（机械电子工程专业论文）典型管件相贯线展开cad生成系统设计与研究.pdf

中文摘要 随着计算机应用技术的飞速发展，计算机辅助设计在各个领域中得到 了广泛的应用。相交管件用于给水、排水工程、化工、石油、建筑等行业， 其展开相贯线的传统作法是采用几何作图法， 过程复杂、费时， 且绘制的展 开线精度低。本课题通过对a u t o c a d 进行二次开发， 实现了圆形管与圆锥管 相贯线展开的参数化和可视化的计算机辅助设计。本文主要涉及的研究内 容如下: i .本文利用解析画法几何的理论， 推导出圆管与圆管，圆管与锥管， 锥管与锥管相贯线展开的数学模型。并且推导了局部两面角和坡口角数学 模型。 2 .本文阐述了焊接坡口和板厚处理对饭金加工制造工艺的影响， 并用 合理的方式设计和处理。系统采用了焊接坡口角形式，提高了焊接质量和 效率， 节约了焊接材料。 3 .利用v i s u a l l i s p 语言在a u t o c a d 2 0 0 4 平台上开发了对圆管与圆管， 圆管与锥管，锥管与锥管相贯线展开软件。软件逐点计算展开曲线上一系 列离散点的坐标，再逐点连接绘制出能达到要求精度相贯展开曲线。在生 成相贯线的同时生成坡口曲线。 4 .软件应用d c l 编制了人机交互的界面， 并且用示意图说明各输入参 数意义。这样可以方便， 直观地输入数据。软件生成相应展开曲线后， 进行 尺寸标注和输出相关曲线数据。 通过实践证明， 本系统具有以下特点: 展开图形参数化， 生成图形速度 快， 展开相贯线精度高， 操作简单， 适用范围广。根据所生成曲线， 利用数控 切割机切割， 可高效的得到精确的零件， 也可以绘制放样图， 标注尺寸， 直接 用于生产。 关键词: 展开 ，相贯 ， 坡口 ， v i s u a l l i s p 语言 a b s t r a c t wi t h t h e q u i c k d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y , c o m p u t e r a i d e d d e s i g n i s w i d e l y a p p l i e d t o a l l k i n d s o f f i e l d s . t h e i n t e r s e c t i o n a l p i p e f i t t i n g s a r e u s e d i n s u c h i n d u s t r i e s a s c h e m i c a l , w a t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e , p e t r o l e u m a n d b u i l d i n g , e t c . f o r t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e r s e c t i n g c u r v e , i t s t r a d i t i o n a l m e t h o d i s t h e g e o m e t r y d r a w i n g m e t h o d , w h i c h i s n o t o n l y c o m p l e x b u t a l s o t i m e t a k i n g , i n a d d i t i o n , t h e p r e c i s i o n o f t h e d e v e l o p e d c u r v e a r e l o w . wi t h t h e s e c o n d - d e v e l o p m e n t o f a u t o c a d , t h e d e v e l o p m e n t o f t h e i n t e r s e c t i n g c u r v e b e t w e e n t h e c y l i n d e r s p i p e a n d t h e c o n i c a l p i p e c a d ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) i s e s t a b l i s h e d i n t h i s s y s t e m , w h i c h i s v i s i b l e a n d p a r a m e t r i c . t h e m a i n c o n t e n t s c o v e r e d b y t h i s p a p e r a r e a s f o l l o w s . l . b a s e o n t h e t h e o r y o f a n a l y t i c a l s p a t i a l g e o m e t r y , t h i s p a p e r d e d u c e s m a t h e m a t i c a l m o d e l s f o r t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e r s e c t i n g c u r v e i n r e l a t i o n t o t w o c y l i n d e r p i p e s , c y l i n d e r a n d c o n i c a l p i p e s a s w e l l a s t w o c o n i c a l p i p e s . me a n t i m e , t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e g r o o v e a n g l e a n d t h e l o c a l d i h e d r a l i s a l s o d e d u c e d . 