計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧[圖表記錄](méi)

1、58ers1 計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖計(jì)算機(jī)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(yáng)遠(yuǎn)大企業(yè)集團(tuán)研究所計(jì)算機(jī)應(yīng)用室 沈陽(yáng) 110161 【摘摘 要要】本文介紹了沈陽(yáng)遠(yuǎn)大企業(yè)集團(tuán)研究所計(jì)算機(jī)應(yīng)用室自主開發(fā)的“遠(yuǎn)大空間管桁結(jié)構(gòu)相 貫節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)輔 助繪制圓管相貫線展開圖的方法，通過(guò)典型實(shí)例分析了繪制多個(gè)圓管相貫線展開圖的技巧。 【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 鈑金展開放樣 1 1 概述概述 在工程的生產(chǎn)加工過(guò)程中，我們會(huì)經(jīng)常遇到兩個(gè)（或幾個(gè)）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

2、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(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)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(jì)人員和工藝人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)用投影原理作圖，進(jìn)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(shí)長(zhǎng)、實(shí)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

3、，影響加工質(zhì)量。計(jì)算機(jī)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(jì)。 第二種是計(jì)算法，它通過(guò)理論計(jì)算，進(jìn)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(diǎn)折算成角度依次計(jì)算，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果描點(diǎn)進(jìn)行放樣，作出相貫線的 展開圖樣線。計(jì)算法作圖迅速，雖然是近似計(jì)算，但等分點(diǎn)愈多展開圖愈準(zhǔn)確，足以滿足工程需要。 計(jì)算法繁瑣的計(jì)算過(guò)程因其模塊化程度高，可以通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，精確的描點(diǎn)繪圖也可由計(jì)算 機(jī)來(lái)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(guò)計(jì)算法進(jìn)行展開放樣。 3 3 典型圓管構(gòu)件的放樣計(jì)算原理典型圓管構(gòu)件的放樣計(jì)算原理 圓管構(gòu)件在鈑金結(jié)構(gòu)

4、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(jì)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(jì)算原理請(qǐng)參閱有關(guān)的文獻(xiàn)。 3.13.1 等徑直角彎頭的放樣計(jì)算等徑直角彎頭的放樣計(jì)算 58ers2 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(duì)稱，只需求出一節(jié)展開圖即可。 圖一 計(jì)算公式： 說(shuō)明： yn - 展開圖圓周長(zhǎng)度等分點(diǎn)至曲線坐標(biāo)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(jì)。 3.23.2 等徑

5、任意角彎頭的放樣計(jì)算等徑任意角彎頭的放樣計(jì)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(duì)稱，也只需求出一節(jié)展開圖即可。 計(jì)算公式： 說(shuō)明： yn - 展開圖圓周長(zhǎng)度等分點(diǎn)至曲線坐標(biāo)值，mm r - 輔助圓半徑，mm 58ers3 d - 圓管外徑，mm - 彎頭軸線交角，度 n - 輔助圓周等分角，度 圖二 3.33.3 等徑正交三通管的放樣計(jì)算等徑正交三通管的放樣計(jì)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(duì)稱，其展開圖也對(duì)稱。 圖三 計(jì)算公式： 說(shuō)明： 58ers4 yn - 展開圖曲線坐標(biāo)值或開孔寬度，mm d - 圓管外徑

6、，mm n - 斷面等分角，度 3.43.4 等徑斜交三通管的放樣計(jì)算等徑斜交三通管的放樣計(jì)算 如圖四所示，等徑斜交三通管的相貫線左右不對(duì)稱，但前后對(duì)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(jì)算支管展開圖曲線坐標(biāo)值及主管開孔寬度。 圖四 計(jì)算公式： 58ers5 3.53.5 異徑正交三通管的放樣計(jì)算異徑正交三通管的放樣計(jì)算 58ers6 圖五 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(jì)算支管展開圖曲線坐標(biāo)值及主管開孔寬 度。 計(jì)算公式： 說(shuō)明：

7、 y0、yn - 相貫線各點(diǎn)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(zhǎng)度，mm bn - 開孔寬度，mm 3.63.6 異徑斜交三通管的放樣計(jì)算異徑斜交三通管的放樣計(jì)算 58ers7 如圖六所示，異徑斜交三通管是生產(chǎn)加工時(shí)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(jì)算支管展開圖曲線坐標(biāo)值及主管開孔寬度。 圖六 計(jì)算公式： 58ers8 說(shuō)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(diǎn)沿支管軸線至軸線交點(diǎn)的距離，mm n 圓周等分角

