（航空宇航制造工程专业论文）catia工程图国标化与辅助精度设计技术研究.pdf

0靴roi*li n a n ji n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c s 觚da s t r o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo fm e c h 觚i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g r e s e a r c ho ns t a n d a r d i z a t i o no fc 公r i a d r a f t i n ga n dc o m p u t e r a i d e dt 0 l e r a n c e at h e s i si n a e r o n a u t i c a la n da s t r o n a u t i c a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g y b y s h a ox i a o m i n g a d v i s e db y p r o a nl u l i n g s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o fm er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g j a n u a 巧，2 0 1 0 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。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过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学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，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：蜀垒鹫 日期： 弛! 旦：婆：兰， 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 随着现代商业c a d 软件的广泛应用，工程图已由手工绘制转变为计算机辅助绘制，显著 提i 自i 了工程图设计效率。目前，我国航空企业普遍使用c a t 认进行工程设计和图纸设计，c a t 认 以其精确、安全和可靠得到了企业的认可，但是作为一款通用软件，企业在使用过程中也发现 了美中不足之处，譬如：c a t 队工程图模块没有采用我国国家标准，使得工程图的有些标注形 式、符号等与国标不十分相符：此外，c a n a 没有提供有效的辅助精度设计工具。 本文结合航空制造企业的实际需求，研究和开发国标化的标注和辅助精度设计软件工具集， 并集成于c a t 队工程图模块。 本文工作总结如下： 1 研究c a ：r 从工程图模块，根据企业需求确定所开发软件的功能。并在对几种c a l 认 二次开发技术对比的基础上，确定了以c a a ( c o n l p o n e n ta 1 ) p l i c a t i o na r c h i t e c t u 托) 为主， v b s c 啷t ( v i s u a lb 猫i cs c r i p t i i l ge d i t i o n ) 为辅的开发方法和四层软件体系结构。 2 研究图纸设置、明细表、技术要求编写、焊缝符号等的国标化技术，并以封装的c a a a p i 类为基础按照国标重新开发这些功能，使新开发的功能不仅符合国标，而且具有更高的 自动化程度，以支持设计人员进行快捷、高效地进行工程图设计。 3 建立辅助精度设计数据库，在此基础上开发精度查询、配合设计和孔轴公差标注等功能， 开发的新功能符合国标、操作界面人性化，可以节省设计人员大量时间。 