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基于Solid+Edge的三维管道设计

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基于 Solid Edge 三维 管道 设计
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鱼!兰兰!翌竺基于Solid Edge的三维管道设计The 3D design of routed systems based on Solid Edge王劲VVANG Jin(西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安710048)摘要:本文介绍了采用Solid Edge软件进行三维管道设计的方法,利用Visual Basic.NET、Excel和Solid Edge结合,给出了平面样条曲线路径和三维样条曲线路径的设计方法,实现了SolidEclge交互环境难以完成的功能,解决了复杂管子的设计问题。说明了Solid Edge“管线设计”模块的应用步骤和方法,给出了自定义管材和管件的方法。关键词:管道设计;管线设计;Solid Edge中圈分类号;TP391.7 文献标识码:A 文章编号:1 009—01 34(201 3)02(上)一0082—07Doi.10.396.ql/J.Issn.1009-0134.2013.02(上).220引言Solid Edge是Siemens PLM Software公司面向中端市场推出的Velocity Series解决方案中的三维CAD软件,Velocity Series解决方案包括SolidEdge、Femap、CAM Express和Teamcenter Express共4个产品,涵盖了产品开发过程中的产品设计、仿真分析、数控加工和产品数据管理n】。管道由管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、管道特殊件和管道支吊架组成,用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流动,也可以用来传送介质信号皿】。常见的管道有采暖管道、给排水管道、热力管道、煤气管道、压缩空气管道、制冷管道、氧气管道、乙炔管道、输油管道和仪表管道等,在工农业生产和日常生活中都有着广泛的应用。管道设计包括管道路径的设计,管材、管件和阀门的选用,以及补偿器和管道支架的设计等。采用Solid Edge进行三维管道设计时,可以首先在Solid Edge零件环境中进行管道零件的设计,然后在Solid Edge装配环境中进行装配,也可以直接利用Solid Edge装配环境中提供的“管线设计”模块进行管道设计。如图1所示为使用Solid Edge软件设计的某型号超细振动磨机,如图2所示为其充气管道系统。1管子零件设计管道零件中形状变化较多的是管子,其形状通常是不规则的,有一定的设计难度,是管道零图1超细振动磨机图2超细振动磨机的充气系统件设计的关键。管子通常使用“扫掠拉伸”特征命令(其图标为麟)沿管子路径扫掠得到实心管子,然后再利用“薄壁”特征命令(其图标为黪薄壁)进行抽壳,得到中空的管子口1。管子路径可以在草图环境中利用“直线”和“圆弧”等绘图命令以及相应的编辑命令来绘制,然后利用“派生曲线”特征命令(其图标为燃)将所绘制的多个草图元素转换成可作为“扫掠拉救■日■:2012-08-06作者簧介:王劲(1968一),男,博士生,工学硕士,研究方向为计算机辅助机械设计与制造、模具CADICAM。【82】 第35卷第2期2013—02(上)万方数据伸”特征路径的样条曲线。可以看出路径设计是管子设计的关键,Solid Edge环境中采用交互方式时不支持按方程创建曲线,难以直接绘制精确的拟合曲线。对于复杂曲线设计需要采用二次开发的方法来解决,利用Solid Edge API编程,操纵其BSPlineCurve2d对象,可以在Solid Edge参考平面上绘制二维B样条曲线;通过编程将曲线的型值点写入Excel文件中,然后在Solid Edge零件环境中,利用“按表创建曲线”命令(其图标为零i拄表创建曲线),可以按该Excel文件中的曲线型值点坐标数据创建三维样条曲线。