2 . t h i s p a p e r d i s c u s s e s h o w t h e w e l d g r o o v e a n d t h e p l a t e t h i c k n e s s a f f e c t t h e s h e e t m e t a l m a n u f a c t u r e p r o c e s s i n g , a n d h o w t o d e s i g n w i t h r e a s o n a b l e m e t h o d . t h e m e t h o d o f w e l d g r o o v e a n g l e i s a d o p t e d i n t h e s y s t e m , l e a d i n g t o a n i m p r o v e d w e l d i n g q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y , a n d t h u s s a v i n g t h e w e l d i n g m a t e r i a l s . 3 . o n t h e p l a t f o r m a u t o c a d 2 0 0 4 , t h e c o d e o f t h i s s y s t e m i s p r o g r a m m e d w i t h v i s u a l l i s p . t h i s s o f t w a r e c a n d e v e l o p t h e i n t e r s e c t i n g c u r v e b e t w e e n t h e c y l i n d e r s p i p e a n d t h e c o n i c a l p i p e . b y t h i s s o f t w a r e , t h e c o o r d i n a t e s o f d i s c r e t e p o i n t s o n t h e d e v e l o p e d c u r v e a r e c a l c u l a t e d ; f u r t h e r , t h e s e p o i n t s a r e c o n n e c t e d c o n t i n u o u s l y s o a s t o o b t a i n a d e v e l o p e d i n t e r s e c t i n g c u r v e , w h i c h i s u p t o t h e r e q u i r e d p r e c i s i o n . wh i l e t h e i n t e r s e c t i n g c u r v e i s d r a w n , t h e g r o o v e c u r v e i s g e n e r a t e d a t t h e s a m e t i m e . 4 . t h e i n t e r f a c e b e t w e e n c o m p u t e r a n d o p e r a t o r i s d e v e l o p e d w i t h d c l , a n d t h e m e a n i n g o f e v e r y i n p u t p a r a m e t e r i s i l l u s t r a t e d w i t h s k e t c h m a p . i n t h i s w a y , d a t a c a n b e i n p u t e a s i l y a n d v i s u a l l y . a f t e r d e v e l o p e d c u r v e i s i i g e n e r a t e d , t h e s o f t w a r e w i l l m a r k w i t h s p e c i f i e d d i m e n s i o n s a n d o u t p u t r e l e v a n t c u r v e d a t a . o n t h e b a s i s o f p r a c t i c e , t h i s s y s t e m i s p r o v e d t o h a v e s u c h f e a t u r e s a s p a r a m e t r i c d e v e l o p m e n t