計算機輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧

第 1 頁 共 22 頁 計算機輔助繪制圓管相貫線展開圖計算機輔助繪制圓管相貫線展開圖 的方法與技巧的方法與技巧 殷 剛 沈陽遠大企業(yè)集團研究所計算機應(yīng)用室 沈陽 110161 【摘摘 要要】本文介紹了沈陽遠大企業(yè)集團研究所計算機應(yīng)用室自主開發(fā)的“遠大空間管桁結(jié)構(gòu)相 貫節(jié)點放樣工具軟件”的使用方法和圓管相貫構(gòu)件展開放樣的基本原理，闡述了用計算機實現(xiàn)輔 助繪制圓管相貫線展開圖的方法，通過典型實例分析了繪制多個圓管相貫線展開圖的技巧。 【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】計算機輔助設(shè)計 鈑金展開放樣 1 1 概述概述 在工程的生產(chǎn)加工過程中，我們會經(jīng)常遇到兩個（或幾個）圓管相貫的情況。在正式加工前， 須作出這些相貫線的全部或部分展開圖樣線，然后才能裁剪制成。這些相貫線的展開圖樣線是否正 確以及精度如何，將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。本文介紹的就是利用計算機來實現(xiàn)輔助繪制相貫線的 展開圖樣線的基本方法和一些技巧。 熟練地掌握這些方法和技巧，既可以幫助設(shè)計人員和工藝人員進行現(xiàn)場的展開放樣，提高工作 效率和產(chǎn)品質(zhì)量，又可以為公司節(jié)省工料，降低成本。 2 2 鈑金展開放樣的基本方法鈑金展開放樣的基本方法 繪制相貫線的展開圖樣線的基本方法大體有兩種。 第一種是圖解法，它運用投影原理作圖，進行展開放樣。首先按投影原理繪制出構(gòu)件的有關(guān)視 圖，并畫出輔助線，求出實長、實形等，然后再作出相貫線的展開圖樣線。圖解法作圖繁瑣，手工 作圖誤差較大，影響加工質(zhì)量。計算機輔助繪圖雖可提高精度，但是模塊化程度不高，不易于程序 設(shè)計。 第二種是計算法，它通過理論計算，進行展開放樣。首先示意性的畫出必要的視圖，然后將圓 管斷面等分，將圓周上等分點折算成角度依次計算，再根據(jù)計算結(jié)果描點進行放樣，作出相貫線的 展開圖樣線。計算法作圖迅速，雖然是近似計算，但等分點愈多展開圖愈準確，足以滿足工程需要。 計算法繁瑣的計算過程因其模塊化程度高，可以通過程序設(shè)計來實現(xiàn)，精確的描點繪圖也可由計算 機來完成，可以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率。本文討論的就是如何通過計算法進行展開放樣。 3 3 典型圓管構(gòu)件的放樣計算原理典型圓管構(gòu)件的放樣計算原理 圓管構(gòu)件在鈑金結(jié)構(gòu)中較為普遍，而且類型較多，不能一一例舉。本文僅介紹以下幾種典型圓 管構(gòu)件的放樣計算原理：等徑直角彎頭、等徑任意角彎頭、等徑正交三通管、等徑斜交三通管、異 徑正交三通管、異徑斜交三通管等。其它構(gòu)件的放樣計算原理請參閱有關(guān)的文獻。 3.13.1 等徑直角彎頭的放樣計算等徑直角彎頭的放樣計算 如圖一所示，兩節(jié)等徑的直角彎頭，因彎頭直徑相等，兩節(jié)對稱，只需求出一節(jié)展開圖即可。 歡迎下載2 圖一 計算公式： 說明： yn - 展開圖圓周長度等分點至曲線坐標值，mm r - 輔助圓半徑，mm d - 圓管外徑，mm n - 輔助圓周等分角，度 本文只討論薄板制件，壁厚 t 忽略不計。 3.23.2 等徑任意角彎頭的放樣計算等徑任意角彎頭的放樣計算 如圖二所示，兩節(jié)等徑的任意角彎頭，由于直 徑相等，兩節(jié)對稱，也只需求出一節(jié)展開圖即可。 