液压三维管道布置CAD系统.doc

液压三维管道布置CAD系统9r液压三维管道布置CAD系统浙江大学型赵髀刊7孽一时一坼嘛瞎qS摘要介绍在微机上开发的液压系统三维管道布置的计算机辅助设计系统.该系统利用面模型和参数绘图技$i术,建立液压元部件图库,并配之坐标和菜单驱动系统操作图形库,即可实现三维管道系统的设计,模拟装配,S并可生成该液压系统二维工程图及三维装配图.$.骨垤啦盼托5毒叙词:三堡!1概述液压系统空间管道布置的复杂性,是影响系统质量的关键因素之一,降低了整个液压系统的Ij造效率.三维管道系统在表达上存在障碍,而二维平面图纸难于表达清楚.管道装配过程中的干涉校验,也一直是进行系统设计时困难的工作.根据目前的需要,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,以国际流行CAD软件AUTOCAD系统作为基础软件,在微机上进行液压三维管道布置计算机辅助设计软件的研制.利用C语言和usP语言对绘图软件进行二次开发,采用变参绘图技术建立液压元件三维立体构筑工具库.用户可以在三维空间中,通过菜单系统操纵图形库,在计算机屏幕上进行管道系统的布置,设计或模拟装配,输出设计报告或者工程图纸.2三维液压元部件构筑工具库进行三维管道布置CAD软件的开发,首先要解决的是怎样在计算机屏幕上,实现三维液压元件的显示.通过对基础绘图软件提供的三维功能的开发,使得我们能够实现三维图形的构造.立足于基础绘图软件,并考虑到硬件环境的限制,每一个空间图素是采用面模型建立起来的.在建立三维液压元部件图形库的过程中,所有装配尺寸必须保证足够精确,这样才可以达到模拟装配的目的.面模型的三维构筑方式,是兼顾有限的硬件速度,内存,基础绘图软件的在三维方面的局限性以及研究对象的特殊要求而提出的一种较有效的方法.采用面模型,不同型号的元部件,要求提供不工程机械,1998(5)同数据到数据库中,便可以绘出此型号元部件的三维图.常用的三维体素都有子程序可调用,用户对它们进行组合,便可扩充库的内容.本系统对常规液压元部件建立了三维图形库,图l提供了一些三维的液压元部件图形的例子.图1三雏元件图倒(a)弯管(b)换向阀3管道布置的实现直管是用一条母线绕中心线旋转形成的.为了模拟现实情况,弯管有光滑性的要求.把弯管的三维轨迹点当作各个位置矢量,由Qo,Q,Q共n+1个位置矢量所确定的n-2段曲线段,可组成一条四阶BSpline曲线,其表达式为:DP(f)=QNi,4(t)0fn-29一,L一一其中N)为四阶B-Spline基函数,其数值可由递推表达式求得.n表示有n+1个控制点矢量.在端部采用重顶点,从而使得所产生的B-Spline曲线通过管道的两个端点,则生成空间曲线为:x=(),Y=(f),z=z();),(f),z(O分别为位置矢量,的三维分量.此空间曲线L在其上任一点0o,zo)处的切线为:x0YY0=一z07显然,x),Y),=,(f)是光滑的.因此证明得到的空间管道轨迹线是光滑的.糟此轨迹线便可以用三维多边形网格构造一条三维的光滑弯管,图2便显示了一个光滑弯管的例子.圈2光滑敦管的实现在管道布置中,一直存在干涉校验的问题.在布置前,可沿着管道的轨迹不断地以一个长方形盒(BOX)来探测在这条轨迹线上是否存在其它体素.如果盒中包含了其它体素,则会发出发生干涉的警告.但是,由于采用的是面模型,大的体素的内部并没有信息,所以无法发现干涉,这必须采用实体模型才能解决.