文宏 甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 741001

CAD技術(shù)在機(jī)械裝配圖中的應(yīng)用探討

文宏 甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 741001

如何簡(jiǎn)單有效地處理好各軟件的遮擋是C A D技術(shù)生成裝配圖的核心問題，所以對(duì)于這個(gè)方面要更加重視。隨著科技的不斷發(fā)展，經(jīng)過科研人員的不斷思考、創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)，終于一種簡(jiǎn)便易行、高效可靠的設(shè)計(jì)方法誕生了。本文詳細(xì)地闡述了該方法的運(yùn)用原理，系統(tǒng)的實(shí)際操作等。詳細(xì)地?cái)⑹隽搜b配圖中各零件間的遮擋問題的解決過程，該方法在自動(dòng)獲取零件輪廓信息的基礎(chǔ)上，再通過裝配進(jìn)程進(jìn)行裝配，同時(shí)可測(cè)出零件優(yōu)先級(jí)。

CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；裝配圖生成

零件圖和裝配圖是機(jī)械設(shè)計(jì)通常用的表現(xiàn)形式，盡管現(xiàn)行的CAD軟件能使零件圖的復(fù)雜度大大降低，但是生成裝配圖仍然存在阻礙。目前存在著的一種方法對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)外存資源要求相當(dāng)大，它是通過三維實(shí)體造型，然后對(duì)零部件實(shí)體進(jìn)行組裝，接下來系統(tǒng)會(huì)剖切、消隱和投影三維裝配體，甚至?xí)M(jìn)行更多的處理，一張裝配圖就大功告成了，該圖凝聚著設(shè)計(jì)者的心血，是有設(shè)計(jì)者任意組合的。裝配圖完成的同時(shí)，系統(tǒng)也對(duì)應(yīng)地生成了三維的零件模型。盡管完成了裝配圖，但是這種方法卻不常用，因?yàn)橥瓿蛇@一系列步驟是一件相當(dāng)不容易的事。機(jī)械裝配圖采用的原理并不陌生，正是與二維作圖的基本相似。一是從裝配圖直接獲得為之服務(wù)的零件圖，進(jìn)而直接組裝即可。二是從零件入手，首先獲得人工給出的零件外形信息，由于裝配過程中會(huì)出現(xiàn)部分重疊部分圖線，所以會(huì)運(yùn)用布爾算法，達(dá)到消除此因重疊引起的問題。盡管這兩種方法都能達(dá)到預(yù)期的效果，但是卻需要人工的預(yù)處理，消耗大量人力資源。不僅如此，反復(fù)消耗人力資源使得該方法既繁瑣又低效，人力資源的再次使用體現(xiàn)在當(dāng)裝配關(guān)系或者零件大小改變時(shí)。所以該方法不實(shí)用。對(duì)于上述方法中存在的問題，當(dāng)今社會(huì)急需一種高效、簡(jiǎn)捷的方法。本文詳細(xì)論述了新方法如何自動(dòng)獲取輪廓信息，自動(dòng)處理裝配圖中各零件間遮擋，從而達(dá)到預(yù)期效果。實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)捷的目標(biāo)，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。

一.處理裝配圖

顯而易見，零件圖組裝成裝配圖，這從圖像處理角度就可得知?？墒?，實(shí)際上只是簡(jiǎn)單疊加各零件圖并不能代表裝配圖，主要原因是零件間的遮擋，所以處理零件間的遮擋就成了生成裝配圖的重要內(nèi)容。（假設(shè)裝配圖由n個(gè)零件裝配形成）

在裝配圖中，零件被其他零件遮擋的程度由Ki表示，代表零件間遮擋的優(yōu)先級(jí)。K=0代表此零件最不易被其他零件遮擋，優(yōu)先級(jí)k值的增大，就說明此零件被遮擋的難度減小。K值相同的零件有多個(gè)，而且可以互不重疊。

當(dāng)生成需裝配的n個(gè)零件圖后，這些零件圖的信息就會(huì)立即被自動(dòng)記錄到圖形檔案中，例如：直線、圓弧、角等，這些會(huì)自動(dòng)被畫線、畫圓弧、畫角等基本子程序中記錄。該零件的外輪廓信息可以被系統(tǒng)自動(dòng)獲取，無需任何外界的信息輸入。在生成裝配圖時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行一系列自動(dòng)措施，主要目的是對(duì)零件間的遮擋部分進(jìn)行剪裁處理。系統(tǒng)在對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)根據(jù)裝配進(jìn)程、零件圖形檔案、外形信息和對(duì)應(yīng)的k值作全面識(shí)別。一旦發(fā)現(xiàn)有零件存在問題需要修改時(shí)，系統(tǒng)會(huì)再次自動(dòng)識(shí)別該零件的外形信息，再次對(duì)該零件對(duì)應(yīng)的裝配過程進(jìn)行遮擋處理，仍然無需任何外界人力輔助，就連出現(xiàn)問題也是系統(tǒng)自動(dòng)處理完成。以上就是整個(gè)裝配圖的生成過程。

