三维数字化设计工程图技术研究

三维数字化设计工程图技术研究本文以起重机卷筒数字化设计为例，分析SolidWorks三维数字化设计的特点，针对其在转化为工程图时可能出现的问题，提出了基于添加辅助线（点）装配草图的数字化工程图模板制作方法；以VB6.0软件为工具，结合Access数据库技术，解决了参数化模型中经常遇到的视图比例、视图位置、尺寸位置、尺寸精度和线形比例等方面的问题；在工程图的处理过程中采用了数据库技术，使得该方法简单精确，容易操作，有利于该技术的实施。0引言产品数字化设计可以从设计方法和设计内容上进行分类。产品数字化设计的内容包括机构件数字化设计和结构件数字化设计，二者在设计内容和设计方法上有很大差别。以起重机卷筒数字化设计为例，卷筒部件中既有结构件（如筒体、长轴和短轴等），也有机构件（如减速器、内齿圈、球铰联轴器、超载限制器和高度限位器等）。卷筒数字化设计的实现必须结合结构件数字化和机构件数字化的方法，在参数驱动结构件的同时；更改系统机构件模型的配置，或者在装配体模型中使用可互换的机构件模块替换目标机构件。机构件数字化设计和结构件数字化设计的工程图也有很大不同。机构件样式变化较多，但由于多数为外购件、标准件，故工程图中尺寸标注较少；结构件样式较少，尺寸变化较大，工程图中尺寸标注较多。卷筒数字化设计采用常规方法制作的工程图模板在参数化驱动后，由于尺寸、外形变化较大，会遇到较多问题，比较常见的有：视图比例不协调，视图位置杂乱无章，尺寸线、中心线漂移甚至报错，尺寸精度不能按实际尺寸显示，线形比例不符合要求等。1制作工程图模板三维数字化模型转化为二维图形时大部分是基于工程图模板的，工程图模板的好坏直接决定了后续工作的工作量。SolidWorks软件中的工程图在参数驱动后，工程图的视图、标注等随模型变化，这是实现参数化、数字化的基础；但是模型中的零/部件配置改变或零/部件被替换之后，这些零/部件反映在工程图中的线（点）的IDentity(ID)发生变化，尺寸标注及注解找不到原来的依附线（点），就会造成尺寸标注及注解的漂移甚至报错。所以解决问题的关键在于保证尺寸标注及注解依附线（点）的ID不变。装配草图是数字化设计常用的技术。参数驱动时，装配草图在控制零/部件的尺寸和装配关系的同时，自身的线（点）的ID在参数驱动前后保持不变，是尺寸标注及注解依附线（点）的理想选择，但是装配草图中的点和线与工程图尺寸标注及注解需要的依附线（点）在数量和位置上有一定的区别，需要另外增加辅助线（点），以便为工程图中的尺寸标注及注解提供足够的依附线（点）。这种基于增加辅助线（点）装配草图的工程图模板在参数驱动后，由于尺寸标注及注解依附线（点）的ID没有发生变化，不会出现严重的尺寸漂移以及报错现象，但是此类工程图模板在参数化驱动后仍存在以下问题：1）视图比例失调；2）视图位置漂移，甚至重叠，见图1；3）尺寸标注、序号线漂移，见图2；4）尺寸精度未按实际尺寸显示；5）在转化为DWG格式的图形后，线形比例不符合要求。图1参数驱动后工程图中视图比例及其位置变化示意图图2参数驱动后工程图中尺寸标注、序号线漂移示意图2视图比例调整视图比例的调整主要依据视图包络线对角线长度的变化。视图包络线又叫视图边界，当指针经过工程视图的边界时，视图边界被高亮显示。边界根据默认紧密套合在视图周围；SolidWorks赋予其大小，不可更改。如果添加草图实体到工程图视图，边界将自动调整大小以包括这些项目。卷筒主视图包络线位置及其参数如图3所示。图3中，点（xmin，ymin）及(xmax，ymax)分别为视图包络线矩形左下角及右上角的点，这两个点的四个参数可以通过View对象GetOutline函数的四个返回值获得。图3卷筒主视图包络线位置及其参数示意图参考视图包络线位置的视图调整方法操作简单：首先测量出模板中视图包络线对角线长度L0，将其作为常量存储在数据库中；然后，在参数驱动后，利用View对象的GetOutline函数得到该视图包络线的位置参数，根据长方形对角线长度计算公式，求出此时视图对角线的长度L为：运用View对象的ScaleRatio函数求出视图的当前比例，得到当前比例分式的分母Se0（假设视图比例小于1；反之，求分式分子。下同），然后计算出合理视图比例的分母。若要参数驱动后视图的对角线长度相等，则参数化驱动后，合理视图比例分母Se1的值为Se0与参数驱动前后对角线放大的比例的乘积，其公式为：视图比例调整的主要代码如下：得到合理视图比例的分母后，再次运用View对象的ScaleRatio函数重新设定视图比例即可。