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1、CAD技术在液压产品设计中的应用沈阳第一机床厂 车床研究所 董凌云CAD技术在液压产品设计中的应用摘 要本文是作者根据自己进行AutoCAD 二次开发的经验，对整个液压CAD技术进行了综合评述，介绍了开发液压CAD软件的过程、特点、成果等主题词液压CAD软件开发CAD技术在液压产品设计中的应用近20年来，随着计算机技术的迅速而广泛地发展，计算机辅助设计（Computer-Aided Design 简称CAD）与计算机辅助制造（Computer- Aided Manufacturing 简称CAM）在电子、造船、航空、汽车、机械及建筑等各个领域中均得到了普遍的应用。CAD与CAM目前几乎影响着工
2、程界的每个领域，由于CAD与CAM逐渐趋向于集成化，故有时也把二者合称为CAD/CAM。应用CAD/CAM可使很多专业摆脱令人腻烦、花费时间和容易出错的工作，从而使人们能把更多的精力用于开拓新领域。尤其是目前处于高效率、高效益、高技术竞争的时代，要想适应瞬息万变的市场需求，促使产品更新换代，就必须采用CAD/CAM这一技术。液压CAD技术综述伴随着CAD技术的迅猛发展，液压CAD作为机械CAD领域的一个应用较早的独立分支，已经逐步走向成熟。早在八十年代中期，国内的液压专业刊物上就已经刊载了关于液压CAD的技术报导。到八十年代末、九十年代初，液压CAD技术进入蓬勃发展时期，机床、液压与气动、液压
3、气动与密封、机械设计与制造等专业杂志都先后刊登了大量的优秀的液压CAD论文，其中以浙江大学、大连理工大学、沈阳工业大学等高等院校所发表的论文居多，如浙江大学的准三维液压泵站的自动生成、大连理工大学的操纵板智能设计及模拟数控加工、大连组合所的液压系统套装软件等等，极大地推动了我国液压CAD事业的发展。液压CAD软件的开发平台众所周知，目前的液压CAD软件多数是以世界上最流行的、也是国内最流行的微机CAD软件即AutoCAD 为基础，使用AutoLISP（ADS）语言进行二次开发而成。这种开发方式对一些非计算机专业的液压产品设计人员转向CAD软件开发十分有利，它使得开发者不必去考虑软件底层、输入输
4、出、屏幕显示、硬件接口等比较深层的模块设计，而把精力都放在如何实现CAD算法、如何完成软件基本功能、如何使操作方式更加方便、如何将本地生产实际情况与之相结合等方面，而这些恰恰是他们所擅长的。这也从某个侧面说明了AutoCAD 为什么能够在中国成为最受欢迎、最流行的CAD软件的原因。当然，AutoCAD 之所以在国内如此流行，与它的巨大的盗版量也是分不开的。据统计，在国内自主开发的CAD软件尚未形成规模时，几乎每台搞CAD工作的微机都装有一套AutoCAD ；直到今天，AutoCAD 挟着它巨大的使用惯性，仍然存在着大批的用户；在CAD软件开发领域，也仍然活跃着大批的以AutoCAD 为基础的优
5、秀软件，如北京大恒CAD、清华天河CAD、清华艾克斯特CAD、THCAD等等；另外还有一部分软件为保证其资源的共享，不得不与AutoCAD 兼容，如高华CAD等。在这种大趋势下，液压CAD软件也大多以AutoCAD 为基础进行二次开发就不足为奇了，本文后面介绍的我厂的YYCAD Ver1.0版正是按照这种模式进行开发的。液压CAD软件的特点与通用机械CAD软件相比，液压CAD软件具有自己的特色。首先，它具有一定的简化性。在液压产品设计中，整体上看来并不复杂，因此，软件的开发设计工作可以相应简化。比如工程标注中的粗糙度、形位公差等，可以只对其中常用的部分进行软件设计；而液压泵站设计与其它机械设计
