要点，同时建立了基于s o l i d w o r k s 的适合沈 重使用的零件模板、工程图模板、装配体模板、基于表格的装配图材料明细表 模板以及企业特定的b o m 信息输出模板，为本系统提供了支持。 3 ) 以a c c e s s 为数据库管理系统，创建了部件的分类存储数据库，部件明细信息数 据库以及汇总信息数据库，为零件信息的存储以及浏览产品结构树和b o m 信 息的输出提供了数据支持。 4 ) 利用s o l i d w o r k s 提供的a p i 函数以及二次开发接口，结合v c + + 编程语言和 a d o 数据库访问技术，实现了磨煤机本体的零部件层次关系显示，零件再设计 修改、b o m 表的自动输出、系统数据信息添加等功能。 本系统以v c + + 为基础、a c c e s s 数据库为系统支持，开发了良好的交互界面和独立 的功能模块来进行产品设计，与s o l i d w o r k s 软件进行了良好的集成。实际运行表明，本 系统可以降低设计人员的工作强度，缩短设计时间，提高了磨煤机系列产品的设计效率 和质量，为产的快速响应市场奠定了基础。 关键词：磨煤机；二次开发；三维c a d ；s oi ，d w o r k s m p s 磨煤机三维设计系统的开发 d e v e l o p m e n to f 3 dd e s i g ns y s t e mf o rm p sc o a lr o l l i n gm m a b s t r a c t p r o d u c td e s i g ni su s u a l l yd i v i d e di n t ot r a n s f o r m a t i o nd e s i g n , a u t o a d a p t e dd e s i g na n d c r e a t i v ed e s i g n i ti se s t i m a t e dt h a t8 0 o ft h e ma r et r a n s f o r m a t i o nd e s i g na n da u t o - a d a p t e d d e s i g n 。i tm e a n s m o s td e s i g np r o c e s s e sa r eb a s e do nr e u s i n gt h e 鲥舀n a lk n o w l e d g e ，a n do n l y 2 0 i sc r e a t i v ed e s i g n t h e r e f o r e ，h o wt os h o r t e nd e s i g np e r i o d , r a i s et h ee f f i c i e n c yo f d e s i g n i n g , m a n a g i n ga n dm a n u f a c t u r i n go f p r o d u c t , r e s p o n dt ot h em a r k e tq u i c k l y ，s t r e n g t h e n c 1 1 t e r p f i sc o m p e t i t i o nw i t ht h ef o u n d a t i o no f o r i g i n a ld e s i g n , i sv e r yi m p o r t a n t t h em p sa st h eo b j e c ta n d3 dc a ds o f t w a r eo fs o l i d w o r k sa st h ed e v e l o p i n gp l a t f o r m , 3 dd e s i g nt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d sf o rl a r g em a c h i n ew e r eg r o p e di nt h i sp a p e r t h r o u g h t h ef u r t h e r - d e v e l o p m e n to f3 ds o f t w a r e ，ad e s i g ns y s t e mf o rm p sw a sd e v e l o p e d , w h i c hw a s c o m b i n e dw i t ht h ef u n c t i o n so fs h o w i n gp o r t - t r e e , p r e v i e w i n g , d e s i g n i n g , m o d i f y i n g , o u t p u t t i n go f b o m , a n da d d i n gd a t a t h em a j o r r e s e a r c h e sa r ea sf o l l o w