1.1二维B样条曲线路径的设计Solid Edge是基于Windows系统开发的软件,提供了完整的基于COM(Component Object Model组件对象模型)的应用程序接口API,任何支持COM的编程语言都可以作为Solid Edge的开发工具,本文给出了以Visual Basic.NET 2008为开发工具的关键代码。ActiveX Automation技术是微软公司提出的基于COM的开发技术标准,Solid Edge支持ActiveX Automation技术,利用Solid Edge提供的体系结构,将Solid Edge作为ActiveX Automation应用程序的数据服务器,可以直接对Solid Edge不同层次的对象进行访问、操作和控制。对SolidEdge进行二次开发,必须了解Solid Edge的对象模型,Solid Edge的对象模型是一种树型结构,每一个对象代表了Solid Edge中一个明确的功能,根对象通常为“SolidEdgeFramework.Application”,BSPlineCurve2d对象的层次结构如图3所示。图3 BSPlineCurve2d对象层次结构下面分析利用BSPlineCurve2d对象的方法创建曲线的基本方法和关键代码。1.1.1获得Solid Edge的PartDocument对象用“objApp=Marshal.GetActiveObject(”solidedge.application”)”代码可以连接到一个已存在的S Oli d Edg e应用对象的实例,用“obj App=Activator.Createlnstance(Type.GetTypeFromProglD(”solidedge.application”))”可以创建一个Solid Edge应用对象的实例。再用“objPart=objApp.Documents.Add(”SOlidEdge.PartDocument”)”新建一个PartDocument对象,或用“objPart=objApp.ACtiveDOCUment”获得当前S0lid Edge的PartDocument对象。可以通过条件语句判断连接Solid Edge时是否出现异常,来确定使用何语句。1.1.2创建轮廓对象轮廓对象由一个或多个端点相连的几何体元素构成,轮廓对象Profile提供了许多二维几何图形命令集合,通过这些命令集合可以创建或编辑所需要的几何形状M。创建轮廓对象的代码为:objProfile=objDoc.ProfileSets.Add.Profiles.Add(pRefPlaneDisp)其中objProfile为轮廓对象,objDoc为类型为“SolidEdgePart.PartDocument”的变量名,形参pRefPlaneDisp为基本参考平面或自定义参考平面。1.1.3创建BSPlineCurve2d对象首先创建B S P li n e C U r v e 2 d集合对象BSPlineCurves2d对象,其代码为:“objBSplns=objProfile.BSplineCufVes2d”。其中objBSplns表示类型为“SolidEdgeFrameworkSupport.BSplineCurves2d”的变量名。然后调用BSPlineCurves2d对象的AddByPoints方法创建B样条曲线对象口1,其代码为: “object.AddByPoints(Order,ArraySize,Array)”。其中object表示类型为“SolidEdgeFrameworkSupport.BSplineCurves2d”的变量名,形参Order表示B样条函数的次数,形参ArraySize表示型值点的数目,形参Array为型值点数组。Array为Double类型的一维数组,数组的下标上限必须为奇数,也就是其长度为偶数,数组下标为0,2,4,…的元素表示各点的x坐标,数组下标为1,3,5,…的元素表示各点的Y坐标。1.1.4平面螺旋管子应用实例如图4所示的平面螺旋管子是以如图5所示的平面螺旋线为路径,用扫掠拉伸特征和薄壁特征生成的。在Solid Edge环境的交互方式中没有提供第35卷第2期2013—02(上) 1831万方数据准确绘制此类曲线的方法,该管子设计的关键是如何绘制其中心线。图4平面螺旋管子图5平面螺旋线如图5所示平面螺旋线的方程如下:fx=txcos(t)霎瑟……~一罄嗡嚣‰旷≯III毪图11管道路径设计路径32.2管道设计管道路径设计好以后,就可以开始管道设计了,Solid Edge“管线设计”模块提供了两种管道设计方式,一种是塑管,另一种是刚管。