基于SolidWorks的渐缩弯头展开新方法.doc

基于SolidWorks的渐缩弯头展开新方法渐缩弯头是管道工程中常用的变径转弯构件，它是由若干锥度相同的圆锥管对接而成，接口处的结合线为平面曲线，投影中积聚为直线。两端口平面根据需要成一定角度，中间各节圆锥管的轴线较长，两端节轴线较短，相当于中间节的一半。展开时为节省板材和提高精度，常将偶数节管绕其自身轴线旋转180后，把各节管拼接为一正圆锥管进行展开，正圆锥管的高度等于弯管各节轴线长度之和。 渐缩弯头的展开方法，传统常用的方法是“作图法”和“计算法”。应用传统的方法对渐缩弯头进行展开比较繁琐且精度不高。尽管一些资料上介绍了一些展开计算的数据表，可以减轻部分计算丁作量，但这些数据表不全面，只对一些常用的渐缩弯头展开有用。 基于此，下面拟以渐缩弯头管件的展开为例，利用solidWorks三维绘图软件，介绍一种新的展开方法。l 实例 图l所示为任一渐缩弯头管件。其中图1a为其立体图；图1b为平面图。从图中可以看出，该渐缩弯头管件的端口直径D=600 mm，d=360 mm；弯头弯曲中心线半径R=600 mm；端口平面夹角=100，节数，N=5。要求求出该渐缩弯头管件的平面展开图。现在设定渐缩弯头的展开按薄板处理，忽略板料厚度。图1渐缩弯头2 展开计算 根据渐缩弯头的特性和传统计算公式，对渐缩弯头进行必要的计算如下：(1-7)式中各参数所表示的意义参照图1b及图2。根据以上公式，已知条件与计算结果如下： 已知条件：D=600mm，d=360 mm，R=600mm，=100，N=5。 计算所问数据：B=125=133h=106416；H=26604；y=8357；=16453；=42357；=68261；=94164。 根据所得数据，做出渐缩弯头管件的放样图，如图2所示。图2渐缩弯头放样图3渐缩弯头实体建模31正圆锥建模 (1)渐缩弯头将偶数节旋转180后，各节拼接后为一正圆锥。首先对该正圆锥进行实体建模。 (2)绘制“草图l”，选择“前视基准面“”草图绘制(2D草图)”，绘制一个直角梯形(尺寸参照图2所示)，选择“特征“”旋转凸台”，以直角梯形的直角边为中心轴，旋转得到如图3所示的正圆锥。图3正圆锥实体 (3)分别过直线，且垂直于“前视基准面”，作“基准面l”、“基准面2”、“基准面3”和“基准面4”。 (4)分别用“基准面l”、“基准面2”、“基准面3”和“基准面4”截取正圆锥，所得的4个截面均为椭圆，测量其长轴和短轴，所得数据如下表所示。四个椭圆截面的长轴和短轴表 表中截面1为过直线的基准面1截正圆锥所得的椭圆，截面2为过直线的基准面2截正圆锥所得的椭圆，截面3、截面4依次类推。32第1节建模 (1)选择“新建“”零件”，绘制“草图1”，选择“前视基准面“”草图绘制(2D草图)”，绘制如图1b)所示的草图(把图1b)中的实线全部改为虚线)。图4草图2(第1节) (2)绘制“草图2”，选择“上视基准面“”草图绘制(2D草图)“”圆”，绘制如图4所示的草图，在草图的一侧留一切口，切口形状如图5所示。图5切口形状 (3)绘制“草图3”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面1”，选择“基准面l“”草图绘制(2D草图)“”椭圆”，绘制如图6所示的草图，椭圆的长轴和短轴与表2中截面l的长轴与短轴相同。在草图的一侧留一切口(切口位置与草图l中切口在相同一侧)，切口形状如图5所示；切口的宽度应尽可能的小，但不能太小。否则不能生成放样实体。图6草图3(第l节) (4)生成第1节钣金实体，选择“钣金“”放样折弯”，“轮廓”选择”草图2”和“草图3”，厚度输入0005(任意输入，数值越小越好)，生成渐缩弯头第l节实体如图7所示。图7第1节实体 (5)保存，命名“第l节实体”。33第2节建模 (1)重复32中步骤l，绘制“草图l”。 (2)绘制“草图2”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面l”，在“基准面l”上绘制“草图2”，长轴与重合，椭圆形状与图6完全相同，不同之处为切口旋转180到对侧。 (3)绘制“草图3”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面2”，在“基准面2”上绘制“草图3”，形状为椭圆，椭圆的长轴和短轴与表2中截面2相同，且长轴与直线重合。切口位置与“草图2”在同一侧，形状如图5所示。 (4)生成第2节实体，选择“钣金“”放样折弯”，“轮廓“选择”草图2”和“草图3”，厚度输入0005，生成如图8所示的实体。图8第2节实体 (5)保存，命名“第2节实体”。34第3节、第4节、第5节实体建模 参照32和33中的步骤，分别创建第3节、第4节、第5节实体，如图9、图10、图ll所示。在绘制草图时，椭圆的长轴和短轴与表2相对应，圆为直径为端口直径；同一实体中的两个草图切口在同一侧，偶数节椭圆草图的切口与奇数节反转180。图9第3节实体图10第4节实体图11第5节实体4 渐缩弯头平面展开 根据solidworks中钣金件可以展开的特性，把五节实体全部按“平板型式”展开，并生成工程图，然后按顺序依次将五个展开的工程图拼接起来，便形成该渐缩弯头的平面展开图，如图12所示。这样就可以对展开图进行任意等分，标注各节管相应素线的长度。图12渐缩弯头展开图5 结论 以上利用三维软件solidworks，对渐缩弯头管件五节管分别进行钣金建模。考虑实际加工中节省材料的情况，在对五节管件建模时，把偶数节草图的切口与奇数节草图切口反转180。根据SolidWorks软件中钣金件可以进行平面展开的特性，把五节管分别按“平板型式”展开，然后转化成工程图，按顺序将五个工程图拼接起来，便形成该渐缩弯头的展开图。该方法能够对任意弯头端口直径(D，d)、任意弯曲中心线半径R、任意节数N、任意端口平面夹角的渐缩弯头管件进行快速、准确的展开，在实际生产加工中具有重要意义。 基于SolidWorks凸耳功能的研究与开发动设计修改的建模技术，为工程设计人员提供了高效易用的设计环境。尽管SolidWorks功能非常强大，但它依然不能顾及所有方面高效设汁的需求。凸耳是机械设计的常用特征之一，在其它机械三维CAD软件，如ProE中都把这一功能特征列为基本的工程特征，可以进行直接建构。而在SolidWorks中并没有实现直接建构的功能。借鉴Solidworks自带功能如装配凸台、弹簧扣、弹簧扣凹槽，以VS2005为开发工具，利用SohdWorks的二次开发接口，实现与SolidWorks完全兼容的凸耳特征功能，提高设计效率。 1 SolidWorks二次开发简介 为了方便用户进行二次开发，SolidWorks API提供了支持二次开发的应用编程接口，任何支持OLE和COM(组件对象模型)的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具。利用开发工具通过该接口可以扩充SolidWorks的功能，设计定制的SolidWorks特征功能。 目前基于SolidWorks有两种开发模式Addin aplication(*DLL)和Stand-alone application(*EXE)。Add-in application模式，客户程序SolidWorks程序运行在同一进程空间中效率高，并且可以添加自己的菜单、工具栏、属性页。 但是扩展功能的异常会导致SolidWorks程序的不稳定。Stand-alone application模式，扩展功能程序跟solidWork。程序运行在不同的进程空间，客户的程序的异常不会影响SolidWorks程序，但是其效率不高，并且不可以在SolidWorkS程序中添加自己的菜单、工具栏、属性页等。基于以上分析，建构的凸耳功能是作为SolidWorks基本特征功能的扩充，需要完全融人到Solidworks环境中，因此采用Addin application(*DLL)的模式进行凸耳特征功能的建构。2功能的分析与定义 凸耳的结构，如图1所示。需要的定位参考基准为：一个凸耳放置位置，凸耳的高度与宽度的建构方向。定形尺寸为：凸耳的长度尺寸、凸耳的宽度尺寸、凸耳高度、凸耳的倒圆角半径以及凸耳眼的直径尺寸等。