基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設(shè)計

2013-06-01 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文介紹了一種塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成,采用特征造型技術(shù)、變量化技術(shù)和ActiveX Automation技術(shù)實(shí)現(xiàn)了塑料門窗的設(shè)計、編輯、管理、優(yōu)化下料等。討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

王濰趙方
關(guān)鍵字:UGS Solid Edge CAD/CAM

1 前言
隨著塑料門窗的應(yīng)用不斷普及,對其設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率的要求越來越高。盡管目前出現(xiàn)了一批二維的塑料門窗輔助設(shè)計軟件,但是在產(chǎn)品正式完成以前,二維塑料門窗輔助設(shè)計軟件對產(chǎn)品的設(shè)計效果及制造、裝配過程不能有一個全面的認(rèn)識。如果能夠判斷設(shè)計是否合理可行,甚至能對制造、裝配工藝性的做出評價,則能不斷改進(jìn)設(shè)計和工藝方案,獲得理想的設(shè)計效果。采用三維設(shè)計軟件,可以避免二維設(shè)計軟件的局限性,達(dá)到直觀的設(shè)計和虛擬裝配效果。不但可以為生產(chǎn)制造提供更加詳細(xì)的工藝數(shù)據(jù)和裝配信息,而且便于CAD/CAM的信息集成。
我們以UGS公司的Solid Edge軟件為平臺,利用軟件強(qiáng)大的特征造型技術(shù)、變量化設(shè)計技術(shù)和ActiveX Automation技術(shù),以面向?qū)ο蟮腣isual Basic語言為開發(fā)工具,開發(fā)了基于Solid Edge的塑料門窗設(shè)計系統(tǒng)。圖1為系統(tǒng)的主界面。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設(shè)計+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

圖1 系統(tǒng)主界面

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與組成
如圖2所示,系統(tǒng)主要包括工程管理、型材管理、窗型設(shè)計、優(yōu)化下料和幫助信息等模塊。主要模塊的功能如下所述。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設(shè)計+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片2

2.1 工程管理模塊
當(dāng)首次進(jìn)入系統(tǒng)時,要根據(jù)客戶需要,建立工程信息。其中應(yīng)包括客戶名稱,建立日期,合同編號等常規(guī)信息。還應(yīng)根據(jù)客戶要求,為整個系統(tǒng)選擇型材的廠家, 以保證整個工程顏色、風(fēng)格、款式的一致性。根據(jù)設(shè)計要求保存所選擇、設(shè)計的窗型及數(shù)量。保存窗型中各個部件的詳細(xì)信息,如V口位置、方向,裝配關(guān)系,窗型類型等。如果不是第一次進(jìn)入系統(tǒng),則可以選擇新建或者打開以前的工程。
2.2 型材管理模塊
對原材料廠家所生產(chǎn)的型材進(jìn)行管理分類,以便于工程模塊進(jìn)行選擇。型材庫的創(chuàng)建與管理是進(jìn)行窗型設(shè)計以及優(yōu)化下料的前提之一。型材庫存儲各種型號型材及相關(guān)信息,以及進(jìn)料、出料的管理。
2.3 窗型設(shè)計模塊
是系統(tǒng)的核心內(nèi)容,主要是通過對Solid Edge軟件的二次開發(fā),進(jìn)行各種窗型的設(shè)計、添加或刪除窗型零件、讀取窗型特征信息以及進(jìn)行窗型零部件裝配等。
2.4 優(yōu)化下料模塊
當(dāng)工程中所有窗型設(shè)計完畢,要進(jìn)行下料之前,根據(jù)窗型中各個零件的尺寸,對其下料順序進(jìn)行優(yōu)化,并使余料最小,并生成最優(yōu)的下料順序。優(yōu)化下料模塊可直接向型材庫存取有關(guān)型材,通過從庫中選取型材進(jìn)行下料優(yōu)化,是材料統(tǒng)一調(diào)度的核心。

3 關(guān)鍵技術(shù)問題
3.1 Solid Edge對象層次結(jié)構(gòu)
Solid Edge對象之間一般通過對象層次結(jié)構(gòu)的形式互相聯(lián)系。Solid Edge 的對象層次結(jié)構(gòu)可以描述為自上而下的樹結(jié)構(gòu),其根節(jié)點(diǎn)對象通常是一個應(yīng)用。要訪問應(yīng)用中的一個對象,必須從層次樹中的頂部向底部遍歷,直到找到需要訪問的對象。Solid Edge擁有四種工作環(huán)境:零件(Part)、鈑金(sheet Metal)、裝配(Assembly)和工程圖(Draft),其中 ,零件和鈑金共用一個對象層次結(jié)構(gòu),而裝配和工程圖分別擁有各自獨(dú)立的層次結(jié)構(gòu)。每個文檔對象都包含了各自的屬性與方法,這些屬性有包含很多子屬性和方法。對象與方法的調(diào)用關(guān)系與使用Solid Edge建模的過程是一致的,在二次開發(fā)時只要按照設(shè)計的思路,分步調(diào)用適當(dāng)?shù)膶ο蠛头椒?就可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能[1]。
3.2 特征信息的提取和匹配
塑料門窗CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)是變量化設(shè)計。系統(tǒng)首先創(chuàng)建了型材和常用窗型的參數(shù)化模型,用戶可以通過選擇不同的設(shè)計參數(shù)完成常用窗型的參數(shù)化設(shè)計。為了提高系統(tǒng)的柔性,增加了窗型編輯模塊。在已經(jīng)生成的參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上,有計算機(jī)提取相關(guān)特征信息并與窗型知識庫相匹配。通過特征的識別,獲取用戶的輸入信息,自動完成窗型零件類型的識別。特征信息提取的主要方法是利用Solid Edge的對象層次結(jié)構(gòu),遍歷相關(guān)特征集合,找到實(shí)體中的所有特征[2]。利用特征對象的方法,提取特征屬性,獲得特征的定義信息。例如遍歷窗型文件中每個零件,判別出邊框和中梃的代碼如下:
Set objApp = GetObject(, "solidedge.application")
    If Err Then
        Err.Clear
        Set objApp = CreateObject("solidedge.application")
        End If
        objApp.Visible = False
        Set objDocs = objApp.Documents
        If objDocs.Count <> 0 Then
           objApp.ActiveDocument.Close (False)
        End If
        Set objdoc = objDocs.Open(Bpath)
            If Err Then
            Err.Clear
            MsgBox "不能打開所選窗型"
            Else
            Set objParts = objdoc.Occurrences
            For i = 1 To objParts.Count
                Set objpart = objParts.Item(i)
llx = Getlx(objpart)
                If llx = "xk" Then
                   Text1.Text = Getedit(objpart)
                   QDKC = Getedit(objpart)
                ElseIf llx = "zk" Then
                   Text2.Text = Getedit(objpart)
                   QDKG = Getedit(objpart)
                End If
            Next i
      End If