关键词：工程图，国标化，辅助精度设计，c a t 队，二次开发，c a a ，s c r i p t c a t 队工程图国标化与辅助精度设计技术研究 a b s t r a c t a sm ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o no fm o d e mc o m m e r c i a lc a ds o f 两a r e ，e n g i n 血gd r 鲫山gi sn o w d r 棚lb yc o r 印u t e 】瞎i n s t e a do fh 锄d s ，锄dt h ee 伍c i 饥c yo fd e s i g nl 媚瞎ag r e a ti i l l p r o v e m e n t n o w a d a y s ，c a t 认i s 硒d e l ya c c 印t e d 姐du s e di i lm ed o m e s t i c 州a t i o nc o f n p a n i e sb e c a u s eo fi t s a c c u 甩c y ，s 疵戗a n dr e h a b i l i 哆b u t 勰ag e n e r a lc a ds o r w 盯e ，i tc a nn o tm e e ta l l 廿l em e d so f d o m e s t i c 撕a t i o nc o m p 痂e s ，f o re x a m p l e ：血ed m f t 啦m o d u l eo fc a t 认d o e sn o ti r n r o d u c e l eg b ( n a t i o m ls t a l l d a r do fc l l i n a ) ，s on o ta l lt h e 锄o t a 矗。璐狮ds y t n b o l sc 伽f o m 诵m ( 瑕；b e s i d e s ， c a t nh 嬲n to 位re 恐c t i v et o o l st 0a i dt o l e 舢c ed e s i 印 1 1 ：l i sp 叩e r 碍a r c h e sa i l dd e v e l o p ss o f t w a r et o o l si i l t e 莎a t e d 、i mc a t i ac o i l f 0 m l i n gt og bt 0 m a t ks y i l i b o l sa n da i dt o l e 舢c ed e s i g n t h ew o f ki ss u n n a r i z e da sf o u o w s ： 1 1 1 圮s o f h a r e 如n c t i o 惦a r es u 棚m a z e db 越e do nt h es t u d yo fd m 触gm o d u l eo fc a t i aa n d m en e e do f c o m p 哪w i t hm ec o m p 撕s o f s e v e m lt e c l l i l 0 1 0 舀e so f c a t 认s e c o n d qd e v e l o p m e n t ， t h j sp 印e re s t a b l i s h e dc a a 够m a i l ld e v e l 叩m e n tm e t l l o d 姐d s 嘶p t 弱as u p p l e m e n t ，锄dm e f o u 卜1 a y e rs o f t w a r ea r c h i t e c t u r ei sa l s od e s i 朗e d 2 b 弱e d t l 圮e n c a p 锄l a t e dc 协a p ic l 蕊s e s ，“sp a p e r d e v e l o p s m en m c t i o 腿o f d 豫w 证g s e t t i i l g ，b o m ，t e c h i l i c a lr e q u m e n t s 锄d s oo n t i l en e wd e v e l o p e d 缸1 c t i o 璐c o n f 0 曲t o t i l eg ba n dh a v eh i 曲e rd e g r e eo f 卸t o i l l a t i o n s om e yc a r is u p p o r tm ee i l g i l l e e r st od e s i 印m e d r a w i i l g sq u i c k l ya n de 伍c i e n n y 3 ac o m p u t e ra i d e dt o l e r a n c e ( c a t ) d a t a b 签ei