i n g s ： 1 ) al i b r a r yo fp a r tm p sc o a lr o l l i n gm i l lw a sb u i l t t h r e e - d i m e n s i o nm o d e l sa n d t w o - d i m e n s i o ne n g i n e e r i n gd r a w i n g so ft h ep a r t sw e r eb u i l t , b a s e do nt h eo r i g i n a l t w o - d i m e n s i o ne n g i n e e r i n gd r a w i n g sa n ds o l i d w o r k ss o f t w a r ep l a t f o r m ，t h em o d e l s l i b r a r yp r o v i d e dg o o df o u n d a t i o nf o rd e s i g n i n gt h es a l q es e r i e so f p r o d u c t 2 ) t h ep a p e rr e s e a r c h e dt h et e c h n o l o g yf o rb u i l d i n gs t a n d a r dt e m p l a t e so f3 da n d2 d ， a s s e m b l yb o m a n db o mi n f o r m a t i o n , w h i c hh a v es u p p o r t e dt h es y s t e m 3 1t h ep a p e re h o o s e d a c c e s sa sd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m , a n db u i l tt h e c o m p o n e n t - c l a s s i f yd a t a b a s e ，c o m p o n e n tb o md a t a b a s e ，翱m m a r yi n f o r m a t i o n d a t a b a s e ，w h i c hh a v ep r o v i d e dd a d as u p p o r tf o rs a v i n gp a r ti n f | o r m a 吐。船，b r o w s i n g p r o d u c ts t r u c t u r ea n do u t p u t t i n gb o m i n f o r m a t i o n 4 ) b a s e do nt h ea p io fs o l i d w o r k ss o f t w a r ea n do d e n t e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g ev i s u a l c 抖，d a t a b a s e sa c c e s s i n gt e c h n o l o g ya d o ，t h ep r o g r a ma b o u tt h ed e s i g ns y s t e mw a s p r o g r a m m e d , w h i c hh a sa c c o m p l i s h e dt h eh i b e r a r c h yo fm p s c o a lr o l l i n gm i l l sp a r t s ， b o m a u t o - b u i l d i n g ，a d d i n gd a t ai n f o r m a t i o n i nt h i ss y s t e m , c h o o s i n gv c + + a n dt h ea c c e s sd a t a b a s e ，9 0 0 di n t e r f a c ea n di n d e p e n d e n t m o d u l e sf o rd e s i g n i n gp r o d u c tw e r ed e v e l o p e d , w h i c hw e r ei n t e g r a t e di n t os o l i d w o r k sv e r y w e l l t h ea p p l i c a t i o no ft h es y s t e ms h o w st h a ti tc a nr e d u c et h ed e s i g n e r s w o r ki n t e n s i o n , s h o r t e nw o r kt i m ea n di m p r o v et h ep r o d