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電氣開關(guān)三維CAD系統(tǒng)研究
基于Windows，MDT(機(jī)械桌面系統(tǒng))，VC++和3DS軟件，開發(fā)了電氣開關(guān)3DCAD系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱SHCAD)及其裝配CAPP，并且整合成一個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了3D實(shí)體造型、模擬裝配、自動(dòng)仿真計(jì)算運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的力特性、各種接口：UG，Pro/E等，以及開關(guān)的ACAPP等于一體。
關(guān)鍵詞：電氣開關(guān)；3DCAD系統(tǒng)；裝配工藝；CAPP
1 SHCAD簡(jiǎn)介
1.1 開發(fā)環(huán)境
A)硬件：P4PC，256M內(nèi)存
B)軟件：Windows98 or Windows2000，VC++，MDT & 3DS max
1.2 主要性能與功能
A) 3D實(shí)體造型、尺寸驅(qū)動(dòng)、參數(shù)化繪圖
B) 3D模擬裝配，裝配的干涉檢查
C) 質(zhì)量、慣量與重心特性分析和計(jì)算
D) 自動(dòng)仿真計(jì)算運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的力(或力矩)特性
E) UG，Pro/E等的接口設(shè)計(jì)
F) 開關(guān)的ACAPP
G) 界面友好，易操作，成本低
H) 可擴(kuò)充性好
2 造型裝配和動(dòng)畫模擬
2.1 造型裝配
產(chǎn)品另部件設(shè)計(jì)基于MDT和自行開發(fā)的HCAD軟件，生成三維立體圖形，建立一套開關(guān)零部件的圖形庫。該庫具有尺寸驅(qū)動(dòng)、參數(shù)化繪圖功能，按裝配順序進(jìn)行模擬裝配。不僅配合件能作干涉檢查(如圖1所示)，而且還能作質(zhì)量、慣量與重心特性分析和計(jì)算(如表1所示)。
2.2 動(dòng)態(tài)模擬
動(dòng)態(tài)模擬包含裝配過程和動(dòng)作過程，前者如圖2所示。
動(dòng)作過程的動(dòng)畫如圖3所示。前者動(dòng)畫輸出文件是“文名.avi”，用于檢查裝配過程是否可行，也可用于培訓(xùn)裝配工人。
3 力(或力矩)特性的計(jì)算
鑒于作用力(驅(qū)動(dòng)力)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的反作用力之間的關(guān)系，彈簧的剛度k[1]與片簧的柔度C[2]是主要的計(jì)算模塊，其中C=1 k。彈簧有圓柱形彈簧和非圓柱形彈簧兩類，它們各自又分壓縮彈簧和拉伸彈簧。本軟件的計(jì)算界面如圖4所示。對(duì)于不同形狀的片簧的計(jì)算界面如圖5所示[3]。
為了求片簧的柔度系數(shù)起見，根據(jù)能量原理，計(jì)算公式如下[4]：
式中：Yj— 在j點(diǎn)處的撓度M(xi)—實(shí)際載荷在xi處的彎矩M0(xi)—在j點(diǎn)處虛加的單位載荷在xi處的彎矩
E—材料的彈性模量Ｉ—慣性矩
式中：Pj—實(shí)際載荷加在j點(diǎn)的力Cij—在i段上j點(diǎn)的柔度
4 開關(guān)的裝配CAPP(ACAPP)
開關(guān)是量大面廣的產(chǎn)品，傳統(tǒng)上，裝配工藝設(shè)計(jì)是手工的，它不能滿足多品種、小批量開關(guān)(含電子組合開關(guān))的要求。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增大經(jīng)濟(jì)利益，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化，必須開發(fā)開關(guān)的裝配CAPP，下面以組合開關(guān)為例。
ACAPP的數(shù)據(jù)庫主要是可選擇數(shù)據(jù)庫模塊，它能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的選擇、維護(hù)和管理。該數(shù)據(jù)庫包含任務(wù)指導(dǎo)書、工序名、另件名、文件、裝配卡片、輔助材料、設(shè)備與夾具、技術(shù)要求、操作規(guī)程、檢查規(guī)程、CAD圖庫等等。任務(wù)指導(dǎo)書是取工序名為標(biāo)題或目錄的綜合庫。每道工序名與工藝規(guī)程相應(yīng)，然后其它庫都是獨(dú)立的。
客戶借助于該功能模塊中的用戶界面(UI)可以擴(kuò)充、維護(hù)與管理這系統(tǒng)庫。該功能模塊可形成自己的工藝庫和刷新缺少數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)，這開關(guān)的裝配CAPP是柔性的，因此它能適應(yīng)各用戶的不同要求。
所有工藝文件都可以Microsoft Word格式輸出，且能根據(jù)用戶具體要求以不同流程圖格式輸出文件。這流程圖可以Word格式打印出。裝配流程圖設(shè)計(jì)的用戶界面(UI)示于圖6。
5 結(jié)論
1)開發(fā)了一套開關(guān)的HCAD中的3D實(shí)體造型函數(shù)曲線；建立了一套3D零件圖形庫，該庫具有尺寸驅(qū)動(dòng)、參數(shù)化繪圖等功能。
2)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助裝配，借助于調(diào)用開關(guān)零件圖形庫可獲得可視化3D裝配效果圖，它可按照工藝流程模擬3D裝配過程。
3)開發(fā)的開關(guān)CAD系統(tǒng)集成了3D實(shí)體造型、模擬裝配、計(jì)算開關(guān)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的力(或力矩)特性、設(shè)計(jì)接口和ACAPP等與之一體，它能大大減縮設(shè)計(jì)周期與成本費(fèi)用；提高產(chǎn)品性能和減小體積。