二.零件外形信息算法的自動(dòng)獲取

1.零件外形信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

想要達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，零件外形信息的處理也是十分重要的一個(gè)步驟。如果零件外形信息的缺失或者錯(cuò)誤，系統(tǒng)對(duì)裝配圖中零件圖遮擋的處理就無法順利進(jìn)行。零件各視圖的外輪廓信息構(gòu)成了零件外形信息。零件外形信息的構(gòu)成也是一個(gè)很重要的過程，它是由若干個(gè)封閉環(huán)構(gòu)成，對(duì)各個(gè)環(huán)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確識(shí)別，就可以獲取零件外形信息。

2.零件外形信息的自動(dòng)獲取

設(shè)視圖中滿足Ymax的點(diǎn)Pmax，當(dāng)Pmax有多個(gè)點(diǎn)時(shí)，取這些點(diǎn)中x坐標(biāo)最小的點(diǎn)為P0，只有一個(gè)Pmax時(shí)取P0= Pmax。

圖形生成后，零件的外形信息會(huì)立即被系統(tǒng)自動(dòng)獲取，不需要憑借任何外界人力資源。各視圖識(shí)別先后次序?yàn)镻。所在視圖優(yōu)先識(shí)別。系統(tǒng)處理步驟如下:

a)求外輪廓的第一條邊。過P。點(diǎn)向下移一個(gè)單位得P1，由P1作水平線，該水平線與圖中其他圖素相交，求得交點(diǎn)中x最小點(diǎn)P2，點(diǎn)P2所對(duì)應(yīng)的直線為零件視圖外輪廓的第一條邊P0P3

b)在第一條邊外側(cè)取一點(diǎn)N，該點(diǎn)稱為側(cè)點(diǎn)。

c)第一條邊與所有圖素求交點(diǎn)，符合以下條件之一的交點(diǎn)為有效交點(diǎn):

①交點(diǎn)即為第一條邊的端點(diǎn);

②交點(diǎn)是其他邊的一個(gè)端點(diǎn)，且另一端點(diǎn)與側(cè)點(diǎn)N在第一條邊同側(cè);

③交點(diǎn)不與第一條邊的端點(diǎn)重合。

d)求有效交點(diǎn)中離P2最靠近的點(diǎn)。

e)當(dāng)識(shí)別到有幾條路徑點(diǎn)T時(shí)，以T為圓心，判斷各路徑的直線與PT的夾角。若路徑為圓弧則在T附近且N一側(cè)取一點(diǎn)，求該點(diǎn)與T N的夾角。所求的角中，最小角對(duì)應(yīng)的那條路徑為下一條邊的流形。因PTD＜PTP，則外輪廓的下一條邊為TD。

f)求新邊與其他圖素的有效交點(diǎn)，此步驟與第3步類似，但與T點(diǎn)重疊點(diǎn)均為無效交點(diǎn)。

g)判斷該環(huán)是否封閉，若已封閉則結(jié)束，否則從第5步做起

h)循環(huán)以上各步，直至識(shí)別完所有視圖外輪廓。

三.零件間的遮擋處理

在零件外形信息被獲取成功后，終于到了最為關(guān)鍵的一步——生成裝配圖。生成裝配圖的核心問題是怎樣根據(jù)裝程及優(yōu)先級(jí)對(duì)零件遮擋部分進(jìn)行裁剪。零件圖形的構(gòu)成不是很復(fù)雜，它的最基本單位是圖形元素，當(dāng)有圖形元素遮擋零件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照遮擋零件的外輪廓逐個(gè)地進(jìn)行裁剪處理，保留外輪廓外的部分，輪廓內(nèi)(包括輪廓邊線上)的部分裁剪掉。

a)取第i進(jìn)程中優(yōu)先級(jí)K值大的零件圖信息(直線、圓弧段)以及K值小的零件外形信息;

b)求直線段(或圓弧段)與外輪廓的交點(diǎn);

c)判斷交點(diǎn)數(shù)。如交點(diǎn)數(shù)大于零，則跳過第4步;

d)取線段中點(diǎn)。若中點(diǎn)在輪廓內(nèi)。則整根線刪除。否則整根線保留，然后跳到第8步;

e)將線段端點(diǎn)與交點(diǎn)一起排隊(duì)，線段分為幾個(gè)小分段;

f)按小分段數(shù)循環(huán);

g)取小分段中點(diǎn)。若中點(diǎn)在輪廓內(nèi)，則小分段刪除，否則該小分段保留。如循環(huán)未束，則跳到第6步、否則至第8步。

h)輸出保留的線段信息，結(jié)束。

在裝配過程中存在一個(gè)很重要的因素那就是零件間是否干涉。這對(duì)該裝配是否有效起到?jīng)Q定作用。對(duì)于怎樣開發(fā)智能化自動(dòng)識(shí)別零件間是否干涉，研究需要進(jìn)一步開展下去。

［1］孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2009

［2］董超.Auto CAD三維制圖在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī).2010，（3）

［3］趙志.Auto CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.同煤科技.2010 ，（4）

［4］張夕琴.C A D/C A E技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù).2 0 1 0,（1 2）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.032

文宏 （1981-）男，甘肅臨洮人，工學(xué)學(xué)士，助理講師，主要從事機(jī)械工程領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的教學(xué)及研究工作