u c t s d e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t y k e yw o r d s ：c o a lr o l l i n gm i l l ；f u r t h e r - d e v e l o p m e n t ；3 dc a d ；s o l i d w o r k s n - 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：一堇孑 作者签名：望 导师签名： 月苴日 | 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1c a d 技术概述 c a d ( 计算机辅助设计c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是指工程技术人员以计算机为工具， 用各自的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等活动的总称。 它将计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和数据处理能力与设计者的综合分析和 逻辑判断能力以及创造性思维结合起来，从而大大加快设计进程，缩短设计周期，提高 设计质量，为无图纸生产提供了前提和基础【l 】。 如今，c a d 技术已广泛应用于航空航天、电子、机械、建筑、轻纺、化工、交通、 影视、教育等各个领域，并取得了明显的经济效益和社会效益。据资料统计，采用c a d 技术后，大规模集成电路的设计效率平均提高了1 8 倍，机械产品的设计效率平均提高 了5 倍，建筑设计的效率平均提高5 倍，编辑出版的效率平均提高4 4 倍。众多行业的 实践经验表明，采用c a d 技术可以显著地缩短设计周期，提高设计质量和劳动生产率， 是加速产品更新换代的有效手段，是改造传统生产过程的必由之路，也是衡量一个国家 工业水平的重要标志。 1 1 1c a d 技术发展概况 1 ) 国外c a d 技术发展 c a d 技术起步于上世纪五六十年代。随着计算机软硬件技术的发展和需求的不断 提高，c a d 开始迅速发展。从简单的只二维线框绘图技术，到自由曲面造型、实体造 型技术，再到参数化、变量化技术，c a d 的核心技术也不断地更新换代翻。 起初，c a d 仅仅指计算机辅助绘图( c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ) 人们希望借此来摆脱 烦琐的、低效率的传统手工绘图。而当时使用的二维线框造型系统只能通过二维三视图 来表达零件的几何信息，不能有效表达出几何数据间的拓扑关系，缺乏形体的表面信息， 使c a m 及c a e 均无法实现。 到了上世纪7 0 年代，为了解决飞机和汽车工业中遇到的越来越多的自由曲面问题， 法国达索公司的开发者们推出了三维曲面造型系统c a n a ，它拥有以表面模型为特点 的自由曲面建模方法，把c a d 从单纯的三视图模式中解放出来，实现了以计算机完整 描述产品零件的主要信息，同时也为c a m 技术的开发提供了现实基础。自由曲面技术 给c a d 技术带来了第一次技术革命。 第二次技术革命是实体造型技术。由于自由曲面模型只能表达形体的表面信息，难 以准确表达出零件的质量、重心、惯性矩等信息，不利于c a e 的开发。1 9 7 9 年s d r c m p s 磨煤机三维设计系统的开发 公司发布了几乎实体造型技术的大型c a d c a e 软件- - i d e a s ，推出了实体造型技术， 这有助于统一c a d 、c a m 、c a e 的模型表达。它指出了c a d 技术的发展方向。 上世纪8 0 年代中期p t c 公司的p r o e 参数化软件带来了比无约束自由造型更好的 参数化实体造型方法，它基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。这 引发了c a d 技术的第三次技术革命。参数化技术使得产品建模更加快捷，准确，很快 便获得了巨大的成功。 但是，参数化技术的“全尺寸约束”的硬性规定干扰和制约着设计者创造力及想象 力的发挥。s d r c 公司开发人员发现这点后，便以参数化技术为蓝本，提出了变量化技 术，解决了欠约束情况下方程联立求解的数学处理和软件的实现，推出了全新体系结构 的i - d e a sm a s t c l - s e r i e s 软件。变量化技术既保持了参数化技术的优点，又克服了它的 不足，为c a d 技术的发展提供了更大的空间。它驱动了c a d 发展的第四次技术革命。 2 ) c a d 技术在我国的应用 我国的c a d 技术起步较晚，因此c a d 技术的应用还很不成熟，国产c a d 软件与 国外同类产品相比还存在较大的差距。