机械零部件的CAD参数化设计.pdf

作者简介:张晶莹(1958 ) , 女,广西南宁化工学校讲师,多年从事机械设计及金属材料的数学工作。 收稿日期:2003 - 5 - 29 机械零部件的CAD参数化设计 广西南宁化工学校(530001) 张晶莹 摘要:本文介绍了在机械零部件参数化设计中,以AutoCAD为平台,利用C语言进行编程,实现CAD下机械零部件的参 数化设计,为AutoCAD下的二次开发及教学应用提供了一种较好的方法。 关健词:参数化 计算机辅助 AutoCAD C程序 CAD Parameterization Designing Technique for Machine Zhang Jin-ying Abstract:In this paper , we introduced basic methods for implementing CAD parameterization base on AutoCAD and use the C program , with its performance process demonstrated. Key words:Parameterization technique; CAD; AutoCAD; C program 1 引 言 参数化技术是当前CAD技术重要的研究领域之一。它 是指设计对象的结构形状比较定型,可以用一组参数来约定 尺寸的关系,参数与设计对象的控制尺寸有显然的对应,设 计结果的修改受尺寸驱动的影响,所以也称为参数化尺寸驱 动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、 尺寸驱动修改 图形功能,成为初始设计、 产品建模及修改系列设计、 多方案 比较和动态设计的有效手段。 2 参数化技术的基本方法 图形参数化的实现一般的四种方法。 211 利用变量驱动图形 用具有不同属性的变量来约束和驱动图形,变量可为一 个具体数值或者一个表达式。在这种方式中可用容易理解、 容易记忆的变量名称来存储设计数据,在变量与设计模型之 间建立联系,每当改变变量,就会引起设计的相应调整。 212 表驱动图形 应用表格驱动几何图形。事先将与设计有关的各种数 据以表的形式存放在相应的数据库中,各个表都具有独立的 名称,并建立表中记录与设计模型的联系,通过访问不同表 中的记录达到改变几何图形的目的。这种方法特别适合于 机械零件的标准件和常用件的系列设计。 213 尺寸驱动图形 利用修改尺寸数值达到修改图形的目的。这是面向设 计的,使得草图设计成为可能。在模型上一旦标注了尺寸, 同时也就建立了几何元素与尺寸之间的双向联系,不论改变 几何图形的大小,还是修改尺寸标注的数值,都能引起对方 的相应变化。 214 用户元素驱动图形 对于具有确定几何形状特征的零件与部件,可将其设计 成具有单一图素的特征,如同操作基本点、 直线、 圆一样,在 需要量时直接引入,其特征几何尺寸可取自于表、 变量或特 定尺寸。 参数化设计就是建立以上四种图素(指变量、 表、 尺寸、 用户元素)对设计模型中的几何量的约束关系。一旦在图形 中建立此种关系,当我们再对图形中的某个几何量修改时, 只需修改与该几何量相关连的参数图素值,而无须针对图形 进行操作。 3 基于AutoCAD的参数化设计 AutoCAD是一种通用软件,虽然具有很强的图形编辑功 能,但在数据处理上,尤其是需要将设计计算、 数据处理、 图 形绘制等方面进行综合处理时,便感到力不从心了。为此需 对AutoCAD进行有针对性的二次开发,以使其满足专业应 用的需要。 AutoCAD是根据固定的尺寸值来定义几何元素的大小 和位置,但设计是不断修改、 优化的过程,设计中几何元素位 置和大小时常需要调整。各专业均有大量频繁使用的标准 件和非标准件的典型零件,但在AutoCAD中,即使形状相 同,只要尺寸不同,仍需重复绘制。为解决这一问题,有必要 参数化图形,利用数据库的支持和尺寸驱动原理,使尺寸的 改变能自动转化成几何形状的改变,从而提高设计与绘图效 率。 由于AutoCAD不具备参数化及尺寸驱动的功能,因此 参数化设计需要编程实现。 在AutoCAD中进行参数设计的方法有: ?用高级语言产生一组AutoCAD命令,形成命令文件 (3. SCR)然后在AutoCAD R14图形编辑状态下装入并执行 该文件、 绘出图形。 ?用高级语言经过编辑处理,生成AutoCAD的图形交 66 现代机械 2003年第4期 换文件(3. DXF) ,然后在AutoCAD编辑状态装入并执行该 文件,得到图形。 ?用Auto Lisp语言或VB语言在AutoCAD内部进行参 数化设计。 4 机械典型零部件 减速器轴类零件的参数 化设计实例 减速器的系列化的产品很多,但它们的内部结构基本上 是相同的,主要由箱体、 轴、 齿轮等组成。而且零部件在结构 和形状上有许多相似的地方。当开发新产品时,一般只是各 个零部件的尺寸不一样,如果重新绘制图纸,则设计周期就 会很长。这时如果设计者能在计算机中改变原有的设计图 纸中某些参数,就可以得到合符要求的设计图,这样的设计 效率就非常高。为了解决这一问题,就必须进行零部件的参 数化设计。 4. 1 减速器轴类零件工作图的设计 41111 视图选择 轴类零件一般只需一个视图即可将其结构表达清楚。 对于轴上的键槽、 孔等结构,可用必要的局部剖面图或剖视 图来表达。 