上述的干涉校验方法,主要用于在管道布置时,来发现管道和小的体素之间以及管道之间的干涉校验.4液压三维管道布置CAD软件结构这里所讨论的三维管道布置CAD软件,是面向液压系统的管道布置而开发的.对环境稍作修改,就可以推广到类似的管道布置领域中去.在三维液压元部件图形库的基础上,设计一套菜单驱动机构,配之辅助工具并可实现三维管道布置CAD软件.下面介绍其基本构成.本三维管道布置CAD应用软件(PA3),主1O一要由图3组成.圈3系统结构圈这lO个主要部分,构成了本软件的主体.它们相互支持,组成一个完整的有机体,实现系统的功能.软件系统流程图,如图4所示.圈4软件系统工作藏程圈4.1人机界面良好的人机界面设计,对系统具备优良的性能至关重要,也是进行正确的管道设计和装配模拟的必要保证.本系统的菜单设计,包括屏幕菜单,下拉式菜单和图标式菜单相互支持,提供了直观方便的设计环境.屏幕菜单包括了所有的系统功能,是工程机槭,1998(5)基本的菜单下拉式菜单操作方便简明,可以在整个屏幕范围内,对主菜单的各项进行选择.在进行绘图时,主要以图标菜单提供各种图例,直观地给用户提供选择,使系统更加开放,并且解决了三维点的输人问题,用户不但可以用三维坐标的形式输人,而且可以直接用鼠标在屏幕上精确输人.12布置策略在绘图时,主设计屏幕开有四个窗口,分别为主视图,左视图,俯视图和轴测图.在布置过程中,这样的观察方向一般已可满足大部分需要.用户还可以根据需要选择其它的观察方向,如后视图,右视图,仰视图以及任意方向视图,即从空间任意方向来观察三维立体模型.随后,用户可以根据需要来输出工程图纸.元件布置可以在适当的任意视窗和观察方向中进行,元件可以措x,Y,z轴及其它方向上移动,并可进行旋转处理,直到满足布置要求为止.在进行位置移动时,各个视窗中的元件也作相应的移动.在管道系统的布置中,由于不同功能用途的管道可以方便地分辨出来,也为了使设计者有直观的认识,这些不同的管道将在不同的层(1ayer)中进行布置,并赋于不同的颜色.就液压管道系统的布置而言,压力油管,回油管,控制油管都在不同的层中布置.用户在进行管道布置时,可根据自己的需要定义用户坐标系统.这样,用户就可以在自己的工作空间内,方便地用相对坐标进行布置3后备处理在应用本系统时,既可设计一个管道系统,也可对已有的系统作模拟装配.在后者的应用中,用户必须对布置设计的各元件的位置及各种属性有全面的了解,为以后的实际装配提供各种参数.本系统在布置设计过程结束时,将提供一个报告,告诉用户在设计过程中的各种布置信息.报告文件包括布置的各类管道的类型,长度,位置,以及各类液压元件的类型,数量,位置等信息,可用于生成工程图纸或装配工艺卡.14三维图形至二维图形的转换机构液压系统管道布置完毕或模拟装配之后,可把任意的三维视图方便地转换成一定的数据文件.该文件采用简单的二进制格式描述原来的三维实体.读人该文件并通过一个显示机构,便可以把三维图形转换成二维图形.利用生成的二维图形,生成所需的工程图纸.该软件已成功应用于杭州叉车总厂叉车液压系统的三维管道布置中.图5即为叉车液压系统的三维管道布置轴测图,用传统的设计方法,这种图是难以生成的.厢55结论本系统是在微机上开发应用三维CAD软件的尝试.该软件使得设计人员能够在微机上的三维空间中,进行液压管道系统的空间设计或模拟装配,一旦设计完成,可直接生成装配图工程图纸或装配信息表.参考文献1脒鹰路涌祥.嵌人式知识基技术在液压CAD软件开发中的应用.液压与气动,1990(3)2胡瑞安着.计算机辅助几何设计.武汉:华中工学院出版社,I987.(收稿日期:1996-0821)会讯全国振动时效技术研讨会暨济南铸锻所振