sd e v e l 叩e dt 0s u p p o r t 廿1 et o l e r 锄c ei n q u i r e 自d 0 l ， f i td e s i g nt o o l 锄ds h a h o l et o l e r 龃c em 撇gt 0 0 1 t h e t o o l sa 他e 懿yt 0m a n i p u l a t e 锄de m c i e n t k e yw d r d s ：e n 酉鹏e 面gd r a w i n g ，g bs t a i 池r d i z a t i o n ，c a lc a l l a s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t c a a ，v b s c p t 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 弓i 言1 1 2 国内外相关技术发展概况2 1 3 项目背景及研究内容3 1 3 1 项目背景3 1 3 2 研究内容：4 1 3 3 章节安排4 第二章基于c a t 队的工程图软件方案设计6 2 1 弓l 言6 2 2 软件需求分析6 2 3c a t l a 工程图模块简介9 2 4c a t 队二次开发简介及技术路线l o 2 4 1c a a 技术简介1 1 2 4 2v 5a u t d m a t i o n 简介1 2 2 4 3 软件开发技术路线。1 3 2 5 软件体系结构1 3 2 6 本章小结1 7 第三章工程图国标化技术研究1 8 3 1 引言j 18 3 2 图纸设置l8 3 2 1 功能整合设计1 9 3 2 2 标题栏国标化功能开发。2 0 3 2 3 参数栏国标化功能开发2 4 3 3 明细表与图纸更改单功能开发2 5 3 3 1 明细表填充及编辑功能开发2 5 3 3 2 图纸更改单功能开发2 7 3 4 一般符号及标注工具开发2 8 3 4 1 基准符号标注工具2 8 3 4 2 焊缝符号标注工具3 0 i c a t i a 工程图国标化与辅助精度设计技术研究 3 4 3 锥度，斜度符号标注工具3l 3 4 4 尺寸快速修饰工具3 2 3 4 5 技术要求编写工具3 2 3 5 基于呱。的工程图应用环境国标化定制3 3 3 6 本章小结3 5 第四章辅助精度设计技术研究3 6 4 1 引言一3 6 4 2 建立辅助精度设计基础数据库3 7 4 3 机械精度查询工具开发3 8 4 4 孔轴公差及配合标注工具开发4 0 4 5 孔轴类零件配合设计：4 2 4 5 1 配合证据的分类4 3 4 5 2 匹配证据的建立4 3 4 5 - 3 调节证据的建立4 6 4 5 4 推理策略及过程4 6 4 6 本章小结4 8 第五章总结与展望。4 9 5 1 全文工作总结4 9 5 2 工作展望4 9 参考文献5 l j g (谢5 3 攻读研究生期间发表的论文。5 4 南京航空航天大学硕士学位论文 图表清单 图2 1 软件功能框架8 图2 2 工程图模块结构图。1 0 图2 3 几种c a t 认二次开发方式对比11 图2 4 技术路线图1 3 图2 5 软件结构框架1 4 图2 6 封装类的集合p u b l i c h l t e r f a c e s 文件1 5 图2 7c a a i a y e r m a n a g e 类接口1 5 图2 8 文件树形结构。1 6 图2 9f r a l m w o r k 的体系结构1 6 图2 1 0 软件f h m e w b d 【结构图。l6 图3 1 图纸幅面设置1 9 图3 2 标题栏和图框的添加过程。1 9 图3 3 整合后的图纸设置界面。2 0 图3 4 国标推荐标题栏一2 1 图3 5f r a m e a c t m 模块2 2 图3 6 标题栏填充应用示例2 3 图3 7 参数栏对话框。2 4 图3 8 参数栏工具应用示例2 4 图3 9 明细表工具软件结构图2 5 图3 1 0 明细栏表头定制功能应用示例2 6 图3 1 1 明细表操作应用示例2 7 图3 1 2 图纸更改单工具应用示例2 8 图3 1 3 基准符号对比2 9 图3 1 4 基准符号图形绘制2 9 图3 1 5 基准标注对话框及警告窗口3 0 图3 1 6 基准符号标注工具应用示例3 0 图3 1 7 焊缝符号标注工具应用示例31 图3 1 8 锥度斜度标注工具应用示例3 l 图3 1 9 尺寸快速修饰工具应用示例。