3.3 裝配件的實(shí)時編輯
圖3為窗型設(shè)計模塊中窗型編輯主界面。各種窗型實(shí)際上是由窗型零件構(gòu)成的裝配件。修改裝配件的尺寸是通過修改其中的每一個窗型零件的尺寸進(jìn)行的。因此,我們需要協(xié)調(diào)的改變裝配件中的每一個零件的尺寸,才能保持裝配件整體的裝配關(guān)系,以及外形不改變,并維持一個完整的整體。每次修改尺寸時,我們要判斷每個零件的類別以及其裝配關(guān)系。修改完以后,必須調(diào)用objdoc.Updateall來保存所做的修改。
在Solid Edge裝配環(huán)境中的自動化接口允許在裝配體中添加零部件,這是由零部件集合對象提供的AddByFileName方法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)在裝配體中交互放置零件時,可以通過定義零件之間的關(guān)系來控制他們的相對位置;可以通過兩個集合訪問裝配關(guān)系對象:AssemblyDocument對象中的Relations3d集合和每個零件對象的Relations3d集合。AssemblyDocument對象中的Relations3d集合允許對文檔中的所有關(guān)系進(jìn)行遍歷,而每個零件對象的Relations3d集合允許對指定零件的關(guān)系進(jìn)行遍歷[1]。裝配分為點(diǎn)匹配,面匹配,中心線重合,插入,角度等裝配關(guān)系,我們這里需要采用的是兩個點(diǎn)匹配和一個面匹配,來確定兩個零件能夠垂直貼合。首先是面匹配,通過GetParamRange方法得到一個面某一個方向上的最大值和最小值,就可以得到一個規(guī)則面的中點(diǎn)。通過兩面的中點(diǎn),對兩個面進(jìn)行連接。要創(chuàng)建一個連接關(guān)系(Connect),則需要調(diào)用AddPoint方法。

基于Solid Edge的塑料門窗三維CAD系統(tǒng)的設(shè)計+應(yīng)用技術(shù)圖片圖片3
圖3 窗型編輯主界面

3.4 裝配關(guān)系的獲取
為了便于修改和重新生成窗框,必須記錄各個零件之間的裝配關(guān)系,取得裝配方式及其關(guān)鍵點(diǎn)或面。首先要取得裝配關(guān)系集合,在該集合中遍歷裝配體中的每一個裝配信息,及其方法與個數(shù)。采用多種方式裝配的,一定要注意其匹配的順序。否則生成的裝配關(guān)系將無法還原。
3.5 優(yōu)化下料
采用線性優(yōu)化的算法,以下料后的余料的總長度最小為目標(biāo)函數(shù),對型材下料進(jìn)行全局優(yōu)化。優(yōu)化下料的依據(jù)來自于窗型設(shè)計中窗型的尺寸,優(yōu)化后的信息存放入優(yōu)化數(shù)據(jù)庫,此數(shù)據(jù)庫將作為連接CAM 模塊的主要接口[3]。

4 結(jié)論
塑料門窗CAD系統(tǒng)利用Solid Edge的特征造型技術(shù),實(shí)現(xiàn)了塑料門窗的快速參數(shù)化建模,并可以進(jìn)行渲染。這樣,客戶在塑料門窗生產(chǎn)之前就可以在計算機(jī)上看到一個可視化的塑料門窗三維模型,便于作出進(jìn)一步的決策;對設(shè)計人員而言,能夠利用Solid Edge軟件與其他分析軟件的接口,對當(dāng)前的設(shè)計是否最優(yōu),甚至是否可行做出判斷。從而可以實(shí)時改進(jìn)設(shè)計或者工藝,縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期,提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]
[1] 1 彭穎紅. Solid Edge Visual Basic開發(fā)入門[M]. 北京:科學(xué)出版社,2001
[2] 2 魏國前,姜素麗. 參數(shù)化特征造型技術(shù)在Solid Edge中的應(yīng)用[J]. 武漢科技大學(xué)學(xué)報,2002,25 (2)
[3] 3 張輝,趙方,艾長勝. 塑窗型材鋸銑加工中心CAD/ CAM系統(tǒng)的研制[J]. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報,2004,18 (1)

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