d r a w i n g , f a s t d r a w i n g g e n e r a t i o n , h i g h p r e c i s i o n d e v e l o p e d i n t e r s e c t i n g c u r v e s , e a s y o p e r a t i o n a n d e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n . a c c o r d i n g t o t h e g e n e r a t e d c u r v e s , t h e d i g i t a l c o n t r o l l e d c u t t e r c a n p r o d u c e a c c u r a t e s h e e t me t a l p a r t s e f f i c i e n t l y . wh a t i s m o r e , t h e s h e e t - m e t a l d r a w i n g c a n b e g e n e r a t e d a n d d i m e n s i o n s b e m a r k e d s o a s t o f a c i l i t a t e t h e p r o d u c t i o n k e y w o r d : d e v e l o p , i n t e r s e c t , g r o o v e , v i s u a l l i s p . i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果， 除了文中 特别加以 标注和致谢之处外， 论文中不包含其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 进进达主一 或 其 他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文作者签名:签 字 日 期 : 2 e o ! 6 月 s - 日 学位论文版权使用授权书 本 学 位论文作者完全了 解 一 孟生大生一 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。 特 授 权 止鱼 主 k史 可以 将 学 位 论 文的 全 部 或 部 分内 容 编 入 有 关 数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查 阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名:导师签名: 冬 抉 签 字 日 期 -2 . 牌石 月 了 日签 字 日 期 : uo杯石 月 6 日 第一章绪论 第一章绪论 1 . 1 c a d 技术的起源， 趋势及基本思想 计算机辅助设计 ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ，简称c a d )技术是电子信 息技术的一个重要组成部分;它是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产 品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作 等设计活动。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的 一门新兴学科。从广义上说，c a d 技术包括二维工程绘图、三维几何设计、 有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述 技术 ( c a d / c a e / c a m )的集成技术等。 1 . 1 . 1 c a d 技术的起源及发展历程 c a d 以1 9 5 9 年美国麻省理工学院召开c a d 规划会议为开端0 1 9 6 2 年， 美国 麻省理工学院林肯实验室的研究生工 . e . s u t h e r l a n d 首次提出c a d 的术语和 概念. 并在当年的美国计算机联合会的年会上发表了 一文， 介绍了一个完全意义上的设计系统， 标志着c a d 技术 的诞生。 第一代c a d 系统出现于6 0 年代， 这一代系统主要用于二维绘图， 其技术 特点是利用解析几何的方法定义有关的点， 线， 圆等图素。 第二代c a d 系统出现于7 0 年代， 主要是二维交互绘图系统和三维几何造 型系统. 在几何造型方面分别采用了三维线框模型， 曲面模型和实体模型。 在实体模型上广泛采用了几何构造法( c s g 法) 和边界表示法( b - r e p 法) ， 并 在系统内部采用了数据库技术， 其代表软件有a u t o c a d 等。 第三代c a d 系统出现于8 0 年代中期， 在建模方法上分别出现了特征建模 和基于约束的参数化变量法建模方法， 由此出现了各种特征建模系统和二 维或三维的参数化设计系统， 而且出现了这两种建模方法互相交叉， 互相融 合的系统. 这种系统在二， 三维模型之间有内部统一的数据结构和共同的数 据库， 做到了二， 三维模型修改的相互关联性， 以及c a d / c a m 的信息集成 i 。 第 i页 第一章绪论 第一章绪论 1 . 