8、，度 cn - 開孔長(zhǎng)度，mm bn - 開孔寬度，mm 4 4 計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線的方法計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線的方法 4.14.1 程序設(shè)計(jì)的基本思想程序設(shè)計(jì)的基本思想 用計(jì)算法來(lái)繪制圓管相貫線的展開圖樣線，計(jì)算機(jī)是必不可少的工具。繁瑣的計(jì)算過(guò)程以及精 確的描點(diǎn)繪圖工作，都可以通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到程序易編、易修改、易增添構(gòu)件類型、 易調(diào)試和易維護(hù)的目的，可以采用模塊化技術(shù)來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 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： 58ers9 各模塊的主要功能如下： 主控模塊 由它來(lái)調(diào)用其它各模塊，并進(jìn)行集合處理。 輸入模塊 采用人機(jī)對(duì)話方式向用戶詢問(wèn)原始數(shù)據(jù)。

9、數(shù)據(jù)處理模塊 根據(jù)輸入信息，調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算模塊，并儲(chǔ)存計(jì)算結(jié)果。 各計(jì)算模塊 進(jìn)行某一種類型構(gòu)件的放樣展開計(jì)算，確定相貫線各點(diǎn)的坐標(biāo)值。 輸出模塊 讀取各點(diǎn)的坐標(biāo)值，描點(diǎn)繪制相貫線的展開圖樣線。 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(lái)標(biāo)識(shí)圓管右側(cè)的內(nèi)徑相貫線。 用 2（黃）顏色來(lái)標(biāo)識(shí)圓管右側(cè)的外徑相貫線。 用 3（綠）顏色來(lái)標(biāo)識(shí)圓管左側(cè)的內(nèi)徑相貫線。 用 4（青）顏色來(lái)標(biāo)識(shí)圓管左側(cè)的外徑相貫線。 58ers10 4.24.2 主控模塊的程序設(shè)計(jì)思路主控模塊的程序設(shè)計(jì)思

10、路 根據(jù)功能編制的各個(gè)子程序模塊是不能單獨(dú)運(yùn)行的，必須由主程序來(lái)調(diào)用它們才能實(shí)現(xiàn)各自的 功能，完成圓管相貫線的展開圖樣線的計(jì)算機(jī)輔助繪圖工作。 主控模塊的功能主要有： 初始化及對(duì)后續(xù)程序所用到的變量進(jìn)行定義； 主程序與各個(gè)子程序模塊的接口設(shè)計(jì)； 清理現(xiàn)場(chǎng)等。 4.34.3 輸入模塊的程序設(shè)計(jì)思路輸入模塊的程序設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)必須考慮以下幾點(diǎn)： 以人機(jī)對(duì)話方式向用戶詢問(wèn)原始數(shù)據(jù)； 輸入力求以簡(jiǎn)單、方便用戶為準(zhǔn)則，對(duì)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(cuò)技術(shù)，防止由于用戶誤

11、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(cuò)誤結(jié)果。 4.44.4 數(shù)據(jù)處理模塊和各計(jì)算模塊的程序設(shè)計(jì)思路數(shù)據(jù)處理模塊和各計(jì)算模塊的程序設(shè)計(jì)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(jì)算模塊，并儲(chǔ)存計(jì)算結(jié)果。各計(jì)算模塊 的功能在于，進(jìn)行某一種類型構(gòu)件的放樣展開計(jì)算，確定相貫線各點(diǎn)的坐標(biāo)值。這是整個(gè)軟件的核 心部分，因此程序設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以下幾點(diǎn)： 計(jì)算公式的調(diào)用及編碼必須準(zhǔn)確無(wú)誤； 計(jì)算參數(shù)及原始信息的選用必須合理； 計(jì)算相貫線各點(diǎn)的坐標(biāo)值的過(guò)程力求快捷精準(zhǔn)； 計(jì)算結(jié)果的存儲(chǔ)必須安全，且便于后續(xù)程序讀?。?考慮功能擴(kuò)展性，便于增添構(gòu)件類型。 4.54.5 輸出模塊的程序設(shè)計(jì)思

12、路輸出模塊的程序設(shè)計(jì)思路 輸出模塊的功能在于，通過(guò)讀取各點(diǎn)的坐標(biāo)值，可以描點(diǎn)繪制相貫線的展開圖樣線。輸出部分 是在 AutoCAD 的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 初始化 AutoCAD 的環(huán)境及對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)變量進(jìn)行定義； 描點(diǎn)的過(guò)程力求準(zhǔn)確、迅速； 樣線繪制完成后及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)。 5 5 繪制多個(gè)圓管相貫線展開圖的技巧繪制多個(gè)圓管相貫線展開圖的技巧 58ers11 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(jì)算原理和利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助繪制其 展開圖樣線的基本方法。據(jù)此，研究所計(jì)算機(jī)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(jì)人員、工藝人員等

