摘要:基于Ｗｉｎｄｏｗｓ,ＭＤＴ(机械桌面系统),ＶＣ++和3ＤＳ软件,开发了电气开关3ＤＣＡＤ系统(以下简称ＳＨＣＡＤ)及其装配ＣＡＰＰ,并且整合成一个系统。该系统集成了3Ｄ实体造型、模拟装配、自动仿真计算运动系统的力特性、各种接口:ＵＧ,Ｐｒｏ Ｅ＆ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ-ｐｌｕｓ等,以及开关的ＡＣＡＰＰ等于一体。
1 ＳＨＣＡＤ简介
1.1 开发环境
Ａ)硬件:ＰⅢＰＣ,256Ｍ内存,32ｂｙｔｅ
Ｂ)软件:ＷｉｎｄｏｗｓＮＴｏｒＷｉｎｄｏｗｓ98ｏｒＷｉｎｄｏｗｓ2000,ＶＣ++,ＭＤＴ＆3Ｄｓｍａｘ
1.2 主要性能与功能
Ａ)3Ｄ实体造型、尺寸驱动、参数化绘图
Ｂ)3Ｄ模拟装配,装配的干涉检查
Ｃ)质量、惯量与重心特性分析和计算
Ｄ)自动仿真计算运动系统的力(或力矩)特性
Ｅ)ＵＧ,Ｐｒｏ Ｅ＆ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ-ｐｌｕｓ等的接口设计
Ｆ)开关的ＡＣＡＰＰ
Ｇ)界面友好,易操作,成本低
Ｈ)可扩充性好
2 造型装配和动画模拟
2.1 造型装配
产品另部件设计基于ＭＤＴ和自行开发的ＨＣＡＤ软件,生成三维立体图形,建立一套开关零部件的图形库。该库具有尺寸驱动、参数化绘图功能,按装配顺序进行模拟装配。不仅配合件能作干涉检查(如图1所示),而且还能作质量、惯量与重心特性分析和计算(如表1所示)。
2.2 动态模拟
动态模拟包含装配过程和动作过程,前者如图2所示。
动作过程的动画如图3所示。前者动画输出文件是“文名.ａｖｉ”,用于检查装配过程是否可行,也可用于培训装配工人。
3 力(或力矩)特性的计算
鉴于作用力(驱动力)与运动系统的反作用力之间的关系,弹簧的刚度ｋ[1]与片簧的柔度Ｃ[2]是主要的计算模块,其中Ｃ=1 ｋ。弹簧有圆柱形弹簧和非圆柱形弹簧两类,它们各自又分压缩弹簧和拉伸弹簧。本软件的计算界面如图4所示。对于不同形状的片簧的计算界面如图5所示[3]。
为了求片簧的柔度系数起见,根据能量原理,计算公式如下[4]:
式中:Ｙｊ—簧片在ｊ点处的挠度Ｍ(ｘｉ)—实际载荷在ｘｉ处的弯矩Ｍ0(ｘｉ)—在ｊ点处虚加的单位载荷在ｘｉ处的弯矩
Ｅ—材料的弹性模量Ｉ—惯性矩
式中:Ｐｊ—实际载荷加在ｊ点的力Ｃｉｊ—在ｉ段上ｊ点的柔度
开关是量大面广的产品,传统上,装配工艺设计是手工的,它不能满足多品种、小批量开关(含电子组合开关)的要求。为了提高产品质量,增大经济利益,为了实现生产现代化,必须开发开关的装配ＣＡＰＰ,下面以组合开关为例。
ＡＣＡＰＰ的数据库主要是可选择数据库模块,它能实现系统数据库的选择、维护和管理。该数据库包含任务指导书、工序名、另件名、文件、装配卡片、辅助材料、设备与夹具、技术要求、操作规程、检查规程、ＣＡＤ图库等等。任务指导书是取工序名为标题或目录的综合库。每道工序名与专用工艺规程相应,然后其它库都是独立的。
客户借助于该功能模块中的用户界面(ＵＩ)可以扩充、维护与管理这系统库。该功能模块可形成自己的工艺库和刷新缺少数据库的系统,这开关的装配ＣＡＰＰ是柔性的,因此它能适应各用户的不同要求。
所有工艺文件都可以ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｏｒｄ格式输出,且能根据用户具体要求以不同流程图格式输出文件。这流程图可以ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｏｒｄ格式打印出。装配流程图设计的用户界面(ＵＩ)示于图6。简化的装配流程图示于图7。
5 结论
1)开发了一套开关的Ｈ＿ＣＡＤ中的3Ｄ实体造型函数曲线;建立了一套3Ｄ零件图形库,该库具有尺寸驱动、参数化绘图等功能。
2)应用计算机辅助装配,借助于调用开关零件图形库可获得可视化3Ｄ装配效果图,它可按照工艺流程模拟3Ｄ装配过程。
3)开发的开关ＣＡＤ系统集成了3Ｄ实体造型、模拟装配、计算开关运动系统的力(或力矩)特性、设计接口和ＡＣＡＰＰ等与之一体,它能大大减缩设计周期与成本费用;提高产品性能和减小体积。
参考文献:
[1] 张英会,刘辉航,王德成,等.弹簧手册[Ｍ].北京:机械工业出版社,1997.
[2] ＰｒｚｅｍｉｅｎｉｅｃｋｉＪＳ.ＴｈｅｏｒｙｏｆＭａｔｒｉｘＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ[Ｍ].Ｍｃｇｒａｗ-ＨｉｌｌＢｏｏｋＣｏｍｐａｎｙ(ＵＳＡ),1968.
[3] ＦｅｉＨｏｎｇｊｕｎ,ＨａｎＺｕｘｉｎｇ,ｅｔａｌ.ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｅｌａｙ3ＤＣＡＤＳｙｓｔｅｍ[Ａ].Ｐｒｏｃｏｆｔｈｅ50ｔｈＩＲＣ[Ｃ].ＮｅｗｐｏｒｔＢｅａｃｈ,ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＵＳＡ,2002.
[4] 费鸿俊,张冠生.电磁机构的动态分析与计算[Ｍ].北京:机械工业出版社,1993.