6、相比要规范一些，在元件布局、装配检测方面比较直观，大大地减轻了软件开发劳动。其次，它具有较强的专用性。液压CAD软件当然是面对液压设计，一般包括液压原理图设计、操纵板设计与检测、液压泵站设计三部分。所有的软件开发均应围绕这三方面进行，所以说专用性强。其中的原理图部分是液压和电气设计所共有的，不论是幻灯片式半自动设计，还是数字化仪式交互设计，都是十分方便的。尤其是液压操纵板的设计与检测，正是液压产品设计所特有的，也是最容易进行CAD/CAM的部分。再次，它具有优秀的查询条件。在液压产品设计中，液压零件的种类比较少（如联轴器、泵支座、操纵板等）、形状规范，所以零件编码容易，进行图纸管理查询及计算机
7、辅助工艺设计等十分方便。最后，它具有很深的发展潜力。从整个世界的CAD软件应用上看，零件的三维设计、工艺、加工自动化是大趋势；液压产品以其标准化程度高、通用性好、结构清晰等优势将很可能率先跨入该行列，达到与世界水平同步的程度，发展潜力十分巨大。液压CAD软件的应用从目前国内液压CAD软件应用来看，主要分以下四个方面： 液压原理图设计在AutoCAD R12.0 版未推出以前，使用数字化仪进行液压原理图设计是十分方便迅速的，只是需要增加硬件投资而已。使用数字化仪进行设计，元件符号的选择可一步到位，所有符号均以块形式进行操作，再辅以一些自动连线功能，从而大大地提高了设计效率，使图纸更趋于标准化。A
8、utoCAD R12.0版推出以后， 其允许用户自定义对话框的功能受到极大的欢迎，从而使半自动液压原理图设计成为可能。利用对话框控制幻灯片的无限次翻页，可以实现任意种类液压元件的选取，及联机数据的自动生成，对于规范化（如叠加式）的原理图的设计十分有效。用户可自定义专家图库内容，以便于实现真正的专家系统设计。 液压操纵板设计及检测液压操纵板的设计与检测是最早应用CAD的工程项目之一，也是应用得较成功的范例之一。因操纵板多为规则六面体，所涉及到的也仅仅是各面上各孔道的孔径、孔深、螺纹、相交孔关系等容易通过计算机描述的内容，所以实现CAD要相对容易一些；特别是由于在软件开发过程中大多采用了特征造型的
9、方法，以便于设计优化，同时为CAPP（计算机辅助工艺）、CAM铺平了道路，使操纵板的设计、工艺、加工一体化成为可能。在操纵板孔道检测方面，国内最初曾使用过准三维观测方法进行检测，但很快就被二维数据精确检测方法代替；目前则是多把二者相结合同时进行二维及三维的综合检测，其准确率可达百分之百，从而最大程度地减少了设计错误，提高了设计效率。 液压泵站设计一般情况下，只有在产品形成一定的系列以后，才有必要要求全自动的液压泵站设计；交互式设计已基本上满足了当前的产品设计要求。至于所谓真三维泵站的CAD设计，限于软硬件能力，目前还不多见；现在的液压泵站设计多采用二维交互式设计方法，这与液压泵站的多样性、复杂
10、性、可变性是分不开的。进行泵站设计时，一般是以液压原理图为基准，首先通过人工交互方式进行元件选择、结构布局、管线走向等步骤，并辅以计算机系统计算、数据检索、设计优化，来完成总体方案设计；其次通过对各相关图组的插入、调整、消隐设定，完成装配图样的绘制；再次通过对产品数据库的检索调用，准确而迅速地完成各专用件（自制件）、通用件、借用件、标准件、外购件的标注；最后使用软件的全自动统计功能，完成各类产品明细表的编制。 其它液压零件的设计 除上述几方面以外，其它的液压零件也均可应用CAD软件进行设计。对于结构复杂、形状一定的零件（联轴器、泵支座）等等，可采用参数绘图的方式；对于结构简单、形状多变的零件（
11、板材、管材），可采用尺寸（数据）驱动绘图的方式；对于具有较强的组合性质的零件（管接头），可采用人工交互、自由组合、程序拼接、后期修改的方式分别进行设计；同时最好完成相应的图纸出入库编码管理，以便于以后设计中的调用。我厂液压CAD软件开发历程随着数字控制技术在机床设计中的广泛应用，机床液压设计部分也逐渐趋于简化，从而更适用于进行CAD设计。早在1992年，我厂就开始着手进行液压设计的CAD技术准备，并与某高校联合，相继开发了一系列液压CAD模块。在实际应用中，我们发现该软件并不适合我厂的生产设计实际情况，所以决定依靠自己的技术力量，自主进行软件开发。一、开发背景我厂的液压CAD实用软件是在Aut