我国的c a d 技术应用情况可概述如下【3 】： ( 1 ) 在边远地区的企业，特别是中小企业，c a d 还是一片空白； ( 2 ) 部分企业在1 9 9 0 年前后，投资数十万甚至数百万元上三维c a d 系统，取得的 效果微乎其微，为c a d 的应用推广带来负面影响； ( 3 ) 对于众多的企业、设计院、个人在使用汉化的a u m c a d 各种版本软件，且不同 程度地做了一些定制开发工作，尤其是大企业，设计院制定了自己的设计标准， 开发仅限于做一些急需的但很不专业的功能，使设计人员能用a u t o c a d 软件开 展工作。这类企业己基本上“甩掉”了图板，相对于图板绘图讲，绘图速度有 了一些提高，编辑、修改方便了许多，可结果是：图板甩掉了，效率提高却不 多，和用户的硬件投资相比很不相称； ( 4 ) 部分企业、设计院购买了a u t o c a d 上二次增值开发的软件，少数企业使用了自 主版权软件，对于单张图纸的绘制米讲，在绘图、标注、成图方面更加方便、 快捷，初步达到了甩图板，提高效率的目的；一些有技术实力的企业和设计院， 如：航空、航天、汽车等，三维c a d 技术应用较好，取得了很好的效果，但二 维c a d 仍然是主流技术。一些企业在盲目地上了三维c a d ，结果成了“展示” 企业形象的工具，在用于解决企业生产技术问题方面却成了“摆设”。 国外的c a d 产品在我国占有绝对的优势，因此，如何加快国内c a d 技术的发展， 以及在引进国外c a d 产品的同时，开发出符合我国企业需要的产品便显得由为重要。 大连理工大学硕士学位论文 1 1 2c a d 技术发展趋势 随着计算机技术和网络技术的发展，c a d 技术的发展趋势将主要围绕在标准化、 智能化、集成化、网络化、可视化、并行化等几个方面m 。 标准化标准化可以为技术的发展提供一个相对稳定的平台，起保障和约束作用， 在一定程度上还是可以对技术的发展产生标准化的引导作用。开展c a d 通用技术标准 化、规范化研究将在c a d 应用工程中发挥重要的作用。 智能化以往的c a d 技术侧重于数值计算，对于需要进行思考、推理和判断的设 计过程不能解决。在引入知识工程和专家系统技术后，以“知识+ 推理”的方式，运用 专家丰富经验和创造性思维来解决设计中的决策性和创造性活动，构成智能 c a d o c a d ) ，提高了设计的效率和质量，使c a d 技术更加实用和有效。 集成化c a d 系统的集成化是c a d 技术在工程方向上的深化。集成化可分为两方 面：一是将一些彼此独立的局部c a d 软件有机的组合成一个统一的面向全过程的集成 化c a d 系统，系统内部的各个c a d 软件可以进行自动的数据传输，共同完成产品或工 程设计任务；二是各个计算机辅助工具“孤岛”的集成，如计算机集成制造系统( c i m s ) 将c a d c a p p ( 计算机辅助工艺规划设计) c a m ( 计算机辅助制造) c a e ( 计算机辅助工程 分析) 按照一定的生产组织原理集成起来，建立一个设计、生产、分析及技术管理为一体 的新型生产模式。 网络化随着计算机网络的飞速发展，计算机辅助设计系统的网络化已经是不可阻 挡的历史潮流。借助现有的网络，充分利用不同地区的智力资源和生产设备，并提高企 业整体的技术素质。 可视化可视化技术在c a d 中的应用即为产品的虚拟设计。虚拟产品是一种数字 产品模型，它具有所代表的对象所具有的各种性能和特征。这些虚拟产品在它投入生成 以前已存在，具有明显的可视性，可进行并行设计和分析，可与供应商、合作者交换信 息，客户可进行评估并做出反应。 并行化新一代c a d c a m 系统的核心是并行产品设计新技术环境( c o n c u r r e n ta r t t op r o d u c te n v i r o n m e n t ，c a p e ) 。c a p e 的定义是在计算机网络环境内对产品开发的整 个设计和管理过程进行描述建摸，采用p d m ( 产品数据管理) 技术，从软件结构、产 品数据、面向目标的开发技术、产品建模和智能设计、质量控制等方面有所突破，为实 现并行工程提供更完美的环境。 1 2c a d 二次开发概述 二次开发就是把商品化、通用化的c a d c a m 系统用户化、本地化的过程。即以 m p s 磨煤机三维设计系统的开发 优秀的c a d c a m 系统为基础平台。研制开发符合国家标准、适合企业实际应用的用 户化、专业化、集成化软件【n 。 二次开发几乎遍及整个软件领域，事实上，所有的w i n d o w s 程序员都在w i n d o w s 平台上为微软做二次开发，c a d 的二次开发只是其中的一个组成部分。c a d 二次开发 的目的，在于提高通用c a d 的针对性，以更好地满足企业设计要求，更好地发挥c a d 的效能。通过对c a d 软件的二次开发，使c a d 软件专业化、本地化【研。 1 2 1 二维c a 0 二次开发 二维c a d 技术的出现是c a d 发展史上的第一个里程碑，它使设计师彻底地“甩掉” 了图板，解决了手工绘图所带来的诸多弊端，大大降低了设计人员工作量。