1 c a d 技术的起源， 趋势及基本思想 计算机辅助设计 ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ，简称c a d )技术是电子信 息技术的一个重要组成部分;它是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产 品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作 等设计活动。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的 一门新兴学科。从广义上说，c a d 技术包括二维工程绘图、三维几何设计、 有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述 技术 ( c a d / c a e / c a m )的集成技术等。 1 . 1 . 1 c a d 技术的起源及发展历程 c a d 以1 9 5 9 年美国麻省理工学院召开c a d 规划会议为开端0 1 9 6 2 年， 美国 麻省理工学院林肯实验室的研究生工 . e . s u t h e r l a n d 首次提出c a d 的术语和 概念. 并在当年的美国计算机联合会的年会上发表了 一文， 介绍了一个完全意义上的设计系统， 标志着c a d 技术 的诞生。 第一代c a d 系统出现于6 0 年代， 这一代系统主要用于二维绘图， 其技术 特点是利用解析几何的方法定义有关的点， 线， 圆等图素。 第二代c a d 系统出现于7 0 年代， 主要是二维交互绘图系统和三维几何造 型系统. 在几何造型方面分别采用了三维线框模型， 曲面模型和实体模型。 在实体模型上广泛采用了几何构造法( c s g 法) 和边界表示法( b - r e p 法) ， 并 在系统内部采用了数据库技术， 其代表软件有a u t o c a d 等。 第三代c a d 系统出现于8 0 年代中期， 在建模方法上分别出现了特征建模 和基于约束的参数化变量法建模方法， 由此出现了各种特征建模系统和二 维或三维的参数化设计系统， 而且出现了这两种建模方法互相交叉， 互相融 合的系统. 这种系统在二， 三维模型之间有内部统一的数据结构和共同的数 据库， 做到了二， 三维模型修改的相互关联性， 以及c a d / c a m 的信息集成 i 。 第 i页 第一章绪论 1 . 1 . 2 c a d 技术的发展趋势和现状 近二十多年来， 计算机辅助设计( c a d ) 技术在计算机的应用领域内得到 了飞速发展。这主要是由于工程上传统的设计方法己经越来越不能适应二 十世纪后期生产和科研发展形势，因此国内许多专家、学者在这一领域中 作了有益的探索。 随着c a d 绘图的发展， 应用计算机开发软件设计工作有了突飞猛进的发 展. 出现了计算机图学， 它是一门以计算机为手段来研究生成和处理图形的 学科。 计算机绘图给传统的手工设计制图带来了革命性的变革， 极大地提高 了绘图的速度和质量.象绘制标准件这样的重复性工作就可以轻而易举的 完成，不必再一一绘制，大大减少了设计及绘图工作量。由于计算机输出 的是离散型数据， 且不直观， 这些数据打印出来以后， 在大多数情况下， 要将 它们进行整理， 绘制成所要求的曲线或图形. 而用人工绘制这些曲线或图 形，既费时， 质量又不稳定。为了解决这一问题， 人们开始对自动绘图进行 研究， 随着计算机及其外围设备、图形软件的发展， 研究的范围也不断深入 和拓宽， 因而发展成了一门崭新的学科分支一一计算机图学。 计算机图学包 括计算机绘图和计算机图形显示两个方面， 可以说凡是用到图形绘制和显 示的地方， 都会涉及到它. 这门学科将古老的图形语言方法和崭新的计算机 技术相结合， 给几乎所有的生产和科研领域提供了高速度、 高效率和高精度 的图形设计及输出方法。现今国内许多企业实现了辅助绘图，不仅提高了 设计效率，设计质量也得到很大提高。 c a d 不仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞速发展， c a d 技术从二维平面绘图发展到三维产品建模， 随之也就产生了三维线框造 型、曲面造型以及实体造型技术。而如今参数化及变量化设计思想和特征 造型则代表了当今c a d 技术的发展方向。 2 l 1 . 3 c a d 技术的基本思想 在工程设计中， 一般包括两种内容:带有创造性的设计 方案的构思、 工作原理的拟定等)和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的 设计需要发挥人的创造性思维能力，创造出以前不存在的设计方案，这项 工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐重复性的计算分析和 第 2页 第一章绪论 信息检索，完全可以借助计算机来完成。 计算机辅助设计c a d 的出现， 使科技设计人员从非创造性的工作中解放 出来， 广大科技工作者有充足的时间去研究技术问题， 计算机技术己经渗入 到各行各业和人们的生活中。 计算机辅助设计c a d 的含义就是使用计算机技 术辅助人们进行产品的设计与制造， 也就是将计算机高速而精确的计算能 力、大容量的数据存储和处理能力与产品设计者、产品制造者的综合分析 及逻辑判断能力结合起来， 从加快设计进程、缩短制造周期和提高产品质 量。 