利用Autodesk Inventor实现计算机辅助的组合机床三维总图设计

2010

机械设计的传统模式是设计人员首先对设计对象，有一个三维的整体布局。实际工作中，还是根据三维构思，绘制二维的总装配图，再来分解成部件：装配图，最后拆零件，形成二维零件总图。经过这样迂回曲折得到的图纸，还有可能不能实现原来的设计意图。有没有可能绘制精确的三维总图，根据这个总图来绘制零件图?
现在有了功能强大的三维CAD 软件，有条件还设计过程的本来面目。设计人员头脑中的三维的整体布局可以直接用三维图形表达。余下的部件图，零件图工作，交给机器来做。
( V3 ^+ N8 h, a3 u) F, U- ?本文以组合机床设计为例，利用Autodesk Inventor开发计算机辅助的三维机械总装图设计系统，详述各个部分的功能。据目前中文文献检索，还没有发现类似的软件系统。以下各节分别阐述：系统的设计思想，系统组成，工作流程，韧组合机床三维总图计算机辅助没计。
7 |" W, ?4 u/ ~1 系统的设计思想
正是基于上述想法，提出了利用三维软件Autodesk lnventor作为组合机床的设计载体，利用Ⅵsualc++6．0(Vc++60)驱动Autodesk Inventor并进行零件的参数化设计，利用数据库存储大量的数据以便于调用这样一种方法，并对其进行的初步的研究与应用。Autodesk Inventor是Autodesk公司推出的面向机械设计的三维CAD软件，具有上手容易，使用方便，图形修改简单的特点，三维运算速度相对比较快，被广泛用于各个行业。而且Inventor提供了利用VC++6．0开发的接I=I，可以直接在inventor内部生成工具栏，所有的命令通过在工具栏中的按钮与动态链接库中的函数相联系，并且调用数据库，进行零部件的绘制，从而实现了与Inventor的无缝链接。在进行装配的过程中，系统经过判断自动给出相关的零部件的选择，免去了设计人员的复杂的查询过程。
2 系统的组成
系统主要由三部分组成，零部件的生成，零部件的调用及装配，数据库。这三部分相互关联，又彼此独立。
; h2 p# `$ }! q% F- ?0 ?2．1 零件的生成
6 h& F" a% m1 N- `在设计过程中，零件的使用是不可避免的。然而零件的种类繁多。如果单凭设计者去绘制，既费时，又费力，而且也不一定符合标准。Inventor提供的接口程序中包含了简单特征的生成。可以用这些接口设计出产生简单标准零件特征的函数。在需要使用零件时，只需找到所要绘制的零件的类型，输入参数，就可以很方便的生成所需要的零件。参数既可以用系统所提供的标准零件参数，也可以让用户自己输入需要自定义的参数。生成的零件可以由用户自定义保存到硬盘中，为以后的调用做准备。
# f% \( U3 P$ B2 H% n4 H8 d2．2 零件的调用及装配
& q/ T" k6 `( q1 d' u' `在主界面进行零件调用的过程中，系统会给出适当的提示，以便用户能够较快地找到自己所需要的零件。调用时，发现现有零件库中没有适合的零件时，也可以重新进入零部件生成界面进行零件的临时生成，并将所生成零件的参数保存到数据库中，以便下次进行调用。
' f  O5 h$ u7 D0 x2．3 数据库
% f6 |& G) [/ y. D: z- ?; L& e8 C所有已知标准零件的信息，包括其外形尺寸，生产厂家等都被存放在数据库中，供用户在需要时调用。对于数据库中不存在的非标准零件可以利用现有零件库进行一些简单的改动，并将其数据存放至数据库中，成为用户自定义数据。保证了数据库的可扩展性。又因为系统仅仅是作为机床设计的辅助软件，因此在数据库中将一些大的部件的尺寸也做了一些约束，将其看成是大的零件，单独存放在数据库的部件外形表中。设计者如果仅仅想看到所设计的机床的外形，在调用数据库的时候，就可以调用部件外形表中的数据。这样就方便了设计。
3 f7 {8 l  U( ?+ ^7 |这里面就涉及到数据库的访问技术。数据库是存放并管理各种零件的基本数据的地方。有了数据库，系统才可以在Inventor内部调用各种数据并生成零件。在系统中采用Microsoft SQL ServerTM 2000作为管理系统数据库的软件。这是因为它支持大部分Windows操作系统，同时，满足对数据库的任何查询，修改，删除等操作功能。
3 系统的工作流程及实例
% X, _7 e1 F) o; r3 W) W  M系统可以分为两个流程，一个是零件绘制流程，另一个是装配流程。这两个流程相互配合，缺一不可。装配流程图如图1，零件绘制流程图如图2。

图1 装配流程图

1 Q* P' H" T% q5 O& E9 A7 g) c) D图2 零件绘制流程图
1 v+ i, X. L  F! s2 a- K) B1 m# B
图3
( Y- Y$ y1 J+ d0 O% n以生成一台简单的机床为例，将系统过程简单地介绍一下。
3．1 工具栏的自动生成
Inventor所提供的VC程序可以生成一个动态链接库文件并在Inventor内部生成工具栏。工具栏示例如图3。用VC将所需的代码编译通过后，就可以生成此代码。注册动态链接库需要自定义一个文件，后缀为．dat。启动Inventor后，就可以自动生成工具栏。注册文件内容示例如下：
@echo off ／／文件开头
echo Registering Rubicon’s Application——level Addln Sweep—．Feature ／／文件体
regsvr32 Debug＼SweepFeature．dll ／／注册
Debug文件夹中的SweepFeature．dll文件
! [/ f0 c4 W" d; x3 W9 f2 P3．2 零部件的选择与自动导入
进入系统后，在工具栏上选择装配健，生成装配环境，选择要设计的机床类型，下一步就是导入零部件了。由于只是要看一看机床的外形，不涉及到里面的具体构造，所以选择部件装配，即把机床分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件5类，在数据库中把这五类部件的外形进行分门别类，画图时只调用这些部件的外形尺寸，画出的部件基本上可以包含外形所需的大部分信息。如图4为侧底座图。调用零件的代码如下：
8 Q3 b' h3 Y! W$ p5 M& rhr： 0ccs-> Add(FileName，Matrix，&pOcc2)；
FileName是零件名称，pMatrix则是零件所摆放的位置。
. d1 N' X# j8 ^( [  T3．3 零部件的生成
- J3 U& g: ?  p9 ^9 T* J, _3 c如果在计算机中还没有生成零部件文件，就可以调用零部件绘制系统自动生成所需零部件。由于设计机床时大部分的零件都是选用标准零件的。这种选择的好处就是保证了组合机床零部件的通用性。系统将大部分的标准零件的规格尺寸经过整理，存放在数据库当中，形成了多个表格。并进一步将所有标准特征的生成代码整理出来，如拉伸，倒角等，可以随时进行调用。这样的话，在绘制时就可以对其进行精确定位。如下是贯穿拉伸特征的生成代码：
" d" W0 ?  U) U6 ]% K% Q+ bAddByThroughAllExtent
(Profile， ExtentDirection， Operation，TapefAngle，＆_result)

图4 机床零件示意图
3．4 装配件的生成
导入零部件后，在装配环境中就可以手动进行零部件的装配。在装配过程中，可以看出所设计的机床的外形的大体轮廓。如果不满意，也可以进行一些修改。示例图如图5。
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图5
三维机械总装图设计系统作为一个辅助工具可以给设计人员提供一些帮助，还不能完全替代设计人员自身的劳动。
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