12、oCAD R12.0 基础上进行二次开发而成。AutoCAD R12.0在国内盗版众多，普及率极高， 用户也是最多的。由于AutoCAD 是国外软件公司开发的CAD软件，在很多方面不符合中国国情；因此大多数用户在使用中均对其进行了二次开发，但苦于人力有限、水平有限，多数不能够达到满意的水平；虽然国内已有比较成熟的CAD软件，但多因财力有限或有其它原因而不能购买。我厂开发的液压CAD软件，正是在这种情况下产生的。二、软件特点该软件是在 AutoCAD R12.0基础上进行二次开发，以AutoLISP为主要编程语言，以对话框为主要人机交互对话形式，以FOXBASE+为数据库建立工具，以ASE为数据
13、链接主要手段，以AME为三维实体造型基础，以3DS为三维数据可视场渲染载体，以软件工程理论为软件开发指导，以中文WORD、WPS为文档编制工具，以PZP为屏幕截取工具，以PBRUSH为软件包装工具，从我厂生产实际出发，把机床液压产品设计作为主要方向，在最大程度上使软件去适应设计员的操作习惯，从而形成一个真正完美的液压CAD系统。在整个软件开发中，部分采用了软件工程理论，但手工软件作坊的气息极浓；由于整个软件从框架结构、总体设计到系统链接、文档编制均出自一人之手，故软件工程是否严谨关系不大；所有软件中的CAD算法不超过高中毕业水平（多数为平面几何、立体几何），所以适合各阶层设计开发人员使用，应用
14、面极广。在软件设计中，我们时刻把“方便实用”的目标放在第一位，最大程度地满足设计员要求，使软件去适应人的操作习惯。此外，在软件的开发过程中，我们还大量参考和吸收了国内同类CAD软件的优点和长处，使软件更趋于实用化。例如，在装配图设计中，消隐问题是难点，现在基本上分裁剪消隐和遮挡消隐两种，其中遮挡消隐方法为大多数CAD软件所采用，十分方便，受到用户的欢迎。那么，我们就采用了遮挡消隐技术来实现装配图的绘制，以满足用户需求。全面支持拖动设计几乎所有的图形功能都支持直观的拖画方式，如绘制六角头、管截断面，尺寸标注，粗糙度、形位公差、焊接符号等等。在用户最后确定之前，就可预知所得图形，非常便利。智能化的
15、工程标注对于直线、圆或圆弧、角度及各种距离尺寸，仅需一个尺寸命令即可完成所有标注，软件自动判断用户选择的操作对象。如所拾取的元素是直线，则按直线方式标注；如所拾取元素为圆或圆弧，则按圆或圆弧方式标注；如先后拾取两条直线，软件自动判断其相对关系，以决定进行距离标注或角度标注。提供各种丰富的工程标注形式，如粗糙度、基准代号、形位公差、焊接符号、剖切符号、投影方向、倒角标注、斜度标注、锥度标注、斜标注、半标注、孔径标注、引线标注、板厚标注等等。还提供标注编辑命令，可对所有的工程标注内容进行修改；并可修改尺寸标注大小，追加公差内容，调整公差位置等。形位公差焊接符号预显式标注提供带预显窗口的形位公差焊接
16、符号标注对话框，用户可方便地设计自己所需要的标注内容和标注形式，充分体现出“所见即所得”方式的优点。种子点剖面线标注用户只需拾取填充区域内部一点，软件将自动搜索处理复杂图形下的相应封闭区域，并对包含在内的文字留出空白，自动填充剖面线。装配图自动消隐特殊使用区域建模功能，对相应零件分别制作消隐面，从而在不打散切断原图组的前提下进行二维半消隐；且可自由移动各图组而不必重新设定，十分有利于装配图的绘制。明细表自动生成本部分专门为机床一厂明细表定制，可在装配图中自动提取专用件、借用件、标准件、外购件、进口外购件明细表，并可自由进行编辑、排序、绘制，自动生成部件汇总表及相应内容。全程在线帮助系统提供全面详尽的超文本在线帮助信息。在您需要帮助时，只需点取求助菜单（或用光标拾取