计算机辅助设计包括的内容很多，如:概念设计、优化设计、有限元 分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。早期 的c a d 技术只能进行一些分析、 计算和文件编写工作， 后来发展到计算机辅 助绘图和设计结果模拟， 经过四十多年的发展， c a d / c a m 技术有了长足的进 步。目 前的c a d 技术正朝着人工智能和知识工程方向发展，即所谓的i c a d ( i n t e l l i g e n t c a d )。另外，设计和制造一体化技术即c a d / c a m 技术以及 c a d 作为一个主要单元技术的c i m s 技术都是c a d 技术发展的重要方向。 c a d 在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用c a d 技术进行产品 设计不但可以使设计人员 “ 甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计 自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力;还可 以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生 产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大 航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用c a d / c a m 技术进行产品设计， 而且投入大量的人力物力及资金进行c a d / c a m 软件的开发， 以保持自己技术 上的领先地位和国际市场上的优势。在c i m s 工程和c a d 应用工程的推动下， 我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采 用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。 1 . 2 饭金管件加工展开图c a d 程序开发系统现状 饭金管件广泛应用于给水、 排水工程、 化工、 石油等行业， 与一般机械 零件相比， 饭金件在设计、工艺、 制造等方面都有特殊的特点。 在容器、 管 道等饭金件的生产中， 需要进行毛坯下料展开图的设计， 在展开图设计中， 第 3页 第一章绪论 信息检索，完全可以借助计算机来完成。 计算机辅助设计c a d 的出现， 使科技设计人员从非创造性的工作中解放 出来， 广大科技工作者有充足的时间去研究技术问题， 计算机技术己经渗入 到各行各业和人们的生活中。 计算机辅助设计c a d 的含义就是使用计算机技 术辅助人们进行产品的设计与制造， 也就是将计算机高速而精确的计算能 力、大容量的数据存储和处理能力与产品设计者、产品制造者的综合分析 及逻辑判断能力结合起来， 从加快设计进程、缩短制造周期和提高产品质 量。 计算机辅助设计包括的内容很多，如:概念设计、优化设计、有限元 分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。早期 的c a d 技术只能进行一些分析、 计算和文件编写工作， 后来发展到计算机辅 助绘图和设计结果模拟， 经过四十多年的发展， c a d / c a m 技术有了长足的进 步。目 前的c a d 技术正朝着人工智能和知识工程方向发展，即所谓的i c a d ( i n t e l l i g e n t c a d )。另外，设计和制造一体化技术即c a d / c a m 技术以及 c a d 作为一个主要单元技术的c i m s 技术都是c a d 技术发展的重要方向。 c a d 在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用c a d 技术进行产品 设计不但可以使设计人员 “ 甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计 自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力;还可 以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生 产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大 航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用c a d / c a m 技术进行产品设计， 而且投入大量的人力物力及资金进行c a d / c a m 软件的开发， 以保持自己技术 上的领先地位和国际市场上的优势。在c i m s 工程和c a d 应用工程的推动下， 我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采 用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。 1 . 2 饭金管件加工展开图c a d 程序开发系统现状 饭金管件广泛应用于给水、 排水工程、 化工、 石油等行业， 与一般机械 零件相比， 饭金件在设计、工艺、 制造等方面都有特殊的特点。 