13、廣為使用。 “圓管相貫線放樣工具軟件”中可以對(duì)以下幾種典型圓管構(gòu)件進(jìn)行放樣計(jì)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(jì)算暫時(shí)不能直接應(yīng)用本軟件。但是有些多個(gè)圓管相貫的構(gòu)件可以間接使用本軟件，對(duì) 設(shè)計(jì)人員、工藝人員進(jìn)行放樣計(jì)算有一定的幫助。下面通過(guò)兩個(gè)實(shí)例來(lái)分析間接使用本軟件繪制多 個(gè)圓管相貫線展開圖的技巧。 例例 1 1 如圖所示，這種類型的構(gòu)件在生產(chǎn)加工的過(guò)程中有時(shí)會(huì)遇到，而且暫時(shí)還不能直接應(yīng)用“圓管 相貫線放樣工具軟件”來(lái)進(jìn)行放樣計(jì)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“

14、支管 1-支管 2”的相貫線展開圖樣線，然后通過(guò)疊加的手段組合兩條樣線，就會(huì) 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： 58ers12 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： 58ers13 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(guò)疊加得到，疊加的核心技術(shù)是找準(zhǔn)疊加參照點(diǎn)， 想要熟練掌握這一技術(shù)，需要不斷的在實(shí)踐中摸索并及時(shí)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(guò)程中有時(shí)也會(huì)遇到，而且可以直接應(yīng)用“圓管相貫 線放樣工具軟件”來(lái)進(jìn)行放樣計(jì)

15、算，問(wèn)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(jì)算公式： 58ers14 下面運(yùn)用遞推逼近法來(lái)獲得夾角 的值：首先任取一個(gè) b1 值，通過(guò)下面的公式 1 算出一個(gè) 值， （公式 1） 再通過(guò)下面的公式 2 算出一個(gè)b1值， （公式 2） 用b1和 b1 進(jìn)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(rèn)定 b1 值滿足要求，通過(guò)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(jì)算，直至 b1 值滿足要求，求出我們需要的 值。 運(yùn)用遞推逼近法來(lái)獲得夾角 的值，需要大量的運(yùn)算過(guò)程，通過(guò)程序設(shè)

16、計(jì)來(lái)完成既快又準(zhǔn)。 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(gè)實(shí)例，是繪制多個(gè)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(shí)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(shuō)明軟件使用說(shuō)明 啟動(dòng)程序的主對(duì)話框，如圖所示。 58ers15 點(diǎn)擊彎頭相貫線展開圖，彈出對(duì)話框。輸入尺寸后點(diǎn)擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)另外開啟一個(gè) AutoCAD 繪制出彎頭相貫線展開圖樣線，如圖所示。 58ers16 點(diǎn)擊三通支管相貫線展開圖，彈出對(duì)話框。提示用戶要進(jìn)行支管相貫線的展開放樣，點(diǎn)擊確定 按鈕后，再?gòu)棾鰧?duì)話框。輸入尺寸

17、后點(diǎn)擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)另外開啟一個(gè) AutoCAD 繪制出三通 支管相貫線展開圖樣線，如圖所示。 58ers17 點(diǎn)擊遞推逼近法求夾角 ，彈出對(duì)話框。輸入尺寸后點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)將計(jì)算完成 的 值填寫到計(jì)算結(jié)果欄中，用戶可以反復(fù)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果分別記錄下來(lái)，如圖所示。 58ers18 點(diǎn)擊平面三管相貫線展開圖，彈出對(duì)話框。提示用戶要進(jìn)行支管 2 相貫線的展開放樣，點(diǎn)擊確 定按鈕后，彈出對(duì)話框。輸入尺寸后點(diǎn)擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)另外開啟一個(gè) AutoCAD 繪制出平面 三管相貫時(shí)支管 2 的相貫線展開圖樣線，如圖所示。 58ers19 點(diǎn)擊空間多管相貫線展開圖，彈出對(duì)話框，如圖所示。

18、 點(diǎn)擊確定按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)另外開啟一個(gè) AutoCAD，并彈出對(duì)話框，如圖所示。 用戶可以在命令行中鍵入相應(yīng)的命令來(lái)完成相貫線展開圖。 若用戶在命令行中鍵入“XGW” ，程序?qū)棾鰧?duì)話框，讀取相貫線圖形文件，如圖所示。 58ers20 選中用戶需要的相貫線圖形文件，點(diǎn)擊“打開”按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)生成按外徑繪制相貫線展開 圖，如圖所示。 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(dòng)生成方法與此同 理，只需在命令行中分別鍵入“XGN”和“XGZ”即可。 58ers21 點(diǎn)擊“導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)文件描點(diǎn)” ，彈出對(duì)話框，如圖所示。 選中相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)文件，然后點(diǎn)擊打開按鈕，程序自動(dòng)繪制的描點(diǎn)曲線如圖所示。 58ers22 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(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的 X、Y、Z 坐標(biāo)值，中間用空格隔開。Z 坐標(biāo)值為空時(shí)繪制平面曲線，否則繪制空間曲線，如圖所示。 點(diǎn)擊“關(guān)閉”