从最初的电 子图板，到对下在国内使用最为广泛的a u t o c a d ，二维c a d 以其特有的适应性、开放 性、操作简单、方便、智能等优点在工程设计中发挥了重要的作用。 作为c a d 工业旗帜产品的a u t o c a d ，伴随着近年来整个p c 基础工业的突飞猛进， 正在迅速而深刻地影响着人们从事设计和绘图的基本方式。从始至今，a u t o c a d 均是 一种定位于全球各大领域和各类专业的通用微机c a d 平台软件，其完备的系统开放性 和丰富的个性化能力，是其能在各行各业应用中生机勃勃的基本要素。a u t o c a d 允许 用户和开发者在几乎所有方面对其进行修改和扩充，进行二次资源开发，能最大限度地 满足用户的特殊要求，形成更广泛的应用领域。 由于我国在原创c a d 技术上远远落后于世界工业发达国家，目前我国工程界普遍 使用的是国外商品化的二维c a d 系统，其系统标准绝大多数采用i s o ，b s i ，j i s ，a n s i 等国际标准，这些标准与我国国标有许多不同，不符合我国工程设计习惯，对我国工程 设计人员来说直接使用这些二维c a d 系统十分不便。同时，商品化的二维c a d 系统是 面向大的行业开发的，不可能全面满足生产各色各类产品的不同企业的具体需求。这样 问题的客观存在，促使我国工程设计人员、高校研究人员纷纷对国外商品化的二维c a d 系统进行标准化和本土化的二次开发。其中，对a u t o c a d 的二次开发技术尤为成熟， 开发内容涵盖了国标工程图模板、国标标准件库、粗糙度、形位公差、尺寸公差等诸多 方面。例如清华天河推出的p c c a d 就是基于a u t o c a d 杰出二次开发的产品之一。 p c c a d 与a u t o c a d 无缝集成，实用、强大，其绘图功能充分考虑了工程设计的特点； 标注系统在符合国标的同时，更多的满足了工程设计师的标注习惯；开放的词句库、技 术条件集成、文字排版处理等对p c c a d 来说跟绘图一样简单实用；有完整齐全的工程 标注、国标符号库及零件库、常用参数化图素、超级表格设计及生成、常用机械零件设 计、项目设计管理系统等。除对a u t o c a d 基本功能增值开发之外，开发人员在铸造工 艺、机构运动简图绘制、塑料注射模等特殊产品设计需要方面对a u t o c a d 迸行了针对 大连理工大学硕士学位论文 性的二次开发，解决了传统铸造工艺手工设计费工费时，无法直接掉入a u t o c a d 中设 计的问题；简化了机构运动简图的绘制，且程序文件设计运用标准化原则，使绘出的图 形更规范。二维c a d 的二次开发很好地排除了企业二维c a d 设计工作中的壁垒。 对a u t o c a d 进行二次开发的技术已经相当成熟，特别是针对不同企业开发出的基 于a u t o c a d 的特定的二维设计软件，更好的满足了不同企业的要求。 1 2 2 三维c a d 二次开发 随着c a d 技术的研究、开发与广泛应用，对c a d 技术提出越来越高的要求。因此 三维c a d 技术逐渐得到广泛的应用。三维c a d 软件不仅仅能有效帮助设计人员创建实 体模型，而且能有效帮助设计人员利用设计出的三维实体模型进行模拟装配和静态干涉 检查、机构分析和动态检查、动力学分析、强度分析等，同时它们更注重设计出模型后 的处理工作。尽管如此，国外商品化的三维c a d 系统是为工业发达国家企业开发的， 产品设计的诸方面仍不符合我国国家设计标准，在企业应用中仍然需要进行本土化的二 次开发工作。近年来，针对这一需求，我国不少研究人员都或多或少地进行过三维c a d 二次开发的尝试。如：华南理工大学赖朝安博士、北京航空航天大学张景赛博士都曾进 行过p r o e 二次开发关键技术研究，运用p m e 提供的二次开发工具p r o t o o l k i t 实现由 程序动态地、自动地进行特征建模的功能，所建模型能由程序自动加入较为丰富的非几 何特征，并存入模型统一的数据库、特征库中，该用户定义特征的方法适用于所有的模 型的程序自动建模，对其它所有的产品模型有很大的借鉴意义【9 】。s o l i d w o r k s 尽管面世 较晚，但也有学者及工程开发人员对其进行了初步的二次开发尝试，如华北水利水电学 院的杜明侠、吴鲁纪、李刚研究了“基于s o l i d w o r k s 的三维c a d 系统二次开发方法” 【l o 】；合肥工业大学材料科学与工程学院谢玉敏和董定福进行了“基于s o l i d w o r k s2 0 0 1 的标准件库的二次开发”【l i 】；东北大学的吴先武进行了。2 m c l 透平压缩机本体3 d 快 速设计系统的研究和开发”，开发了标准插件集成到s o l i d w o r k s 中，通过良好的交互界 面，设计者只需选择适当的参数，系统就能完成大部分的设计【1 2 1 。 