計算公式： 說明： yn - 展開圖圓周長度等分點至曲線坐標值，mm r - 輔助圓半徑，mm d - 圓管外徑，mm - 彎頭軸線交角，度 n - 輔助圓周等分角，度 圖二 歡迎下載3 3.33.3 等徑正交三通管的放樣計算等徑正交三通管的放樣計算 如圖三所示，等徑三通管的相貫線正面投影為相交兩直線，可直接畫出。等徑正交三通管的相 貫線對稱，其展開圖也對稱。 圖三 計算公式： 說明： yn - 展開圖曲線坐標值或開孔寬度，mm d - 圓管外徑，mm n - 斷面等分角，度 歡迎下載4 3.43.4 等徑斜交三通管的放樣計算等徑斜交三通管的放樣計算 如圖四所示，等徑斜交三通管的相貫線左右不對稱，但前后對稱。已知 b、c、d、l 及 等參 數(shù)，先求出輔助圓半徑 R 及 r，再按等分角計算支管展開圖曲線坐標值及主管開孔寬度。 圖四 計算公式： 歡迎下載5 3.53.5 異徑正交三通管的放樣計算異徑正交三通管的放樣計算 圖五 歡迎下載6 如圖五所示，異徑正交三通管由于支管與主管異徑垂直交接而出現(xiàn)支管里皮與主管外皮接觸。 已知 R、r、h 及 l 等尺寸，支管按內(nèi)徑 r，主管按外徑 R 計算支管展開圖曲線坐標值及主管開孔寬 度。 計算公式： 說明： y0、yn - 相貫線各點至主管軸線距離，mm R - 主管外半徑，mm R - 支管內(nèi)半徑，mm n - 斷面等分角，度 cn - 開孔長度，mm bn - 開孔寬度，mm 3.63.6 異徑斜交三通管的放樣計算異徑斜交三通管的放樣計算 如圖六所示，異徑斜交三通管是生產(chǎn)加工時經(jīng)常遇到的一種構(gòu)件，兩管相貫線為空間曲線。已 知 R、r、H、l、c 及 等參數(shù)，可計算支管展開圖曲線坐標值及主管開孔寬度。 歡迎下載7 圖六 計算公式： 歡迎下載8 說明： R - 主管半徑，R=D/2，mm r - 支管半徑，r=d/2，mm yn - 相貫線各點沿支管軸線至軸線交點的距離，mm n 圓周等分角，度 cn - 開孔長度，mm bn - 開孔寬度，mm 4 4 計算機輔助繪制圓管相貫線的方法計算機輔助繪制圓管相貫線的方法 4.14.1 程序設(shè)計的基本思想程序設(shè)計的基本思想 用計算法來繪制圓管相貫線的展開圖樣線，計算機是必不可少的工具。繁瑣的計算過程以及精 確的描點繪圖工作，都可以通過程序設(shè)計來實現(xiàn)。為了達到程序易編、易修改、易增添構(gòu)件類型、 易調(diào)試和易維護的目的，可以采用模塊化技術(shù)來進行程序設(shè)計。 繪制平面內(nèi)圓管相貫線的展開圖樣線程序模塊結(jié)構(gòu)圖如下： 各模塊的主要功能如下： 主控模塊 由它來調(diào)用其它各模塊，并進行集合處理。 輸入模塊 采用人機對話方式向用戶詢問原始數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理模塊 根據(jù)輸入信息，調(diào)用相應(yīng)的計算模塊，并儲存計算結(jié)果。 各計算模塊 進行某一種類型構(gòu)件的放樣展開計算，確定相貫線各點的坐標值。 輸出模塊 讀取各點的坐標值，描點繪制相貫線的展開圖樣線。 歡迎下載9 繪制空間圓管相貫線的展開圖樣線程序模塊結(jié)構(gòu)圖如下： 需要用戶輸入的空間相貫線圖形文件為在 AutoCAD 中完成的 DWG 或 DXF 文件格式。 用 1（紅）顏色來標識圓管右側(cè)的內(nèi)徑相貫線。 用 2（黃）顏色來標識圓管右側(cè)的外徑相貫線。 用 3（綠）顏色來標識圓管左側(cè)的內(nèi)徑相貫線。 用 4（青）顏色來標識圓管左側(cè)的外徑相貫線。 歡迎下載10 4.24.2 主控模塊的程序設(shè)計思路主控模塊的程序設(shè)計思路 根據(jù)功能編制的各個子程序模塊是不能單獨運行的，必須由主程序來調(diào)用它們才能實現(xiàn)各自的 功能，完成圓管相貫線的展開圖樣線的計算機輔助繪圖工作。 