在容器、 管 道等饭金件的生产中， 需要进行毛坯下料展开图的设计， 在展开图设计中， 第 3页 第一章绪论 相贯线的展开是其主要工作. 展开相贯线的传统作法是采用人工几何作图 法， 其过程比较复杂、繁琐、费时， 且绘制的展开线精度低。 多管接头的放样展开是饭金制造行业专业性强、 复杂度高的一个领域， 它涉及到复杂曲面的相贯线计算、曲面的展开计算、焊接工艺、数控加工 工艺等制造领域中的高难问题。 由于历史原因， 多管接头的放样展开、 设计、 制作一直以手工为主， 周期长、效率低， 成本高. 因此， 许多专业工程技术人 员致力于开发先进的设计、 工艺及制造辅助设备， 一批各有特色的饭金设计 与制造辅助系统应运而生。比较典型的有华中理工的 “ 开目 饭金系统”， 清华的 “ 艾科斯特饭金系统”， 澳大利亚的“ f a s t c a m ，北航的 “ 红地饭 金开发系统”以及国防科大的“ 银河c a d 饭金系统” 等。 这些系统在缩短饭 金件设计周期、提高设计效率等方面产生了积极的效益。 目前的饭金展开系统大多是基于设计的展开系统， 即在从事展开时以 中性面为基础而不考虑焊缝和板厚处理、 坡口形式， 单纯按照中性面对接来 建立模型进行展开， 由于没有考虑实际制造的工艺特点， 其计算结果往往与 实际应用有出入。 例如， 三通管接头在不开坡口时施工， 由于没有考虑焊缝 对接处的边界约束条件导致焊缝端部出现连接处间隙过大。 在组装时， 若从 外部焊接， 在内口 接口处， 将在弯头内部残留缝隙， 削弱弯头强度， 在接口处 进行v 型坡口处理后每两节相邻圆柱管间接口的内侧和外侧都是里皮与里 皮接触， 它不仅有利于施工， 还提高了焊接强度。另外在展开过程中还要避 免十字焊缝等问题， 以上这些问题如处理不采用科学的方法进行处理， 则不 能保证构件的整体尺寸符合要求， 而且其误差很难通过修整使之得到纠正， 在操作中既耗时又耗料， 达不到使用要求。因此， 开发面向焊接工艺的饭金 制件的管接头相贯线做展开的绘图程序则是非常必要的。 1 . 3课题来源及研究意义 饭金制件的相贯线展开曲线一般是不规则曲线， 建立其曲线方程较困 难， 因此也就难以利用通用的计算机软件进行绘制。传统的饭金制件展开 时，一般是考虑设计方面较多， 在展开中考虑工艺、制造要求较少， 容易出 现废品、耗时、耗料。本课题提出的的饭金制件展开程序，在计算时同时 考虑了工艺制造要求， 如:开坡口等。利用c a d 程序生成的曲线，完全可以 第 4页 第一章绪论 相贯线的展开是其主要工作. 展开相贯线的传统作法是采用人工几何作图 法， 其过程比较复杂、繁琐、费时， 且绘制的展开线精度低。 多管接头的放样展开是饭金制造行业专业性强、 复杂度高的一个领域， 它涉及到复杂曲面的相贯线计算、曲面的展开计算、焊接工艺、数控加工 工艺等制造领域中的高难问题。 由于历史原因， 多管接头的放样展开、 设计、 制作一直以手工为主， 周期长、效率低， 成本高. 因此， 许多专业工程技术人 员致力于开发先进的设计、 工艺及制造辅助设备， 一批各有特色的饭金设计 与制造辅助系统应运而生。比较典型的有华中理工的 “ 开目 饭金系统”， 清华的 “ 艾科斯特饭金系统”， 澳大利亚的“ f a s t c a m ，北航的 “ 红地饭 金开发系统”以及国防科大的“ 银河c a d 饭金系统” 等。 这些系统在缩短饭 金件设计周期、提高设计效率等方面产生了积极的效益。 目前的饭金展开系统大多是基于设计的展开系统， 即在从事展开时以 中性面为基础而不考虑焊缝和板厚处理、 坡口形式， 单纯按照中性面对接来 建立模型进行展开， 由于没有考虑实际制造的工艺特点， 其计算结果往往与 实际应用有出入。 例如， 三通管接头在不开坡口时施工， 由于没有考虑焊缝 对接处的边界约束条件导致焊缝端部出现连接处间隙过大。 在组装时， 若从 外部焊接， 在内口 接口处， 将在弯头内部残留缝隙， 削弱弯头强度， 在接口处 进行v 型坡口处理后每两节相邻圆柱管间接口的内侧和外侧都是里皮与里 皮接触， 它不仅有利于施工， 还提高了焊接强度。另外在展开过程中还要避 免十字焊缝等问题， 以上这些问题如处理不采用科学的方法进行处理， 则不 能保证构件的整体尺寸符合要求， 而且其误差很难通过修整使之得到纠正， 在操作中既耗时又耗料， 达不到使用要求。因此， 开发面向焊接工艺的饭金 制件的管接头相贯线做展开的绘图程序则是非常必要的。 1 . 3课题来源及研究意义 饭金制件的相贯线展开曲线一般是不规则曲线， 建立其曲线方程较困 难， 因此也就难以利用通用的计算机软件进行绘制。传统的饭金制件展开 时，一般是考虑设计方面较多， 在展开中考虑工艺、制造要求较少， 容易出 现废品、耗时、耗料。本课题提出的的饭金制件展开程序，在计算时同时 考虑了工艺制造要求， 如:开坡口等。利用c a d 程序生成的曲线，完全可以 第 4页 第一章绪论 避免一些工艺问题的出现，其输入变量也非常简单。它基本上取代了传统 的 “ 放样一一求结合线一一求实长线一一做展开图 ( 样板)”的前三步， 避免了累积误差的形成，仅有一次性误差。这种方法作图速度快，精度较 高;同时要求场地简单，尤其是在大型构件展开或因放样场地狭小受到限 制时，其优越性更是明显。顺便说明，本文不是各种管件展开图的汇集， 而是各项管件中具有代表性结构制作的实例，来叙述基本原理和程序计算 规律，举一反三，将程序计算展开方法应用到现代工业的各个领域。