大部分的开发工作都是针对零部件级产品的三维参数化设计，例如标准件库的建 立，轴类零件、齿轮类零件、轴承等一些通用化、系列化、标准化的零件的创建等等， 都应用了三维c a d 系统的参数化设计功能。所谓参数化设计是指参数化模型的尺寸， 用对应的关系表示，而不需用确定的数值，变化一个参数值，将自动改变所有与它相关 的尺寸，这样就生成了一个新的零件的三维模型f 1 3 1 。采用参数化模型，通过调整参数来 修改和控制几何形状，自动实现产品的精确造型。目前的三维软件如s o l i d w o r k s 等都有 较强的三维造型功能，如利用拉伸、旋转、扫描、放样、加厚度等造型技术，具有参数 m p s 磨煤机三维设计系统的开发 驱动功能，绘制任何图形都不需要按实际尺寸。绘制出图形后，通过对话框输入尺寸的 方法来确定尺寸的准确值。参数化一般工作原理如图1 1 所示， 图1 1 参数化c a d 工作原理 f i g 1 1t h ep r i n c i p l eo f p a r a m e t d z e dc a d 参数化设计是三维设计中的重要技术，采用参数化设计技术可以大大缩短产品研发 周期。目前，主要的三维设计软件都提供了参数化设计的方法，为产品的参数化设计准 备了条件。同时，此类设计软件提供了众多的功能，如干涉检查、虚拟装配、二维图纸 的输出等，如何将这些功能很好的结合起来，形成产品的自动设计，减少设计人员的工 作量是目前三维设计软件二次开发的热点。 1 。3 课题的意义、目的及内容 1 3 1 课题的意义、目的 世界上火电站中仍在广泛使用煤作燃料，所以其研磨技术仍至关重要。在现有的磨 煤方法中，主要采用3 种类型的磨煤机： 1 ) 低速运转的球磨机，转速为1 5 2 2r m i r a 2 ) 中速运转的立式磨，转速为3 0 1 0 0r m i n ； 3 ) 高速运转的风扇磨，转速为4 0 0 1 5 0 0r m i n f l 4 1 m p s 型中速磨煤机是一种高效节能型磨煤机，我国应用时间较短。沈阳重型机器厂 于1 9 8 5 年从原德国b a b c o c k 公司引进三种规格m p s 磨煤机的全套生产制造技术，目前 已形成批量生产能量。迄今为止，国内已有近百台m p s 型磨煤机投入运行。m p s 型中 速磨煤机在我国大型火力发电厂使用比重正日益增加，它是发电厂的重要辅枫设备f 1 5 1 。 大连理工大学硕士学位论文 本课题是以沈阳重型机器有限责任公司的m p s 型中速磨煤机主机3 d 快速设计技术 开发与应用为基础，探讨和摸索在制造业企业中推广三维c a d 技术及其二次开发技术、 以提高产品设计效率和设计速度的方法和道路。通过对通用三维c a d 软件s o l i d w o r k s 的二次开发，使其本地化，开发出m p s 磨煤机三维设计系统，以达到提高磨煤机的设 计速度、改进磨煤机设计效率的目的。 1 3 2 课题的研究内容 本课题以w i n d o w sx p 为操作系统，以通用三维软件s o l i d w o r k s 为a d 平台，通 过s o l i d w o r k s 提供的a p i 二次开发接口，结合v i s u a lc + + 面向对象的编程技术及 a c c e s s 2 0 0 3 的数据库技术，对s o l i d w o r k s 进行二次开发，开发出磨煤机三维设计系统。 本课题的主要研究内容有； 1 ) 磨煤机本体零件模型图库的构建 通过对磨煤机零部件特点的分析，按照零部件的结构、功能把所有零部件分成若干 部分加以管理。建立了产品零部件的三维模型以及二维工程图图库，并通过树型结构显 示了零部件之间的层次关系。 2 ) 模板的建立 建立了基于国标的、适合沈重使用的模板库，其中包括a 0 、a 1 、a 2 、a 3 、a 4 横 向和a 4 纵向六种尺寸的工程图模板，以及零件和装配体模板；同时还建立了符合企业 特定要求的材料明细表模板。 3 ) 零件设计修改 设计人员在对某一零件进行修改或重新设计后，该零件工程图会自动被更新，并更 新该零件所在的装配体、装配体工程图。对装配体进行修改时，如对进行局部设计、修 改名称等，该装配体工程图及父级装配体会自动修改，将更改后的信息及时更新。 4 ) 零部件模型数据库的建立 利用a c a ：e s s 数据库来存储和管理模型信息。数据库中不仅存储了零部件的、名称、 存储路径，还有各个零部件的详细信息，如总量、材料、材质、数量等。 5 ) 材料明细表的自动输出 实现对部件级装配体零件信息的自动统计、汇总，并按照工厂实际要求按部件输出 明细表，避免人工统计可能发生的错误，降低设计人员工作强度，缩短材料明细表输出 时间。同时也可自动输出基于产品的材料明细表。 6 ) 数据的添加功能 对于系统中暂时没有的零部件图形，可通过数据库添加操作，将零部件信息加入数 据库，为以后的设计创造条件。 h 但s 磨煤机三维设计系统的开发 2m p s 磨煤机三维设计系统总体规划 2 1 系统开发遵循的一般原则 为了经二次开发后形成优秀的设计系统，在开发的过程中一般须遵循工程化、模块 化、和继承性等一系列原则【阐，本设计将这一思想贯穿始终。 