主控模塊的功能主要有： 初始化及對后續(xù)程序所用到的變量進行定義； 主程序與各個子程序模塊的接口設(shè)計； 清理現(xiàn)場等。 4.34.3 輸入模塊的程序設(shè)計思路輸入模塊的程序設(shè)計思路 輸入模塊的功能在于，輸入所有需要由用戶提供的原始信息。由于輸入部分是與用戶直接打交 道的，因此程序設(shè)計時必須考慮以下幾點： 以人機對話方式向用戶詢問原始數(shù)據(jù)； 輸入力求以簡單、方便用戶為準則，對于一些常用的原始信息以缺省值或列表框的形式出現(xiàn)； 必須有一定的容錯技術(shù)，防止由于用戶誤給原始信息，或者所給的原始信息不合理而產(chǎn)生一 系列錯誤結(jié)果。 4.44.4 數(shù)據(jù)處理模塊和各計算模塊的程序設(shè)計思路數(shù)據(jù)處理模塊和各計算模塊的程序設(shè)計思路 數(shù)據(jù)處理模塊的功能在于，根據(jù)輸入信息調(diào)用相應(yīng)的計算模塊，并儲存計算結(jié)果。各計算模塊 的功能在于，進行某一種類型構(gòu)件的放樣展開計算，確定相貫線各點的坐標值。這是整個軟件的核 心部分，因此程序設(shè)計時必須考慮以下幾點： 計算公式的調(diào)用及編碼必須準確無誤； 計算參數(shù)及原始信息的選用必須合理； 計算相貫線各點的坐標值的過程力求快捷精準； 計算結(jié)果的存儲必須安全，且便于后續(xù)程序讀??； 考慮功能擴展性，便于增添構(gòu)件類型。 4.54.5 輸出模塊的程序設(shè)計思路輸出模塊的程序設(shè)計思路 輸出模塊的功能在于，通過讀取各點的坐標值，可以描點繪制相貫線的展開圖樣線。輸出部分 是在 AutoCAD 的環(huán)境下實現(xiàn)的，程序設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾點： 初始化 AutoCAD 的環(huán)境及對相關(guān)的系統(tǒng)變量進行定義； 描點的過程力求準確、迅速； 樣線繪制完成后及時清理現(xiàn)場。 5 5 繪制多個圓管相貫線展開圖的技巧繪制多個圓管相貫線展開圖的技巧 上面提到的僅僅是單一類型構(gòu)件的圓管相貫線的放樣計算原理和利用計算機來實現(xiàn)輔助繪制其 展開圖樣線的基本方法。據(jù)此，研究所計算機應(yīng)用室開發(fā)并制作完成了“圓管相貫線放樣工具軟件 （V1.0 版） ” ，歡迎設(shè)計人員、工藝人員等廣為使用。 “圓管相貫線放樣工具軟件”中可以對以下幾種典型圓管構(gòu)件進行放樣計算：等徑直角彎頭、 等徑任意角彎頭、等徑正交三通管、等徑斜交三通管、異徑正交三通管、異徑斜交三通管等。其它 構(gòu)件的放樣計算暫時不能直接應(yīng)用本軟件。但是有些多個圓管相貫的構(gòu)件可以間接使用本軟件，對 設(shè)計人員、工藝人員進行放樣計算有一定的幫助。下面通過兩個實例來分析間接使用本軟件繪制多 個圓管相貫線展開圖的技巧。 例例 1 1 歡迎下載11 如圖所示，這種類型的構(gòu)件在生產(chǎn)加工的過程中有時會遇到，而且暫時還不能直接應(yīng)用“圓管 相貫線放樣工具軟件”來進行放樣計算。但是我們可以用軟件分別繪制完成“主管-支管 1” 、 “主 管-支管 2”和“支管 1-支管 2”的相貫線展開圖樣線，然后通過疊加的手段組合兩條樣線，就會 得到我們所需要的樣線。 下面是“主管-支管 1” 的相貫線展開圖樣線： 歡迎下載12 下面是“主管-支管 2” 的相貫線展開圖樣線： 下面是“支管 1-支管 2” 的相貫線展開圖樣線： 歡迎下載13 下面是疊加后支管 2 的相貫線展開圖樣線： 主管及支管 1 的相貫線展開圖樣線同樣可以通過疊加得到，疊加的核心技術(shù)是找準疊加參照點， 想要熟練掌握這一技術(shù)，需要不斷的在實踐中摸索并及時總結(jié)。 例例 2 2 如圖所示，這種類型的構(gòu)件在生產(chǎn)加工的過程中有時也會遇到，而且可以直接應(yīng)用“圓管相貫 線放樣工具軟件”來進行放樣計算，問題是夾角 如何確定。