3 2 图3 2 0 技术要求编写工具应用示例3 3 图3 2 1c a t 队环境编辑器3 4 图3 2 2 标准定义3 5 图3 2 3 修改中心线颜色3 5 图4 1 辅助精度设计软件框架3 7 图4 2 精度设计基础数据库3 7 图4 3 利用标准公差和基本偏差计算其它数值3 8 v c a t 队工程图国标化与辅助精度设计技术研究 图4 4 公差等级查询界面3 9 图4 5 孔轴公差查询界面3 9 图4 6 配合信息查询界面4 0 图4 7 粗糙度查询界面。4 0 图4 8c a t n 尺寸公差标注工具应用示例4 l 图4 9 轴公差标注界面4 1 图4 。1 0 配合类型标注界面4 2 图4 1 1 公差配合标注结果示例。4 2 图4 1 2 孔内径热变形量比轴径变形量大时对配合影响示意图4 6 图4 13 用户输入证据4 8 表3 1 优先采用的基本幅面表2 l 表3 2 外部e x c e l 参数表文件2 4 表4 1 标准公差数值表3 8 表4 2 常用孔轴公差带选用规则3 9 表4 3 证据分类。4 3 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 自从劳动开创人类文明以来，图形一直是人们认识自然，表达、交流思想的主要形式之一。 工程图样作为工程技术信息交流的必要手段，在机械设计与制造中起到举足轻重的作用，被誉 为工程界的“语言”。 传统图纸绘制主要基于图板和手工作图，具有效率低f 、容易出错且难以修改等缺点。计 算机技术的发展大大促进了c a d 技术的发展和应用，从根本上改变了过去的手工绘图、发图、 凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。在c a d 工程设计方面，以u g 、c a t 认、p r 0 e 和 a u t 0 c a d 等为代表的优秀工程软件已在工程设计中普及，工程二维图样的绘制已从手工绘制发 展为计算机制图，例如c a t 认交互式工程制图就是一个高效率的、直观的制图系统，可以非常 轻松流畅地从3 d 模型投影成2 d 工程图。这些c a d 工程设计软件的出现，不仅使得工程图设计 的速度大大提高，而且图纸也易于修改和管理【1 。3 】。 新技术的发展也给我国国家标准的推广带来机遇和挑战。一方面，通过实现制图软件的国 标化，可以强制设计人员使用最新的国家标准，同时也是一种教育手段：另一方面，由于目前 主流c a d 制图软件都是国外公司产品，其制图技术标准和我国国标有些差异，使得绘制出的工 程图样比较混乱。因此，抓住机会开发符合我国国标的c a d 软件产品，或者在国外已有的成熟 平台上进行二次开发，将十分有利于我国国标的推广和工程制图的进一步发展。 由于项目合作方设计时采用法国达索公司的c a d c m 集成系统a t 认，因此本文以 c a t i a 为研究平台，开发适用于我国企业的软件工具集，以弥补c a t 队在我国企业使用过程中 的不足。经过调查研究，航空企业设计人员反映c a t 认工程图模块在应用过程中存在以下两个 主要问题： ( 1 )标准化问题c a t 认工程图模块无法绘制完全符合我国国标的工程图，因为它只采用 了i s o 、a n s i 和j i s 等标准。这无疑给我国航空企业的设计和生产带来许多不利，工程 图样作为交流文件，它的图形、标记以及表达形式都要严格执行机械制图国家标准； ( 2 ) 辅助精度设计问题c a t 认包括其它现有c a d 软件几乎都没有提供相关工具来辅助 设计人员进行精度设计。在工程设计中，设计人员需要有大量丰富的经验来处理公差问 题，如果能让计算机利用工程知识及数学方法来帮助设计人员作一些推断或者计算，将 有利于设计效率的提高。 虽然目前有些国家的c a d 技术发展程度已经可以实现无纸化生产，但是对于我国来说，利 用计算机进行设计出图、根据图纸指导生产还是大多数制造企业应用c a d 系统的主要方式。因 l c a t 认工程图国标化与辅助精度设计技术研究 此，本文研究了工程图标准化和辅助精度设计两个主要问题，以c a t l a 为平台，在结合企业设 计人员实践经验的基础上研究基于c p 盯i a 的工程图国标化定制和辅助精度设计，并融入工程图 文件管理便利化思想。 1 2 国内外相关技术发展概况 计算机辅助设计是指在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实 用技术的总和。