塑管是将塑料管和铜管等管材直接沿管道路径进行铺设,刚管是沿管道路径通过各种弯头、三通等管件,用无缝钢管和铸铁管等管材连接构成的。这两种设计方式分别对应于管线设计环境中“主页”选项卡“管件”组的“管件”命令(其图标为甄)和“管道路线”命令(其图标为豁)。2.2.1塑管设计利用“管件”命令进行塑管设计时,可以在管件选项对话框中设定欲新建塑管模型的文件名称、保存路径和模板,设置塑管的材料名称、默认弯曲半径、管子外径、最小平直长度和壁厚等参数。对于起始端和结束端有特殊要求的塑管,1801 第35卷第2期2013-02(上)可以设置起始端或终止端的处理类型及其参数,端部处理类型包括:无、展开、法兰、封闭和内缩。默认的处理类型为“无”,即对端部不进行处理,端部处理类型如图12所示。如图13所示为塑管设计的应用实例,其中“管道1”是由折线路径生成的管道, “管道2”是由曲线路径生成的管道。匡虱(d)封闭哥图12端部处理类型(e)内缩管道2图13管道设计实例2.2.2刚管设计利用“管道路线”命令进行刚管设计时,可以在管道选项对话框中设置管材及管件等的选择方法。管材和管件可以从标准件库中选择,也可以使用自定义管材和管件。Solid Edge提供了ANSI(美国)、CSN(捷克斯洛伐克)、DIN(德国)、GB(中国)、GOST(俄罗斯)、JIS(日本)和UNI(意大利)等各国的机械标准件库和管道库。如图14所示,可以在装配环境中查看已安装的标准件。如图15所示为刚管设计实例,其管道路径见图9,其中第1、2段的管材直径为15mm,其它部分管材直径为20mm,A点、D点和H点处安装法兰,B点、E点、F点和G点处安装90。弯头,C点处安装异径三通。万方数据团雹墨囝雹目●——————————●—■■■日嘲§‘≮:J叠j到髫嚣≯婴跫”嘲。 选辨#阵辑书簦r丽r馕苞1E垂重霪要卫画垂甄垂互塑画一s盯 二+垫片一垫■+往兰一譬件·嘏锕罾覃插悼誓# 一。镑钢餐蟑垃f件.钳f件·镑翱洼兰蕾件·黄口铸铁f件一譬子一无置钢霄.自舜瓣豳ciJ 13 79]·l 992t螺母t蟑岱螺钉 -塑 I 竺 塑到 竺 塑图14标准件库A图15管道模型H2.2.3自定义管材和管件“管线设计”模块允许用户自定义管材和管件,设计好管材或管件实体模型后,可以利用Solid Edge安装目录下(如:“D:Ll’ogram Files\Sofid Edge ST3Wiping R伽融Pip崦Utility”)名为PreparePipingComponents.exe的应用程序或用人工方法将该实体模型定义为管材或管件。按规定格式定义的管材和管件,可以在使用“管线设计”命令设计管道中被直接调用。设计如图1 6所示的巾1 2×1管子模型,将其保存名为“管子”的零件模型文档。运行PreparePipingComponents.exe应用程序,在如图17所示的设置管材和管件对话框的“Select type ofcomponent to prepare”框中选择“Prepare pipe”单选项,在“Input diameter information”框中,选择“Common diameter between all openings”单选项,在“Diameter 1”文本框中键入“12”数值。在如图17所示的应用程序界面运行的情况下,在“管子”零件模型文档的绘图区域,分别选择管子两端的圆形轮廓,应用程序会在管子模型上建立如图18所示的坐标系,并在管子模型中添加相应的管材属性,将该“管子”零件模型定义为巾12X 1的管材。图16管子模型函宙墨冒墨圈圈墨墨墨圈囝重圈曩露灏蟹匹蜀芷囝醴冀鹫i:l鬻鍪i搿捌Select type of coap帅t tO prepeze’Ftepaze fitLing帆tlI 2 mgled openaa93 kaaple:albo-:r Prepare fittllg nth 2 Ln-lzae∞n1Ms ha∞le:m¨●end cou口1m1=r。I :rt。r Pr印牡●fitti珥-1th 2 jJrli聃q__抽ts蕾d 1-珥led 09●n珥 Ku=口le:Tr Pr印样●fitti耻tith 4 ap_I珥‘EI唧le:☆o●0疗h印tf}-婚·啪啦躺t“耐㈣tl∞ 一~一一。 …一一一j舻ca柚嘲傲蛐t虹be栅帆·ll叩删嘎#r Fitti埘h4柚ltipl·di哪t嘲DiⅢⅧlF一口iwm 2广一D1mⅧ3厂Dimt“:iI_—一select the m pi_pe∞吐M,· Cancel●--_____-___●一图17设置管材和管件对话框、。啦/20”一图18管子模型的坐标系利用PreparePipingComponents.exe应用程序定义管材和管件时,对管材和管件零件模型有一定的要求,在某些情况下采用人工方法将零件模型定义为管材或管件更为简便。如图19所示为公称通径为25的无缝弯头,Solid Edge零件环境中按如图19所示尺寸建立零件模型,用“坐标系”命令(其图标为宅)按图20所示在该模型上建立管件坐标系,并对坐标系的名称作相应修改,其中“OUTPUT.-POINT一1”为管件第一端流体流出方向,“INPUT—POINT一1”为管件第一端流体流进方向, “OUTPUT—POINT一2”为管件第二端流体流出方向,“INPUT—POINT一2”为管件第二端流体流进方向,坐标系中的X轴与管件口垂直、并与流体方向一致。打开该模型的变量表,按图21所示,在变量表中建立表示公称通径数值的“Diameter_l”变量,完成该DN25无缝弯头的设置。第35卷第2期2013—02(上) 1871万方数据未注倒角敦‘5。图19 DN25无缝弯头誉首秽鬻鞠筒…——— 圈昌§鼗每平萄囹邀唧加ⅡT-I囝毽OUTPUT—POINT_2回法INPUT_POI]iIT 2×图20设置90。弯头的坐标系×图21设置90。弯头的公称通径变量如图22所示的管件为某品牌的气路配件,如图23所示为按上面方法进行自定义管材和管件后,在“管线设计”模块中自动设计的气路模型。(b)弹簧接嘴(c)管子 (d)截止阀1881 第35卷第2期2013—02(上)妒莎(e)螺纹直通 (f)三通图22管件模型图23气路模型3结论利用Solid Ege进行三维管道设计时,可以在零件环境中分别对管子和管件零件模型进行设计,然后在装配环境中组装,也可以利用Solid Edge装配环境的“管线设计”模块直接进行设计。管道零件设计的关键是管子的设计,其中管子路径是设计的难点,Solid Edge交互方式没有提供复杂曲线的输入,难以准确绘制的复杂曲线,本文提供的平面B样条曲线路径和三维样条曲线路径设计方法能够解决复杂曲线路径的设计问题。SolidEdge“管线设计”模块提供了多种管道路径的设计方法,管道设计中的管材和管件即可以来自已经安装的管道标准件库,也可以使用自定义的管材和管件,利用“管线设计”模块提供的管道实用工具可以对管道中所用管子和管件的数量、规格等情况进行统计,方便了管道的加工生产。参考文献:【1】王劲,穆安乐,赵宏伟,郭天德.基于Solid Edge的零件管理数据处理技术【J】.机械设计与研究,2010(12):68-74.【2】机械设计手册编委会.管道与管道附件【M】.北京:机械工业出版社,2007.【3】王维,王劲,王艳芳,宋卫卫.Solid Edge基础应用与实践【M】.北京:清华大学出版社,20儿.【4】曾红,张志华,陈静,等.Solid Edge高级应用教程【M】.北京:化学工业出版社,2008.【5]李世国.一种基于Solid Edge平台的B样条曲线生成方法叨.现代制造工程,2003(1 1):27.29.巷3。、?陟洲。≈阻万方数据基于Solid Edge的三维管道设计作者: 王劲, WANG Jin作者单位: 西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安,710048刊名: 制造业自动化英文刊名: Manufacturing Automation年,卷(期): 2013,35(3)参考文献(5条)1.王劲;穆安乐;赵宏伟;郭天德 基于Solid Edge的零件管理数据处理技术[期刊论文]-机械设计与研究 2010(12)2.《机械设计手册》编委会 管道与管道附件 20073.王维;王劲;王艳芳;宋卫卫 Solid Edge基础应用与实践 20114.曾红;张志华;陈静 Solid Edge高级应用教程 20085.李世国 一种基于Solid Edge平台的B样条曲线生成方法[期刊论文]-现代制造工程 2003(11)本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zzyzdh201303022.aspx
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