下面介紹一種獲取 值的技巧。 已知的尺寸為：D、d1、d2、W 和 H。 計算公式： 歡迎下載14 下面運用遞推逼近法來獲得夾角 的值：首先任取一個 b1 值，通過下面的公式 1 算出一個 值， （公式 1） 再通過下面的公式 2 算出一個b1值， （公式 2） 用b1和 b1 進行比較，如果它們之間的差值小于設(shè)定的精度 ，即 | b1 - b1 | ，可以 認定 b1 值滿足要求，通過公式 1 算出的 值就是我們需要的結(jié)果。否則，令 重復(fù)上述步驟，再次計算，直至 b1 值滿足要求，求出我們需要的 值。 運用遞推逼近法來獲得夾角 的值，需要大量的運算過程，通過程序設(shè)計來完成既快又準。 因此，在“圓管相貫線放樣工具軟件”中我們提供了這一功能。 上述兩個實例，是繪制多個圓管相貫線展開圖的特例，文中所闡述的是一種應(yīng)用上的技巧。讀 者可以在實踐中不斷地摸索其它使用技巧，使“圓管相貫線放樣工具軟件”能更好地為大家服務(wù)。 6 6 軟件使用說明軟件使用說明 啟動程序的主對話框，如圖所示。 歡迎下載15 點擊彎頭相貫線展開圖，彈出對話框。輸入尺寸后點擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣恿硗忾_啟一個 AutoCAD 繪制出彎頭相貫線展開圖樣線，如圖所示。 歡迎下載16 點擊三通支管相貫線展開圖，彈出對話框。提示用戶要進行支管相貫線的展開放樣，點擊確定 按鈕后，再彈出對話框。輸入尺寸后點擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣恿硗忾_啟一個 AutoCAD 繪制出三通 支管相貫線展開圖樣線，如圖所示。 歡迎下載17 點擊遞推逼近法求夾角 ，彈出對話框。輸入尺寸后點擊計算按鈕，程序?qū)⒆詣訉⒂嬎阃瓿?的 值填寫到計算結(jié)果欄中，用戶可以反復(fù)計算，并將計算結(jié)果分別記錄下來，如圖所示。 點擊平面三管相貫線展開圖，彈出對話框。提示用戶要進行支管 2 相貫線的展開放樣，點擊確 定按鈕后，彈出對話框。輸入尺寸后點擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣恿硗忾_啟一個 AutoCAD 繪制出平面 歡迎下載18 三管相貫時支管 2 的相貫線展開圖樣線，如圖所示。 歡迎下載19 點擊空間多管相貫線展開圖，彈出對話框，如圖所示。 點擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣恿硗忾_啟一個 AutoCAD，并彈出對話框，如圖所示。 用戶可以在命令行中鍵入相應(yīng)的命令來完成相貫線展開圖。 若用戶在命令行中鍵入“XGW” ，程序?qū)棾鰧υ捒?，讀取相貫線圖形文件，如圖所示。 選中用戶需要的相貫線圖形文件，點擊“打開”按鈕，程序?qū)⒆詣由砂赐鈴嚼L制相貫線展開 圖，如圖所示。 歡迎下載20 按內(nèi)徑繪制相貫線展開圖和按內(nèi)徑到外徑的垂直投影繪制相貫線展開圖的自動生成方法與此同 理，只需在命令行中分別鍵入“XGN”和“XGZ”即可。 點擊“導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)文件描點” ，彈出對話框，如圖所示。 歡迎下載21 選中相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)文件，然后點擊打開按鈕，程序自動繪制的描點曲線如圖所示。 注意：外部數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件為文本格式，后綴名任意，每一行依次顯示一個坐標點的 X、Y、Z 坐標值，中間用空格隔開。Z 坐標值為空時繪制平面曲線，否則繪制空間曲線，如圖所示。 歡迎下載22