计算机辅助设计作为一门学科始于6 0 年代初，当时受到计算机技术的限制，其 发展速度很缓慢。如今，微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图 形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，c a d 技术已经变得非常普及，广泛服务于机械、电子、 宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。目前的c a d 技术正朝着人工智能和知识工程方向发展，其应用得到不断深化，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正得到前所未有的应用和 发展，在各个领域如飞机、汽车、机械、模具、建筑、集成电路中扮演了重要的角色，几乎每 个行业都有通用的c a d 软件。 国际上c a d 技术应用于机械工业已有几十年的历史。c a d 的国际标准化工作主要是由国 际标准化组织i s o cj t c l 信息技术、i s o 厂r c1 0 技术产品设计文件、i s o 厂r cl8 4 自动化系统 与集成等标准化技术委员会所承担，他们开展了研究与制定有关的国际标准的工作。到目前为 止，已制定出相应的国际标准数百个。h 1 这些标准在国外的微机c a d 软件中也逐步得到了应用， 如：在a u t o c a d 、c a dk e y 、s i 舯p h 、d e s i 印c a d 等c a d 软件中都不同程度的进行了应用。 还有的微机q d 软件和工作站上的c a d 软件正在利用版本更新的时机来采用相应的新标准 f 4 - b 】 利用计算机辅助制图是我国目前计算机辅助设计较为普遍的一种使用方式，由于计算机辅 助设计的不断深入，特别是近些年来计算机软、硬件的飞速发展，使得计算机辅助设计在很多 科技领域和生产实际中得到了很好的应用。而机械c a d 中较早研究、开发、讨论的就是机械 c a d 制图。我国的机械q 与制图是从8 0 年代初开始的。当时，有条件的高校只是采用引进 的通用c a d 软件来教学生画画简单的图形，有时出一些考试试卷，来完成任务一些作业。后 来，有些科研院所开始了c a d 开发与应用方面的研究，机械a 心制图由此在国内也慢慢地开 展起来。随着c a d 软件的不断升级，硬件功能的不断改进，机械c a d 制图也较快地进入了大 中型企业。同时有些科研单位开始了其国产化的研究。在引进消化的基础上，有的单位开始了 具有自主版权的机械c a d 软件的开发。机械c a d 与标准化工作是在8 0 年代中期开始的。其 中大部分以现行标准为蓝本，相应功能模块的开发，则是在8 0 年代末期在国家“七五”计划的 安排开始的睁蜡1 。 2 南京航空航天大学硕士学位论文 在工程设计行业，c a d 技术的应用大大提高了设计及绘图效率，c a d 应用软件的开发也越 来越重要。c a d 平台是一个全球通用的软件，用户群极大。c a d 平台软件需求量激增的同时， 也带来了各个行业更专业的需求的提高，如：建筑、机械、通信、结构等各个专业的用户也都 在一直期待着在c a d 平台软件上能有更专业的二次开发模块的出现，帮助他们进一步提高设 计效率。面对这一需求，早期基于国外c a d 软件开发的二次开发模块，由于技术的成熟度和 先入为主的优势，成为了很多用户的第一选择，但中国用户仍然无法真正实现“完全自主的 c a d 解决方案”【体1 7 1 。很多国产c a d 厂商意识到这个问题，开始推出基于国外大型c a d 平 台的二次开发软件。如对a u t o c a d 、c p 汀队等大型软件的二次开发已如雨后春笋般涌现。 由于通用c a d 制图软件大多由国外开发，例如法国达索开发的c a r 队系统，在航空业得 到了遍应用，我国航空企业也基本采用c p 口认作为设计出图软件。但是c 棚a 作为一款通用 软件，不可能包含各个国家的标准，因此，我国企业在应用过程中无法按照我国国标来出图。 这一矛盾不仅存在于c a = r 队，而且普遍存在于各种c a d 软件，关于c a d 软件工程图国标化定 制，国内较为成功的是天河软件公司基于a u t o c a d 的二次开发产品：t h p c c a d 。