1 ) 工程化原则 二次开发所设计出的软件系统是作为一种工程设计工具来辅助具体的产品设计，所 以要用工程化的思想来进行开发。工程化的概念包含两方面含义：一方面，二次开发系 统的运行过程是对具体机械设计过程的模拟，所以必须符合机械设计的特点；另一方面， 二次开发应按软件工程的方法和步骤进行设计。 c a d 软件二次开发的步骤可以概括为以下四个阶段： ( 1 ) 系统分析分析、理解整个系统设计的基本要求，确定整个系统的基本框架，形 成表达系统基本要求及框架的系统说明书。 ( 2 ) 系统设计包括系统总体设计和建立模板库与数据库管理系统。 ( 3 ) 系统程序编写将模块说明书转换成用某种开发语言编写的程序。 ( 4 ) 系统测试包括模块测试、综合测试、验收测试i 切。 2 ) 模块化原则 模块化原则要贯穿二次开发的全过程。首先，在软件的结构设计中应遵循模块化原 则，将整个系统分解成若干个子系统或者说模块，定义子系统或模块间的接口关系，使 各模块功能单一，以保持模块间的相对独立，进而保证软件的并行开发、修改和扩展方 便，以缩短软件开发周期、节省人力、方便管理。之后，在独立模块的基础上，通过编 辑菜单或编制界面，把各模块集成起来，形成统一、有机、全面的系统。 在建立模板库和数据库时，也应遵循这一原则，根据产品结构的相似性，利用成组 技术将产品划分为有限数量的类型和零件模块，为每种类型建立数据库，为每个模块建 立模型库，方便产品设计，提高开发效率。 3 ) 继承性原则 二次开发不同于一般从底层做起的软件设计，它是在已有软件的基础上根据实际需 要进行的再开发，对支撑软件有很强的依赖性和继承性。继承性既是二次开发的最大特 点，也是二次开发所应遵循的原则，使开发后的系统在界面风格和概念上与原软件保持 一致，新加入的部分在功能、操作等方面与原系统实现无缝集成，从而保持系统的一致 性和完整性。 大连理工大学硕士学位论文 2 2m p s 磨煤机的工作原理及结构特点 2 2 1m p s 磨煤机的结构及工作原理 沈重生产的i v i p s 型磨煤机广泛地应用于电力、冶金、等行业的制粉系统，适用于 粉磨烟煤、次烟煤、以及高挥发成份的褐煤等中等硬度以下的物料。 组成磨煤机的零件众多，根据各个部分的具体功能，可大致分为以下部分：基础部， 下架体，下架体密封环，喷嘴环，加压装置，中架体，液压系统，分离器，密封风管路， 蒸汽管道，拉杆机构，磨盘部，和磨辊部，主要部件如下图所示： 图2 1m p s 磨煤机结构示意图 f i g 2 1 t h es t r u c t u r eo f l v i p sc o a lr o l l i n gm i l l m p s 型磨煤机属于外加力型辊盘式磨煤机，其主要的工作原理是：电动机通过主减 速机驱动磨盘旋转，磨盘的转动带动三个磨辊( 1 2 0 。均布) 自转。原煤通过进料口进入磨 m p s 磨煤机三维设计系统的开发 盘，在离心力的作用下沿径向向磨盘周边运动，均匀进入磨盘辊道，在磨辊与磨盘瓦之 间进行碾磨。整个碾磨系统封闭在中架体内。碾磨压力通过磨辊上部的加载架及三个拉 杆传至磨煤机基础，磨煤机壳体不承受碾磨力。碾磨压力由液压系统提供，可根据煤种 进行调整。碾磨压力及碾磨件的自重全部作用于减速机上，由减速机传至基础。三个磨 辊均分布于磨盘辊道上，并铰固在加载架上。加载架与磨辊支架通过定滚柱可沿径向作 倾斜1 2 1 5 0 的摆动，以适应物料层厚度的变化及磨辊与磨盘瓦磨损时所带来的角度变 化。 用于输送煤粉和干燥原煤的热风由进风口进入磨煤机，通过磨盘外侧的喷嘴环将静 压转化动压，并以7 5 9 0 m s 的速度将磨好的煤粉吹向磨煤机上部的分离器。同时通过强 烈的搅拌运动完成对原煤的干燥。没有完全磨好的原煤被重耨吹回磨盘再次碾压粉碎。 原煤中铁块、研石等不可破碎物落入磨盘下部的热风室内，借助于固定在磨盘支座上的 刮板机构把异物刮至废料口处落入废料箱中，排出磨外。磨好的煤粉进入磨煤机上部的 分离器后，满足细度要求的合格煤粉被选出，并由分离器出口管道输送到煤粉仓。较粗 的煤粉通过分离器下部重新返回磨盘碾磨【1 8 】。 2 2 2m p s 磨煤机零部件命名规则 根据m p s 磨煤机产品主要部件尺寸的不同，可分为不同的产品型号：对于同一产 品，根据不同部位功能的不同，又可分为不同的部分，每部分又由不同的零件组成。这 些零件包括装配件、焊接件、外购件、自制件、无图件、标准件等。在产品设计中文件 名称要保证直观，通过文件名称即可知道该零件属于哪个部分，同时要保证零件名唯一 性，这也是计算机存储的需求。 对于不同类型的零件，采用不同的命名规则，系统中对自制件、焊接件、装配件等 零部件采用四段式命名规则，即由产品代号、部件代号、零件代号、零件名称四部分组 成，以自制件为例，如下图所示： 产品代号零件代号 广一 k 2 8 1 4 0 - o7 r _ 0 5 护板 部件代号 i 零件名称 图2 3 自制件命名规则 f i g 2 3t h en a m i n gr u l eo f s e l f - m a d ep a r t 对于无图件的命名，原来工厂习惯直接将无图件命名为钢板6 、钢板8 等，如果采 用这种命名方法，对于计算机存储是个闯题会有很多重名问题。