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基于SolidEdge的螺旋钢管焊接系统设计
2017-05-11 22:09:39  作者:龚永飞 俞建荣 赵增慧 刘运良 沈若泉 郭云卿   来源:互联网
  •   近几年,三维实体建模软件SolidEdge 在智能设计制造中得到良好的应用。由于该软件采用Stream/XP技术,在曲面造型,焊接管道及线缆设计方面有独到之处,明显提高了设计者的设计和制图效率。本文以螺旋钢管焊 ...

  近几年,三维实体建模软件SolidEdge 在智能设计制造中得到良好的应用。由于该软件采用Stream/XP技术,在曲面造型,焊接管道及线缆设计方面有独到之处,明显提高了设计者的设计和制图效率。本文以螺旋钢管焊接系统为原型,详细阐述了SolidEdge 在三维CAD环境中的设计原理、实现过程及其关键技术。

  1 管道焊接系统设计涉及的SolidEdge的功能及造型特点

  SolidEdge是EDS公司推出的专门为机械行业设计的普及型主流CAD系统,采用Stream/XP 技术,具有很强的易用性。它在机械设计、曲面造型、塑料模、钣金、焊接、管道及线缆设计方面有独到之处。并具有强大的二次开发功能,是大型装配设计、工业造型以及制图、网络设计交流的强大工具。

  1.1 变量化设计

  SolidEdge采用基于特征的参数、变量化造型技术。SolidEdge具有丰富的造型特征,如扫掠、螺旋设计、薄壁及倒圆等,这些特征大大简化和加快了复杂 的造型过程。基于特征的参数化设计造型流程一致,定义清晰,步骤直观。SolidEdge 的变量化功能,使计者在任何阶段,都能有效地控制所有设计变量,从而有效关联装配中的所有零件。

  1.2 基于Rapid Blue技术的复杂曲面设计

  SolidEdge引入Rapid Blue复杂曲面设计技术,跳开了传统曲面设计的不足,引导设计者完成具备美学观念的复杂曲面设计。通过控制顶点、编辑点、轮廓点等构造曲面的要素点,SolidEdge提供了在工业造型设计中最复杂的柔性曲线的控制方法。利用Blue Dots、动态编辑、转换成NURBS 曲线,Blue Surfaces等实用工具,将空间的点、线构成具备G2(曲率)连续的自由曲面,设计出你想设计的所有复杂曲面,再通过曲面缝合、曲面替换、布尔操作,将实体与曲面有机地组合在一起。

  1.3 独特的管道线缆设计

  SolidEdge的空间管道线缆设计工具,将以前不能实现的工作,在全数字化系统中得到完美体现。其应用方法是首先生成管道线缆中心线,再依据中心线进行实体建模,生成管道线缆。中心线由直线和圆弧段组成。设计者只要根据所完成的装配模型,就能实现空间的管道线缆设计,完成管道线缆生产所需的各种数据,而且所设计的管道线缆与装配模型完全关联。在这个模块中,管道线缆可实现自由柔性设计。

  1.4 机械运动仿真和高级渲染功能

  SolidEdge在装配设计环境里增加的机构运动模块,使你能观察到零部件的运动状况。通过自动识别SolidEdge的装配关系,系统自动产生机构运动的各种运动副,在叠加给定的运动参数,产生机构运动。SolidEdge可将运动的全过程记录成AVI格式的动画文件,并能进行动态的干涉检查,报告运动状态下的干涉情况。

  2 基于SolidEdge 的螺旋钢管焊接系统设计实现

  2.1 系统设计步骤和实现目标

  本系统实现三维CAD环境下的机械系统设计主要分以下三个步骤:首先进行各个零件(部件)的设计;其次在装配环境下实现系统组装,其三在管道设计环境中实现各部分与控制系统之间的电缆连接设计;最后设计成BMP效果图。