针对 饭金行业特点， 对于手工操作的单件小批量饭金件， 根据不同精度采用不同 分点数， 对于批量切割机下料， 必须采用合理的精度和工艺程序设计， 达到 提高工作效率， 减少生产成本的目的。 1 . 4课题研究的内容和要解决的问题 本课题研究以下内容: 1 . 建立了管件展开便于计算数学模型。 相交管件加工展开c a d 程序设计的基础就是先建立相贯体相贯线的数 学模型，例如:参见第四章相交主园柱在 x 一s坐标系中展开时，其两柱 体相贯的展平曲线方程为: s =r中 r ( 1 - ( ( r c o s - e ) / r ) ) 。 5 +r s i n 4) s i n 。 它是绘制两柱体相贯线的数学基础。 2 . 以v i s u a l l i s p 程序设计为基础， 依据典型饭金管件数学模型编制自 动参数化设计展开的软件系统平台， 根据选择自动生成相交管件展开图， 然 后标注相贯线尺寸线。 在建立了数学模型的基础上， 应用v i s u a l l i s p 语言向用户要求已知条 件，参见第六章图6 . 4 ，只需将半径、相贯交角、管子壁厚、偏心度、坡口 角依次输入即可。 将已知条件保存到变量中，利用v i s u a l l 工 s p 的计算功能进行计算，通 过循环，计算出若干数组s , x ，并通过a u t o c a d 指令将它们绘制到图纸上。 针对以上研究内容， 本课题主要解决以下的问题: 面向工艺的饭金展开算法， 在进行展开计算时， 考虑焊缝边界约束条件 第 5负 第一章绪论 避免一些工艺问题的出现，其输入变量也非常简单。它基本上取代了传统 的 “ 放样一一求结合线一一求实长线一一做展开图 ( 样板)”的前三步， 避免了累积误差的形成，仅有一次性误差。这种方法作图速度快，精度较 高;同时要求场地简单，尤其是在大型构件展开或因放样场地狭小受到限 制时，其优越性更是明显。顺便说明，本文不是各种管件展开图的汇集， 而是各项管件中具有代表性结构制作的实例，来叙述基本原理和程序计算 规律，举一反三，将程序计算展开方法应用到现代工业的各个领域。针对 饭金行业特点， 对于手工操作的单件小批量饭金件， 根据不同精度采用不同 分点数， 对于批量切割机下料， 必须采用合理的精度和工艺程序设计， 达到 提高工作效率， 减少生产成本的目的。 1 . 4课题研究的内容和要解决的问题 本课题研究以下内容: 1 . 建立了管件展开便于计算数学模型。 相交管件加工展开c a d 程序设计的基础就是先建立相贯体相贯线的数 学模型，例如:参见第四章相交主园柱在 x 一s坐标系中展开时，其两柱 体相贯的展平曲线方程为: s =r中 r ( 1 - ( ( r c o s - e ) / r ) ) 。 5 +r s i n 4) s i n 。 它是绘制两柱体相贯线的数学基础。 2 . 以v i s u a l l i s p 程序设计为基础， 依据典型饭金管件数学模型编制自 动参数化设计展开的软件系统平台， 根据选择自动生成相交管件展开图， 然 后标注相贯线尺寸线。 在建立了数学模型的基础上， 应用v i s u a l l i s p 语言向用户要求已知条 件，参见第六章图6 . 4 ，只需将半径、相贯交角、管子壁厚、偏心度、坡口 角依次输入即可。 将已知条件保存到变量中，利用v i s u a l l 工 s p 的计算功能进行计算，通 过循环，计算出若干数组s , x ，并通过a u t o c a d 指令将它们绘制到图纸上。 针对以上研究内容， 本课题主要解决以下的问题: 面向工艺的饭金展开算法， 在进行展开计算时， 考虑焊缝边界约束条件 第 5负 第一章绪论 板厚处理， 坡口型式。应用合理的展开计算方法进行设计， 根据不同种类的 管接头饭金件， 进行合理的规划和处理， 找出解决该问题的一般规律和方法 并把这种算法用程序实现， 实现相交管件展开系统， 这与传统的饭金展开系 统相比有着很大的先进性和实用性。 1 . 5课题研究的关键技术 本项目 有如下难点和关键技术， 需在工作中不断总结和优化 1 .相交管件展开算法是本课题的重点和难点所在， 它涉及到展开工 艺、 焊接工艺等方面。 这些方面还缺乏系统理论， 这是本课题的难点 之处。 2 .解决了主管体与支管体相贯处的变角度的坡口角问题， 并以文本 方式输出一数据表，以备查阅。 3 .国内饭金展开系统都是基于二次开发。许多关键技术如尺寸标 注、打印设置、图形比例设置等方面还有待作深入的研究和试验， 需要在工作中不断总结和优化。 1 . 6小结 本章简单阐述了c a d 技术的产生和发展的历史， 概述了饭金管件加工展 开c a d 的研究现状。说明了课题来源目的和意义， 并简单介绍的论文主要的 研究工作、创新点和关键技术。 第 6页 第一章绪论 板厚处理， 坡口型式。应用合理的展开计算方法进行设计， 根据不同种类的 管接头饭金件， 进行合理的规划和处理， 找出解决该问题的一般规律和方法 并把这种算法用程序实现， 实现相交管件展开系统， 这与传统的饭金展开系 统相比有着很大的先进性和实用性。 1 . 5课题研究的关键技术 本项目 有如下难点和关键技术， 需在工作中不断总结和优化 1 .相交管件展开算法是本课题的重点和难点所在， 它涉及到展开工 艺、 焊接工艺等方面。 这些方面还缺乏系统理论， 这是本课题的难点 之处。 2 .解决了主管体与支管体相贯处的变角度的坡口角问题， 并以文本 方式输出一数据表，以备查阅。 3 .国内饭金展开系统都是基于二次开发。