t h - p c c a d 采用的开发技术以中文环境w i n d o w s 2 0 0 0 m ，i n ) o a u t o c a d 2 0 0 5 为开发平台，保留了a u t o c a d 功能，不需转化，是基于a u t o c a d 2 0 0 5 平台的特征化、参数化、专业化、用户化、标准化、 集成化软件。t h p c c a d 系列软件已通过国家机械c a d 标准化审查，利用t h p c c a d 绘制的 工程图纸符合国家标准的制图规范。而在c a ：r 认平台上，国内尚无完整的工程图国标化定制二 次开发软件，而随着c a t 队市场的不断扩大，基于c a = r 认的工程图国标化工具肯定会受到企 业欢迎。 虽然近年来c a d c a m 技术发展迅速，已经广泛应用于各个领域，但是作为其核心技术之 一的计算机辅助精度设计c a t ( c o m p u t e r 加d e dt 0 l e r a n c e ) 的发展却相对缓慢。公差几乎贯穿整 个产品生命周期，决定着机器零件相互配合的条件和状况，直接影响产品的精度、性能、使用 寿命和成本等，是产品设计中极为重要的内容。然而，现行c a d 系统的核心是基于名义尺寸 的几何造型，已相当成熟，但是对于公差设计，由于国标和行业标准体系庞大，通用性强，给 出的诸多规则较为模糊，仍需要依靠设计人员的丰富经验和知识来处理，并手动将相应信息标 注在图纸上，致使设计效率低，设计质量受制于设计人员自身的水平和经验【1 8 - 1 9 l 。因而，c a t 是国内外先进制造技术发展中迫切需要解决的问题之一。 1 3 项目背景及研究内容 1 3 1 项目背景 目前，合作方某航空企业工程技术部门进行工装设计采用法国达索公司的c a d c a m 集成 系统叫a t 认，作为业界著名的软件产品，c a t 认具有强大的三维实体造型、工程图、曲面 3 c a t 从工程图国标化与辅助精度设计技术研究 造型、数控加工编程、动静力学分析、知识工程系统等功能，为航空产品的研制提供了较为完 备的解决方案。但是，c a t 从要能做到切实满足企业的需求，必须结合该企业制造工装设计的 特点、企业管理规范等的实际情况，进行合理的定制，才能最大限度地发挥其效能。在企业实 际调研中，我们听取了很多用c a r 队进行工作的技术人员对该软件的意见反馈，其中较多问题 集中在c a t i a 的工程图模块中，其中之一就是该软件没有采用中国的国标体系，使得：【程图的 标注形式、符号等与国标、企标不完全相符，造成与协作企业间的交流障碍。还有些新功能希 望能提供以提高设计质量和效率。为了更好地满足企业工装设计中工程图设计的要求，有必要 对c a t l 工程图模块现有的功能进行修改和扩充。 本项目旨在以c a t 认的c 从为开发平台，对c a r 认中常用的工程图绘制功能进行国标化 定制，开发符合企业要求的工具集，包括标准孔轴公差标注、基准和形位公差标注、粗糙度标 注、焊缝符号标注、技术要求编写、常用公差快速标注、常用尺寸修饰标注、零件号自动标注、 图幅设置、标题栏编写、明细表的自动创建与编辑等主要功能。开发的软件功能与c a t 认工程 图模块集成。 1 3 2 研究内容 c a t 认制图标准提供有国际标准组织( i s o ) 、日本工业标准( j i s ) 、美国国家标准( a n s i ) 及其他标准等系列。通过认真研究对比i s o 标准和我国国标，根据企业需求进行归纳，本课题 主要研究内容如下： ( 1 ) 研究方便、快捷的图纸设置功能，主要包括整合图幅设置、标题栏、参数栏等功能，使得 这些功能能够统一快速的完成以提高设计质量和效率，并且实现这些功能的完全国标化； 开发符合明细表、技术要求编写和图纸更改单等功能，使之符合我国国标或者企业标准， 并在一定程度上辅助设计人员进行文件管理； ( 2 ) 研究国标化的工程符号及其标注技术，包括基准符号、焊缝符号、锥度练斗度、常用尺寸 修饰标注等； ( 2 ) 初步的辅助精度设计技术研究，包括辅助精度设计基础数据库，在此基础上，建立精度查 询、孔轴配合公差等的辅助设计工具，并对智能化的计算机辅助公差配合进行初步研究。 1 3 3 章节安排 本文针对企业需求、结合企业现状，研究工程图国标化及辅助精度设计问题，以提高设计 速度、缩短研制周期。本文主要章节内容安排如下： 第一章：绪论 对c 棚a 工程图国标化与辅助精度设计技术研究的背景和意义做了介绍，结合目前国 内外研究现状，提出了c a n a 工程图模块在： 程应用中存在的问题和基本解决方案， 4 南京航空航天大学硕士学位论文 并对全文的主要内容安排做了简单的介绍。 