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1、基于SolidWorks的渐缩弯头展开新方法渐缩弯头是管道工程中常用的变径转弯构件，它是由若干锥度相同的圆锥管对接而成，接口处的结合线为平面曲线，投影中积聚为直线。两端口平面根据需要成一定角度，中间各节圆锥管的轴线较长，两端节轴线较短，相当于中间节的一半。展开时为节省板材和提高精度，常将偶数节管绕其自身轴线旋转180后，把各节管拼接为一正圆锥管进行展开，正圆锥管的高度等于弯管各节轴线长度之和。 渐缩弯头的展开方法，传统常用的方法是“作图法”和“计算法”。应用传统的方法对渐缩弯头进行展开比较繁琐且精度不高。尽管一些资料上介绍了一些展开计算的数据表，可以减轻部分计算丁作量，但这些数据表不全面，只对
2、一些常用的渐缩弯头展开有用。 基于此，下面拟以渐缩弯头管件的展开为例，利用solidWorks三维绘图软件，介绍一种新的展开方法。l 实例 图l所示为任一渐缩弯头管件。其中图1a为其立体图；图1b为平面图。从图中可以看出，该渐缩弯头管件的端口直径D=600 mm，d=360 mm；弯头弯曲中心线半径R=600 mm；端口平面夹角=100，节数，N=5。要求求出该渐缩弯头管件的平面展开图。现在设定渐缩弯头的展开按薄板处理，忽略板料厚度。图1渐缩弯头2 展开计算 根据渐缩弯头的特性和传统计算公式，对渐缩弯头进行必要的计算如下：(1-7)式中各参数所表示的意义参照图1b及图2。根据以上公式，已知条件
3、与计算结果如下： 已知条件：D=600mm，d=360 mm，R=600mm，=100，N=5。 计算所问数据：B=125=133h=106416；H=26604；y=8357；=16453；=42357；=68261；=94164。 根据所得数据，做出渐缩弯头管件的放样图，如图2所示。图2渐缩弯头放样图3渐缩弯头实体建模31正圆锥建模 (1)渐缩弯头将偶数节旋转180后，各节拼接后为一正圆锥。首先对该正圆锥进行实体建模。 (2)绘制“草图l”，选择“前视基准面“”草图绘制(2D草图)”，绘制一个直角梯形(尺寸参照图2所示)，选择“特征“”旋转凸台”，以直角梯形的直角边为中心轴，旋转得到如图3
4、所示的正圆锥。图3正圆锥实体 (3)分别过直线，且垂直于“前视基准面”，作“基准面l”、“基准面2”、“基准面3”和“基准面4”。 (4)分别用“基准面l”、“基准面2”、“基准面3”和“基准面4”截取正圆锥，所得的4个截面均为椭圆，测量其长轴和短轴，所得数据如下表所示。四个椭圆截面的长轴和短轴表 表中截面1为过直线的基准面1截正圆锥所得的椭圆，截面2为过直线的基准面2截正圆锥所得的椭圆，截面3、截面4依次类推。32第1节建模 (1)选择“新建“”零件”，绘制“草图1”，选择“前视基准面“”草图绘制(2D草图)”，绘制如图1b)所示的草图(把图1b)中的实线全部改为虚线)。图4草图2(第1节)
5、 (2)绘制“草图2”，选择“上视基准面“”草图绘制(2D草图)“”圆”，绘制如图4所示的草图，在草图的一侧留一切口，切口形状如图5所示。图5切口形状 (3)绘制“草图3”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面1”，选择“基准面l“”草图绘制(2D草图)“”椭圆”，绘制如图6所示的草图，椭圆的长轴和短轴与表2中截面l的长轴与短轴相同。在草图的一侧留一切口(切口位置与草图l中切口在相同一侧)，切口形状如图5所示；切口的宽度应尽可能的小，但不能太小。否则不能生成放样实体。图6草图3(第l节) (4)生成第1节钣金实体，选择“钣金“”放样折弯”，“轮廓”选择”草图2”和“草图3”，厚度输入000
6、5(任意输入，数值越小越好)，生成渐缩弯头第l节实体如图7所示。图7第1节实体 (5)保存，命名“第l节实体”。33第2节建模 (1)重复32中步骤l，绘制“草图l”。 (2)绘制“草图2”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面l”，在“基准面l”上绘制“草图2”，长轴与重合，椭圆形状与图6完全相同，不同之处为切口旋转180到对侧。 (3)绘制“草图3”，过直线且垂直于“前视基准面”，作“基准面2”，在“基准面2”上绘制“草图3”，形状为椭圆，椭圆的长轴和短轴与表2中截面2相同，且长轴与直线重合。切口位置与“草图2”在同一侧，形状如图5所示。 (4)生成第2节实体，选择“钣金“”放样折弯”
7、，“轮廓“选择”草图2”和“草图3”，厚度输入0005，生成如图8所示的实体。图8第2节实体 (5)保存，命名“第2节实体”。34第3节、第4节、第5节实体建模 参照32和33中的步骤，分别创建第3节、第4节、第5节实体，如图9、图10、图ll所示。在绘制草图时，椭圆的长轴和短轴与表2相对应，圆为直径为端口直径；同一实体中的两个草图切口在同一侧，偶数节椭圆草图的切口与奇数节反转180。图9第3节实体图10第4节实体图11第5节实体4 渐缩弯头平面展开 根据solidworks中钣金件可以展开的特性，把五节实体全部按“平板型式”展开，并生成工程图，然后按顺序依次将五个展开的工程图拼接起来，便形成
8、该渐缩弯头的平面展开图，如图12所示。这样就可以对展开图进行任意等分，标注各节管相应素线的长度。图12渐缩弯头展开图5 结论 以上利用三维软件solidworks，对渐缩弯头管件五节管分别进行钣金建模。考虑实际加工中节省材料的情况，在对五节管件建模时，把偶数节草图的切口与奇数节草图切口反转180。根据SolidWorks软件中钣金件可以进行平面展开的特性，把五节管分别按“平板型式”展开，然后转化成工程图，按顺序将五个工程图拼接起来，便形成该渐缩弯头的展开图。该方法能够对任意弯头端口直径(D，d)、任意弯曲中心线半径R、任意节数N、任意端口平面夹角的渐缩弯头管件进行快速、准确的展开，在实际生产加