41112 尺寸标注 图1 轴的长度尺寸正确标注方法 轴类零件应标注各段轴的直径、 长度、 键槽及细部结构 尺寸。正确的标注方法如图1。 41113 尺寸公差及形位公差标注 普通减速器中,轴的长度尺寸一般不标注尺寸公差,对 于有配合要求的直径应按装配图中选定的配合类型标注尺 寸公差。 轴的重要表面应标注形状及位置公差,以确保轴的加工 精度。普通减速器中,轴类零件标注项目见表1。 表1轴类零件形位公差标注项目 公差类别标注项目符号精度等级 形状公差 与传动零件相配合的圆柱 表面 与滚动轴承相配合的轴颈 表面 圆柱度 78 6 位置公差 与传动零件相配合的圆柱 表面 与滚动轴承相配合的轴颈 表面 平键键槽两侧面 径 向 圆 跳 动 对 称 度 68 56 79 41114 表面粗糙度标注 零件的所有表面(包括非加工的毛坯表面)均应注明表 面粗糙度。轴的各部分精度要求不同,加工方法则不同,故 其表面粗糙度也不应该相同。轴的各加工表面的表面粗糙 度选取见表2。 表2轴加工表面粗糙度选取值 加工表面表面粗糙度Ra的推荐值 与滚动轴承 相配合的 与 传 动 零 件、 联轴器 相配合的 平键健槽的 轴颈表面 0. 8( 轴承内径d80mm) ,1. 6(轴承内 径d 80mm) 轴肩表面1. 6 轴头表面1. 60. 8 轴肩表面3. 21. 6 工作面6. 33. 2、3. 21. 6 非工作面12. 56. 3 41115 技术要求 轴类的技术要求主要包括: (a) . 对材料及表面性能要求(如热处理、 硬度等 ) ; (b) . 对轴的加工要求(如是否保留中心孔等 ) ; (c) . 对图中未注明圆角、 倒角尺寸说明及其它特殊要 求。 4. 2 参数化设计步骤 41211 分析轴类零件的图形提取轴类零件的特征 根据以上所述,可知轴类零件只要由不同的轴段组成, 每个轴段主要的几何尺寸特征是直径(d)、 长度(L)、 粗糙度 (Ra)、 键槽的长度(Lj)、 键槽离轴端距离(L w)和是否有倒 角。 键宽(b)与键在轴上的深度(t)可根据输入的轴直径(d) 由标准选取。 将提取的几何特征用变量标识,制成特征表。 表3变量标识特征表 字母代码dltuljlwn 特征名称 轴的直径轴的长度轴表面的 粗糙度 键槽的 长度 键槽离轴 端距离 轴段数 单位mmmmmmmm 41212 设定图块 在轴类零件的零件图中有许多图形符号是相同的,如: 粗糙度符号、 剖面符号、 图框等。可以把它们做成整体图块, 把需要改变数值、 字母等设置为属性,由输入改变。 图框图块根据轴的长度来选取,分为A1、A2、A3三种 图框,插入点设置在AutoCADR14的座标原点(0 ,0 ,0)。此 外还有形位公差符号图块(wei1、wei2、gca1、xin) ,详见表4。 76 自动化技术 41213 编程实现 AutoCAD使用script功能可从一个文本文件中读入命 令,然后按顺序执行。这种script文本文件在AutoCAD外建 立,可用Windows的Notepad或Word进行编辑,文件必须存 为ASCII格式,后缀名为SCR。编程原理是,利用C语言的 文件功能进行程序设计,产生一个文件,以读入方式写入一 组AutoCAD命令集,形成AutoCAD的命令文件(3. SCR)。 然后在AutoCAD图形编辑环境下装入并执行该文件,绘出 零件图。程序执行流程图见图2。源程序略。 413 举例运行 绘制图1所示的轴的零件图。轴段数n= 6 ,第1轴段d =45 ,L= 38 ,左侧倒角;第2轴段d=48 ,L= 62 ,有键槽, Lj= 56 ,L w= 3 ;第3轴段d=55 ,L= 10 ,第4轴段d= 52 ,L= 72 ,第5轴段d=45 ,L= 50 ,第6轴段d=35 ,L = 58 ,右侧倒角;有键槽,Lj= 56 ,L w= 2。 步骤一:启动C程序,打开axiscj. c文件,编译生成axis2 cj. exe文件。 步骤二:在Windows环境下运行axiscj. exe ,按要求输入 所有的参数。在硬盘中的D: 下生成axis. scr文件。 步骤三:启动AutoCAD R14 ,运行script命令,选择D: axis. scr文件,打开。自动绘出图形,打印输出。 5 结论 本文针对减速器的轴系零件作为对象进行了计算机参 数化绘图的研究,由于机械零件结构复杂,种类繁多,所以对 不同机械零件的参数化绘图存在很多困难。这里只是提供 图2 程序执行流程图 一种进行CAD下参数化设计的方法,面对不同对象时,过程 类似,这需技术人员具体对待。 参 考 文 献 1 夏链等. AutoCAD R14技术手册.机械工业出版社,1998. 2 张秀英.机械计算机辅助设计.煤炭工业出版社, 1995 ,10. 3 苗明午.机械CAD系统中的参数化设计.超重运输机械,NO. 6 , 1997. 4 吕宏等. AutoCAD的参数化设计.机械设计与制造,1995(4) . 11 122. 5 刘清友. AutoCAD的参数化绘图及应用.现代机械,1995(2) :28 32. (上接第45页)产生的加工刀具相对于加工坐标的数据路径 称为CLDATA(CUTTER LOCATION DATA) ,利用Pro/ NC CHECK可在计算机中模拟所设计的加工切削状况。根据 所观察到的情况进一步修改加工制造程序(可用写字板或在 Pro/ ENGINEER环境下打开 ) , 优化制造流程,提高生产率。 现今加工制造业所面临的加工目标项目要求多,零部件的