3视图位置调整视图位置调整示意图如图4所示。在数据库中建立一张视图位置信息表，用来存储不同工程图模板中的不同视图的视图包络线的中心点O的坐标。参数驱动后，首先将工程视图调整到一个合适的比例（若先调整视图位置，再调整视图比例，视图位置依然会变。反之，可以得到理想的效果）。利用视图包络线位置参数求出视图比例调整后该视图包络线中心点O＇的坐标，并与数据库中记录的该视图包络线中心点O的坐标进行比较，计算该视图包络线中心点坐标的偏移量xlen、ylen为：图4视图位置调整示意图式中：xd、yd分别为数据库中对应的该视图的理想包络线中心点坐标值。然后运用View对象的Position函数将视图当前定位点p＇（x，y）向视图偏移的反方向移动，X向移动-xlen，Y向移动-ylen，到视图定位点P即可。点P（xmove，ymove）的坐标计算为：视图位置调整的主要代码如下：4尺寸位置调整及中心线制作笔者把典型卷筒总装图中需要调整的尺寸分为两类：一类是包络线附近平行于包络线的尺寸，这种尺寸可以参考视图包络线的位置进行调整；另一类位于视图包络线内部，距离包络线位置较远，或者距离包络线的距离不确定，无法参考视图包络线位置，此类尺寸的位置可用“假想基线法”调整。4.1外围尺寸调整图5所示为四个方向的单位向量及尺寸层。外围尺寸调整有两个重要的知识点：一是尺寸方向信息，即模板中该尺寸标注距离包络线中心点的方向，它的最佳表达形式是向量，图5中四个向量为四个方向的单位向量，这四个向量可以表示图样中大部分尺寸的方向性；二是尺寸的层信息，这里的尺寸层是对尺寸偏离包络线距离等级的量化，图5中尺寸层1、2、3表示距离视图包络线由近到远的三个尺寸层。图5四个方向的单位向量及尺寸层模板中所有视图的这两个信息需要在数据库中记录下来，外围尺寸的调整过程就是遍历所有视图中的所有尺寸，查找数据库中与该尺寸ID对应的尺寸位置和尺寸层数据，将其根据尺寸方向移动到指定位置。视图外围尺寸调整的流程如图6所示。根据向量的数量积公式，计算其中某个具体尺寸的合理位置坐标值xdr、ydr为：式中：vx、vy分别为单位向量的X、Y向分量。K为尺寸层间隙；I为尺寸层参数；xdn、ydn分别为当前尺寸位置坐标值。图6视图外围尺寸调整的流程尺寸位置的赋值语句为：swAnn.SetPositionXdr，Ydr，0。这里移动的仅仅是垂直于尺寸线方向的坐标，平行于尺寸线的坐标在参数驱动后，由于采用了基于添加辅助线（点）的装配草图作为尺寸标注依附线（点），平行于尺寸的坐标仍在模板位置（如图2所示），故无需调整。4.2假想基线法假想基线法是将尺寸层最里层的尺寸看成包络线，在数据库中记录每个尺寸层所参考的尺寸，此类尺寸调整时，须先调整被参考尺寸，其他同外围尺寸调整。假想基线法调整视图内部尺寸的实例见图7。图7假想基线法调整视图内部尺寸的实例由图7所示可知，尺寸层0、1、2、3位于视图包络线的内部，距离视图包络线的距离等级难以量化，但是这几个尺寸层的方向一致，且相对位置固定。优化这种尺寸位置的具体做法是用单位向量将这些尺寸的方向信息记录在数据库中；针对这类尺寸，可以将其相对于起始尺寸层的距离偏离等级记录在数据库中。在编写尺寸优化程序时，首先获取起始尺寸层的位置信息，然后参考起始尺寸层，根据存储在数据库中的尺寸方向及其尺寸层数据将这类尺寸调整到合理位置。4.3中心线制作工程图模板中采用SolidWorks工程图中心线工具做出的中心线在参数驱动后，经常会出现漂移。而装配草图中的构造线作为中心线可以避免此类问题的发生，具体的做法是在作装配草图时，在需要显示中心线的位置作构造线，参数驱动后，使用SetUserPreferenceToggle函数显示该装配草图即可。5尺寸精度调整在实际出图的过程中，常会根据尺寸的小数位数显示尺寸，SolidWorks软件批量实现此功能比较困难。因此，可使用GetSystemValue2的方法得到该尺寸的实际值，判断其小数的位数，然后使用SetPrecision方法根据小数位数或根据需要显示该尺寸的尺寸精度。6线形比例调整目前国内企业施工图样的最终表现形式最为常见的是AutoCAD格式。SolidWorks工程图通过API转换为DWG格式的图样时经常遇到线形比例问题。在已经转换为DWG格式的文档之后，可在AutoCAD环境下，使用API函数构造线段