另外，对于产品材料明 大连理工大学硕士学位论文 细表的输出也是一个问题，所以，在对无图件命名时，采用新的命名规则，如下图所示： 产品代号装配顺序号 图2 4 无图件命名规则 f i g 2 4t h en a m i n gr u l eo f p a r tw i t h o u td r a w i n g 对于无图件的命名，其名称中所包含的信息较自制件多，不仅包含产品代号、部件 代号、零件名称等基本信息，同时还要包含装配体代号和装配顺序代号等信息，以保证 该名称的唯一性。 对于标准件采用直接命名的方法，即零件名称采用国标代号+ 零件名称+ 规格号组 成，如下图所示： 国标代号 零l 牛名称 图2 5 标准件命名规则 f i g 2 5t h en a m n i n g r u l eo f s t a n d a r dp a r t 采用这些命名方法所生成的零件名称不仅保证了名称直观性、唯一性，也为后续的 工作，如材料明细表的输出准备了条件。 2 3 系统总体方案设计 2 3 1 系统所要达到的目的 沈重的m p s 磨煤机属于大型机械产品，其设计、生产特点为单件小批订制生产， 即按照不同客户的不同需求，设计、生产一件或几件某一型号磨煤机。所以如何更好的 利用企业现有资源，缩短产品设计周期，从而缩短产品上市时间，便成为企业十分关注 的问题。 为了实现m p s 系列磨煤机的设计，最大限度的减少设计人员的工作量，有效利用 三维设计软件的各种功能，以三维设计软件s o l i d w o r k s 为平台，通过对其的二次开发， 咂 厂栓螺堡盈 m p s 磨煤机三维设计系统的开发 将该软件的众多功能结合起来，形成了m p s 系列磨煤机快速设计系统。本系统所要达 到的目标主要如下： 1 ) 根据企业的要求，完成磨煤机本体零部件的三维模型以及二维工程图的创建。 2 ) 实现n i p s 磨煤机各组成零部件的结构拓扑关系及分类预览显示。 3 ) 实现对零部件的再设计修改功能，以及三维模型和二维工程图的联动，快速的 生成新产品。 4 ) 采集各部件装配体b o m 信息，以及产品的总b o m 信息，输出符合企业要求。 2 3 2 系统总计规划及主要功能实现 图2 6 表示了本系统的结构功能框架，该系统由三个后台服务库支持，分别为： 1 ) 零件库，存储了一个系列磨煤机的全部零部件的三维模型图和工程图，为相似 产品的设计提供参考依据； 2 ) 模板库，其中存放系统使用中需要调用的各种模板，如新零件设计模板、材料 明细表输出模板等； 3 ) 数据库，数据库中包含所有零部件的存储路径信息和零部件间的层次关系，同 时还包含材料明细信息，是系统各种操作的基础。 同时系统应具有以下功能： 1 ) 零部件预览功能，通过读取数据库中的相关零件基本信息，并从零件库中提取 零部件图形，可实现在控制平台上对该零部件的工程图及三维模型的预览功 能，同时控制平台还将所操作部件中各零件在部件中的相互关系以树型控件形 式显示在控制平台上，让用户清楚各零件间的层次关系。 2 ) 零件设计功能，本系统中对零件的设计主要方式有：一是模板技术，利用事先 做好的存储于模板库中的三维模型和工程图模板，直接生成新的零件，并将新 零件信息写入零件库和数据库；二是对于在原有模型中修改的零件，利用数据 库和零件库调出原零件，在用户对该零件修改后，将修改信息写入数据库。 3 ) 部件b o m 输出功能，对于部件级的材料明细表，在输出前打开零件库中该部 件中的装配体，提取零件信息，并与数据库中的信息对比，之后调用模板库中 材料明细表输出模板，将材料明细表输出。 4 ) 产品明细表输出功能，该功能与部件级材料明细表输出功能相似，但输出的明 细表是按照零件的类型输出。 5 1 数据库扩充功能，为了将系统应用于不同的产品中，只要利用此功能将零部件 信息存入数据库，就可把系统应用于不同的产品。 大连理工大学硕士学位论文 6 ) 帮助功能，为用户提供解决常见问题的服务。 图2 6 系统的总体构成 2 3 3 系统运行环境 本系统是在三维c a d 软件中进行大型装配体的设计，为了稳定快速的运行本系统， 我们运行环境提出了较高的要求： c p u ：p e n t i u mi v2 4 g 或以上 内存：5 1 2 m 或以上 硬盘：2 0 g 或以上 显示器：1 7 寸，1 0 2 4 7 6 8 操作系统：w i n d o w2 0 0 0 x p n t 圈占 m p s 磨煤机三维设计系统的开发 2 3 4 系统运行流程 图2 7 系统框架图 f i g 2 7t h ef r a m eo f t h es y s t e m 系统功能包括零部件的设计修改，以及二维工程图的联动修改，产品b o m 表输出， 数据库扩充等功能。其中选择设计内容时，选择不同的内容会调用不同的d l l 文件加载 到s o l i