许多关键技术如尺寸标 注、打印设置、图形比例设置等方面还有待作深入的研究和试验， 需要在工作中不断总结和优化。 1 . 6小结 本章简单阐述了c a d 技术的产生和发展的历史， 概述了饭金管件加工展 开c a d 的研究现状。说明了课题来源目的和意义， 并简单介绍的论文主要的 研究工作、创新点和关键技术。 第 6页 第二章 开发平台及语言说明 第二章 开发平台及语言说明 2 . 1原始操作平台aut0cad 2 0 0 4 开发智能化c a d 软件通常需要有一个智能开发平台，以实现高效率、 高 性能的系统开发。 a u t o c a d 是目 前微机上应用最为广泛的通用交互式计算机 辅助绘图与设计软件包。 a u t o c a d 的强大生命力在于它的通用性、 多种工业 标准和开放的体系结构。其通用性使得它在机械、电子、航空、船舶、建 筑、服装等领域得到了极为广泛的应用。 a u t o c a d v 2 . 1 8 版至a u t o c a d 2 0 0 0 的短短十几年间， 就相继推出了三代 二次开发工具，可以说，a u t o c a d 的通用性为其二次开发提供了必要条件， 而a u t o c a d 开放的体系结构则使其二次开发成为可能。另外a u t o c a d 有一个 主要开发工具一一l i s p 语言。 2 . 2 v i s u a l l i s p语言特点及功能 v l i s p 是a u t o l i s p 的换代产品。 它与a u t o l i s p 完全兼容， 并提供它所有 的功能， 是新一代的a u t o c a d l 工 s p 语言。 v l i s p 对语言进行了扩展， 可以通 过m i c r o s o f t a c t i v e x a u t o m a t i o n 接口与对象交互。同时，通过实现反应 器函数， 还扩展了人 u t o l i s p 响应事件的能力。 作为开发工具， v l i s p 提供了 一个完整的集成开发环境 ( i d e )， 包括编译器、调试器和其他工具， 可以 提高二次开发的效率 。另外，v l 工 s p 还提供了工具用于发布独立的应用程 序。 2 . 2 . 1 v i s u a l l i s p 具有以下优点: ( 1 )语言规则十分简单，易学易用。 ( 2 )直接针对a u t o c a d ，易于交互。 ( 3 )解释执行，立竿见影。 ( 4 )提供p d b 模块构成d c l ( d i a l o g c o n t r o l l a n g u a g e )文件，创建 自己的对话框。 2 . 2 . 2 v i s u a l l i s p 可视化编程提供的实用功能: 第 7贞 第二章 开发平台及语言说明 第二章 开发平台及语言说明 2 . 1原始操作平台aut0cad 2 0 0 4 开发智能化c a d 软件通常需要有一个智能开发平台，以实现高效率、 高 性能的系统开发。 a u t o c a d 是目 前微机上应用最为广泛的通用交互式计算机 辅助绘图与设计软件包。 a u t o c a d 的强大生命力在于它的通用性、 多种工业 标准和开放的体系结构。其通用性使得它在机械、电子、航空、船舶、建 筑、服装等领域得到了极为广泛的应用。 a u t o c a d v 2 . 1 8 版至a u t o c a d 2 0 0 0 的短短十几年间， 就相继推出了三代 二次开发工具，可以说，a u t o c a d 的通用性为其二次开发提供了必要条件， 而a u t o c a d 开放的体系结构则使其二次开发成为可能。另外a u t o c a d 有一个 主要开发工具一一l i s p 语言。 2 . 2 v i s u a l l i s p语言特点及功能 v l i s p 是a u t o l i s p 的换代产品。 它与a u t o l i s p 完全兼容， 并提供它所有 的功能， 是新一代的a u t o c a d l 工 s p 语言。 v l i s p 对语言进行了扩展， 可以通 过m i c r o s o f t a c t i v e x a u t o m a t i o n 接口与对象交互。同时，通过实现反应 器函数， 还扩展了人 u t o l i s p 响应事件的能力。 作为开发工具， v l i s p 提供了 一个完整的集成开发环境 ( i d e )， 包括编译器、调试器和其他工具， 可以 提高二次开发的效率 。另外，v l 工 s p 还提供了工具用于发布独立的应用程 序。 2 . 2 . 1 v i s u a l l i s p 具有以下优点: ( 1 )语言规则十分简单，易学易用。 ( 2 )直接针对a u t o c a d ，易于交互。 ( 3 )解释执行，立竿见影。 ( 4 )提供p d b 模块构成d c l ( d i a l o g c o n t r o l l a n g u a g e )文件，创建 自己的对话框。 2 . 2 . 2 v i s u a l l i s p 可视化编程提供的实用功能: 第 7贞 第二章 开发平台及语言说明 . 提供控制台， 在控制台的命令行作l 工 s p 命令， 可以直接看到结果。 . 彩色字符源代码检查， 可以在编辑窗中同时显示l i s p 和d c l 源程序 的命令，注释，提示等以各种颜色区分表示出来，易于检查。 . l 工 s p 程序自 动缩进和标