第二章：工程图软件方案设计 对企业项目进行详细的需求分析，结合相关编程技术状况，提出了四层软件架构的总 体思想，并对c a = r 认工程图和二次开发技术做了简单的介绍。 第三章：工程图国标化技术研究 对工程图图框、标题栏、明细表等的自动生成及相关填充技术作了研究，以c a a 结 合v b s c r i p t 编程的方式作为解决手段：并对c a t 队中没有的、我国国标常用的符号 开发作了描述。 第四章：辅助精度设计技术研究 介绍了辅助精度设计数据库的建立和人性化的人机交互界面开发过程，在此基础上对 智能化的公差配合设计作了简单的探讨，为提高精度设计提供有利的工具和手段。 第五章：展望与总结 对本文工作进行了总结，对研究中存在的问题进行了分析，并为课题的进一步研究提 出了新的任务。 5 c a t i a 工程图国标化与辅助精度设计技术研究 第二章基于c a tla 的工程图软件方案设计 2 1 引言 目前，大多数机械c a d 软件都由国外公司开发，在国内应用时标准的统一问题上遇到了 较大难度。虽然有些企业做了一些标准化方面的工作，但不够深入，只是按照自己收集来的资 料或凭自己的经验进行定制和使用软件，这样不仅绘制出来的图样、图形符号和字体等可能不 一致，有些内容还可能是错误的。因此，在这些通用软件上建立符合我国机械c a d 制图标准 的功能模块是一项重要任务。关于工程图标化开发在二维q 软件中应用已较为成熟，例如 清华天河公司对加哟c a d 进行二次开发的新产品：t h p c c a d ，已经在企业实践中获得了应 用，并且拥有一定的市场份额。而在三维工程c a d 软件中，这样成熟并且获得广泛应用的二 次开发产品比较少见，给三维工程c a d 软件用户带来了很大的不便，因此项目合作企业要求 在三维c a d 软件c 棚a 上开发符合我国国标的工程图功能模块。 c a t 队作为世界一流的业内软件，已经为工程设计提供了比较全面的工具，但是在c a t 方面仅仅提供了简单的公差标注功能，而且根据企业设计人员的反映，它的标注功能在使用过 程中还存在操作复杂、效率低等缺点。 针对以上问题，本文研究基于c a t 从的工程图国标化和辅助精度设计，由于研究的目标是 通过二次开发形成最终实用的工程图设计软件模块。本章将进行软件需求分析确定软件功能框 架，再结合对c a t 认工程图模块的二次开发技术路线分析，在前面两者的基础上设计软件结构 框架，为整个软件的设计开发定下基础。 2 2 软件需求分析 软件需求分析是软件设计之前的必要过程，把软件计划期间建立的软件可行性分析求精和 细化，分析各种可能的解法，并且分配给各个软件元素。其任务是：深入描述软件的功能和性 能，确定软件设计的约束和软件同其他系统元素的接口细节，定义软件的其他有效性需求，借 助于当前系统的逻辑模型导出目标系统逻辑模型，解决目标系统“做什么”的问题。 c a t 认工程图模块的功能已经强大而完备，使用户可以方便、快速、准确地由三维模型直 接生成工程图。使用c a t 认v 5 生成工程图时，通常是由设计人员先进行实体建模生成三维模 型，然后再由三维模型生成创成式工程图。在企业实际调研中，我们听取了很多用c 灯队进行 工作的技术人员对于该软件的意见反馈，其中较多问题集中在c 肌的工程图模块中，他们反 映有些原功能存在不完全符合企业规范或使用不方便而需要更改。还有些新功能希望能提供以 提高设计质量和效率。为了更好地满足企业工装设计中t 程图绘制的要求，有必要对c a t 队现 6 南京航空航天大学硕士学位论文 有的功能进行修改和扩充。经过对需求总结归纳，及对c a t i a 工程图模块本身的研究，决定开 发如下功能： ( 1 ) 图纸设置 图幅设置根据企业要求对工程图幅面、宽度、高度、比例、垂直放置、对中线 等内容进行定制； 标题栏、代号栏、附加栏的编写根据国家标准定制标题栏、代号栏和附加栏， 设计人员可以方便快速地对栏中的信息进行编写。 ( 2 ) 齿轮、蜗轮蜗杆参数表 根据国标标准规定设定参数表格式，由用户根据实际情况对参数栏填写，并可以对 参数项目进行添加、删除等设置，可以导出文件到e x c e l 文件，以后如果需要可 以直接导入。 ( 3 ) 明细表的创建及编排 本模块的功能包括支持根据三维装配模型中的各零件属性信息自动创建工程图中的 明细表内容，实现从文本文件、e x c e l 表格中导入明细表内容的功能，并实现导出 明细表内容的功能，为b o m 管理系统提供数据源。