  2.2 零件(部件)的设计方法

  以前设计零件通常是进行三视图的拆解,转化成二维图。或者在三维软件中精确设计出截面进行拉伸形成实体。现在,随着SolidEdge的出现,我们有了更方便、更人性化的方法。

  如上所述,SolidEdge 基于变量化设计,一切在于变量表掌握之中,因此是全数字化三维设计软件。这样,在截面图设计时,只需要设计出大致(非精确)形状即可。如果出现不合适情况只需更改变量表中相应数字即可,不需要重新设计。

  另一方面,基于SolidEdge引导设计者对美学的追求,零件设计环境中增加了渲染功能。设计者只需要进行简单的设置,就能快速产生逼真的效果,非常适合产品设计和模拟演示。渲染功能不仅考虑了一般的颜色、灯光、背景、纹理等特性,还包括了反射、折射、阴影、透明度、光滑度和表面纹理、光线跟踪等专业功能。

  本系统需要利用零件设计环境设计出所有的零部件(.par文件)。主要包括螺旋成形系统(螺旋管成型机、内外焊枪和十字滑架)、递送系统(递送机、电磁调速机、异步电动机和双钢带及钢带夹持机构)和控制系统(控制柜、内外焊机及系统中的电缆线)。在SolidEdge零件设计环境中,所有零件的设计都是通过拉伸、造型、渲染三个基本过程实现的。下面仅以成型机系统为例,阐述系统零件设计的过程。

  (1)拉伸

  通过选中相应快捷键,选择参考面,进入草图环境。利用点线工具设计好截面后点击完成按钮,拉伸后的实体和成型机控制表如图1所示。

  

图1 成型机控制表

  图1 成型机控制表

  (2)造型

  通过对拉伸后的实体进行造型,使实体更加接近真实零件。本零进行的造型包括倒圆如倒圆和拔模及效果设计。

  (3)渲染

  本零件用到的渲染手段包括着色、灯光、折射、消除锯齿和Phong渲染。

  2.3 系统实现的关键技术

  实现本系统的关键技术在于装配图的生成。图2给出了装配图控制表,下面结合图2 进行装配技术的阐述。

  

图2 装配图控制表

  图2 装配图控制表

  先向装配图中移入成型机,作为其他装配件的基准。然后将螺旋管通过同轴和同面对齐两种装配关系移入装配图。注意同面对齐的偏差设置为20mm。类似装配为递送机支架、电磁调速机和异步电动机的装配。在装配钢带时,首先建立与参考平面夹角45°的平面,再进行面对齐操作。

  进行线缆设计时,选中装配图环境中的“管道设计”。首先,点击快捷键进行线缆路径计算。然后进行曲线修正,使其更加平滑。最后选中设计好的线缆路径,设置为单线缆方式,形成电缆线。

  最后需要说明的是,在装配图中,由于线缆设计的特殊性,可以采取管道模拟线缆的方式。在设计时,注意定义线缆外径、最小平直长度和最小弯曲半径。否则系统会提示线缆片段建立失败。

  2.4 系统设计的实时效果

  将装配好的系统图保存后,重新打开,进行装配图渲染。将灯光角度设为75°,消除锯齿级别定为高,采用Phong 渲染模式,就可呈现如图3的系统实时渲染效果。需要说明的是,由于渲染时需要较高的CPU运算速度,当渲染完成时,常会进入白屏状态。可通过截图软件或拷屏方式进行图像保存。

  

图3 螺旋钢管焊接系统效果图

  图3 螺旋钢管焊接系统效果图

  3 总结

  本文详细阐述了利用SolidEdge 软件实现螺旋钢管焊接系统设计的原理和过程。该系统具有以下特点:

  (1)形象逼真;

  (2)易修改,易升级;

  (3)和数控机床有统一接口,易实现自动化加工。

  这种设计方法不仅在零件设计和系统设计方面有独特的优势,在运动仿真和效果图设计方面也有广阔的发展前景。为此,笔者准备研究如和将运动仿真和零件设计综合起来,来优化复杂系统的设计。



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