图1凸耳结构 SolidWorks设计功能的强大和自由，凸耳有多种建构方法，如通过建立基体去除材料的方法，建立完整草图整体拉伸的方法等等，采用清晰、简单的如下建构过程：(1)根据凸耳的长、宽、高从放置平面向建构方向生成一个基体；(2)在方块的上边缘根据设定的圆角半径进行凸耳圆角的生成；(3)根据凸眼的直径尺寸，进行凸眼的切除生成。凸耳作为SolidWorks的内嵌功能，需要与SolidWorks的所有环境相互兼容，则要求：把凸耳功能添加到设计树中；支持设计树中的各种右键操作功能，如编辑、重建、删除等等；在装配环境中进行上下文编辑的功能；支持自动录制宏的功能等。3功能实现流程 根据定义要求，凸耳功能的实现流程主要为：(1)以Addinapplication(d11)的方式，把凸耳功能连接到SolidWorks主线程中；(2)在主菜单中增加凸耳功能菜单按钮；(3)在菜单按钮按下时，建立功能界面定义页面；(4)通过交互操作实现凸耳特征的约束与定义；(5)创建凸耳特征，把功能特征加入到设计树上，并实现与其它所有相连功能的兼容。4界面的实现 在VS2005中，利用SolidWorks的二次开发向导，创建Add-in application(d11)方式的工程项目。SolidWorks自动实现凸耳特征Add-in模块与SolidWorks主线程的连接，凸耳功能嵌入SolidWorks作为扩展功能，需要在主菜单中添加相应的菜单项和工具栏中添加图形工件。菜单项的添加函数为：status：SldWorks-AddMenultem3(DocumentType，Cookie, Menuhem，Position，Menu Callback，MenuEnableMethod，HintString，bitmapFilePath，&isMenultemAdded)。其中，凸耳功能是属于零件特征，选取DocumentType为swDocPART；Menucallback为按钮响应的回调函数。通过凋用没置即可实现在新建或打开零件文件的时候加载这一菜单项。 根据凸耳的定位和定形的要求，定义用户交互功能界面。定位参考点采用与弹簧扣、装配凸台一致的界面策略，利用一个实体面选取框，确定凸耳的放置参考面，以鼠标选取底面放置面的点击点为建构中心，并为在这一点击点处自动添加一个三维几何约束点。方向由平面的法向或者直线的方向来定义，用兼容直线和平面的选择框来确定凸耳建构的两个参考方向。五个定形尺寸通过尺寸编辑数字文本框来确定，按顺序依次是：高度、长度、宽度、倒圆角半径、凸耳圆直径。通过SolidWorks API的主要建构过程如下：(1)通过IPropertyManagerPage2Handler3得到建构句柄；(2)设置页面包含确定wPropertyManagerOptionsOkayButton、取消swPropertyManagerOptions_CancelButton等属性并通过ICreatePropextyManagerPage建构一个定义页；(3)利用IAddGroupBox创建定位”“尺寸两个挖件组，定位组包含定位参考元素的选取框，尺寸组定义定形尺寸的数字编辑框；(4)在组中根据控件的类型和属性要求通过IAddControl进行swControlType Selectionbox选取框或者swControlType Numberbox尺寸编辑控件的添加，并设置相应的鼠标提示说明文字。建立特征定义编辑页，如图2所示。图2凸耳功能 5主要功能实现 特征的扩展功能，需要通过SolidWorks的基本特征API接口进行建构。在编程实现的时候需要遵守SolidWorks的特征约束要求。凸耳的建构流程在上文中已经进行分析，通过SolidWorks的现有功能，零件上建立凸耳的具体建构流程，如图3(a)所示。(1)在放置面上根据长度、宽度以及放置的位置要求定义一拉伸草图，如图3(b)所示。(2)利用拉伸特征功能生成出给定高度的凸耳基体，如图3(c)所示。(3)利用倒角功能按定义的尺寸要求进行的边角去除，如图3(d)所示。(4)按尺寸要求定义的凸耳眼的切除草图，如图3(