9、工中具有重要意义。 基于SolidWorks凸耳功能的研究与开发动设计修改的建模技术，为工程设计人员提供了高效易用的设计环境。尽管SolidWorks功能非常强大，但它依然不能顾及所有方面高效设汁的需求。凸耳是机械设计的常用特征之一，在其它机械三维CAD软件，如ProE中都把这一功能特征列为基本的工程特征，可以进行直接建构。而在SolidWorks中并没有实现直接建构的功能。借鉴Solidworks自带功能如装配凸台、弹簧扣、弹簧扣凹槽，以VS2005为开发工具，利用SohdWorks的二次开发接口，实现与SolidWorks完全兼容的凸耳特征功能，提高设计效率。 1 SolidWorks二次
10、开发简介 为了方便用户进行二次开发，SolidWorks API提供了支持二次开发的应用编程接口，任何支持OLE和COM(组件对象模型)的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具。利用开发工具通过该接口可以扩充SolidWorks的功能，设计定制的SolidWorks特征功能。 目前基于SolidWorks有两种开发模式Addin aplication(*DLL)和Stand-alone application(*EXE)。Add-in application模式，客户程序SolidWorks程序运行在同一进程空间中效率高，并且可以添加自己的菜单、工具栏、属性页。 但是扩展功能的异常会
11、导致SolidWorks程序的不稳定。Stand-alone application模式，扩展功能程序跟solidWork。程序运行在不同的进程空间，客户的程序的异常不会影响SolidWorks程序，但是其效率不高，并且不可以在SolidWorkS程序中添加自己的菜单、工具栏、属性页等。基于以上分析，建构的凸耳功能是作为SolidWorks基本特征功能的扩充，需要完全融人到Solidworks环境中，因此采用Addin application(*DLL)的模式进行凸耳特征功能的建构。2功能的分析与定义 凸耳的结构，如图1所示。需要的定位参考基准为：一个凸耳放置位置，凸耳的高度与宽度的建构方向。
12、定形尺寸为：凸耳的长度尺寸、凸耳的宽度尺寸、凸耳高度、凸耳的倒圆角半径以及凸耳眼的直径尺寸等。图1凸耳结构 SolidWorks设计功能的强大和自由，凸耳有多种建构方法，如通过建立基体去除材料的方法，建立完整草图整体拉伸的方法等等，采用清晰、简单的如下建构过程：(1)根据凸耳的长、宽、高从放置平面向建构方向生成一个基体；(2)在方块的上边缘根据设定的圆角半径进行凸耳圆角的生成；(3)根据凸眼的直径尺寸，进行凸眼的切除生成。凸耳作为SolidWorks的内嵌功能，需要与SolidWorks的所有环境相互兼容，则要求：把凸耳功能添加到设计树中；支持设计树中的各种右键操作功能，如编辑、重建、删除等等
13、；在装配环境中进行上下文编辑的功能；支持自动录制宏的功能等。3功能实现流程 根据定义要求，凸耳功能的实现流程主要为：(1)以Addinapplication(d11)的方式，把凸耳功能连接到SolidWorks主线程中；(2)在主菜单中增加凸耳功能菜单按钮；(3)在菜单按钮按下时，建立功能界面定义页面；(4)通过交互操作实现凸耳特征的约束与定义；(5)创建凸耳特征，把功能特征加入到设计树上，并实现与其它所有相连功能的兼容。4界面的实现 在VS2005中，利用SolidWorks的二次开发向导，创建Add-in application(d11)方式的工程项目。SolidWorks自动实现凸耳特征
14、Add-in模块与SolidWorks主线程的连接，凸耳功能嵌入SolidWorks作为扩展功能，需要在主菜单中添加相应的菜单项和工具栏中添加图形工件。菜单项的添加函数为：status：SldWorks-AddMenultem3(DocumentType，Cookie, Menuhem，Position，Menu Callback，MenuEnableMethod，HintString，bitmapFilePath，&isMenultemAdded)。其中，凸耳功能是属于零件特征，选取DocumentType为swDocPART；Menucallback为按钮响应的回调函数。通过凋用没置即可实
15、现在新建或打开零件文件的时候加载这一菜单项。 根据凸耳的定位和定形的要求，定义用户交互功能界面。定位参考点采用与弹簧扣、装配凸台一致的界面策略，利用一个实体面选取框，确定凸耳的放置参考面，以鼠标选取底面放置面的点击点为建构中心，并为在这一点击点处自动添加一个三维几何约束点。方向由平面的法向或者直线的方向来定义，用兼容直线和平面的选择框来确定凸耳建构的两个参考方向。五个定形尺寸通过尺寸编辑数字文本框来确定，按顺序依次是：高度、长度、宽度、倒圆角半径、凸耳圆直径。通过SolidWorks API的主要建构过程如下：(1)通过IPropertyManagerPage2Handler3得到建构句柄；(2)设置页面包含确定wPropertyManagerOptionsOkayButton、取消swPropertyManagerOptions_CancelButton等属性并通过ICreate