实现明细表格式设置功能，具 体是指表头、单元格格式的设置；实现明细表编排功能，当明细表行数过多时，可 以通过明细表重排功能设定明细表每列表格的行数，对明细表进行分列布局；实现 明细表编辑功能，包括文本输入、插入删除行等。 ( 4 ) 图纸更改单 自动生成符合企业标准的图纸更改单，实现更改单图幅设置、更改栏、工艺人员签 字栏等的自动绘制，具体内容包括更改图号、更改原因、更改日期、更改单编号、 原内容、更改后内容、更改措施、编制人、校对人、审核人、审定人、更改单位。 ( 5 ) 一般符号及标注工具开发 符合指定标准要求的基准符号标注，包括基准符号和位置的选择与确定； 焊缝符号标注实现符合指定标准要求的焊缝符号的标注功能，包括焊缝类型 选择，表面外观定制及相关参数的用户输入与标注； 锥度斜度标注按照国标要求绘制锥度斜度符号，并能根据选择的标注对象 自动计算锥度斜度值： 尺寸快速修饰标注根据企业需求自行定制一些c a t i a 没有提供的修饰，如： m ，1 2 i ，r ，( ) 【】等。符合指定标准要求的常用正公差、负公差、对称公差 的快速添加和去除，并可根据需求自行定制； 技术要求编写与管理开发技术要求库，将企业常用技术要求进行有效的管 7 c 腿工程图国标化与辅助精度设计技术研究 理，设计人员可以方便地对技术要求库中的内容进行扩充、调用、编辑等操作。 ( 6 ) 工程图应用环境国标化定制 建立符合国标的图纸应用环境，如数值精度、轴线线型、剖切符号、图纸字体和视 图符号格式等的定制。 ( 7 ) 辅助精度设计 精度设计基础数据库建立支持产品精度设计的系列基础数据库，包括：公 差等级选用规则库，孔轴极限偏差数据库，极限间隙极限过盈数据库，基孔制基 轴制优先、常用配合选用规则库，标准公差数据库，表面粗糙度选用规则库，不同 加工方法表面粗糙度数值数据库，典型零件表面粗糙度参数库： 孔轴公差标注工具设计根据所选孔轴名义尺寸、配合类型和公差等级自动计 算其上下偏差，实现基轴制或基孔制配合的公差标注功能，并实现向用户推荐优先 选用的配合类型和公差等级功能； 孔轴类零件配合设计机械零件配合类型的选择就涉及到许多复杂的因素，如 相对运动性质、相对运动速度、承受力的大小、是否有附加紧固件、精度要求、工 作温度、可拆卸性、基本尺寸、工作环境、工件材料、表面粗糙度，润滑情况，配合 件生产方式等。由用户给定配合件使用条件等因素，由系统模糊处理后给出最合适 的配合类型。 经过对企业需求和机械工程图国标的整理和分析，提出基于c a r 队v 5 r 1 7 平台的功能结 构，其基本功能框架如图2 1 所示，后面的软件开发将在这个功能框架内进行。 8 图2 1 软件功能框架 南京航空航天大学硕士学位论文 2 3c a tla 工程图模块简介 本节主要介绍c a r 队工程图模块的基本功能结构，作为整个项目的平台，对它进行深入详 细的理解是首要条件，由于篇幅有限，本节仅作简要介绍。 c a t i a 工程图模块是一个高效、直观制图系统，不仅集成了2 d 交互功能。还增加了一个 用于修饰和标注工程图的高级制图环境，可以非常轻松流畅地从2 d 设计方法转变到3 d 设计 方法。它还包含了强大的图纸设置功能和画图工具等，当然强大的功能也意味着复杂的结构， 在对其进行开发之前有必要弄清其基本结构。 从软件功能角度看，c a t 队工程图模块具有2 d 设计、创成式图纸生成、外部c a d 图纸交 换、图片模式设置和打印等五大功能。根据项目需要，本文主要针对创成式图纸生成和2 d 设 计进行研究和二次开发。创成式图纸生成可以直接从三维零件或装配体投影生成二维图纸，它 的高效性、准确性是其它二维软件所无法比拟的；2 d 设计使得用户可以根据需求自由绘制高质 量的工程图，一定程度上可以和目前流行的a - u t o c a d 媲美，另外，创成式生成的二维图纸与 三维模型存在一个链接，三维模型的设计修改能实时反映到二维图纸上，突破了传统的工程图 设计方式f 2 0 1 。 从软件应用角度看，工程图以文档为基本单位对图纸文件进行管理，一个工程图文档称为 一个d r a w i n g d o c u m e n t ，是若干s h e e t 及其标准的集合，任何用户定义的标准都基于四个标准 ( a n s i 、i s o 、a s m e 或j i s ) 之一。如图2 2 所示，w | o m l g e 雏是一个d m w i n g d o c u m e n t ，它 包含了三个s h e e t ：s h e e t l 、s h e e t 2 和s h e e t 3