計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧

1、第 1 頁 共 22 頁計(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 剛沈陽遠(yuǎn)大企業(yè)集團(tuán)研究所計(jì)算機(jī)應(yīng)用室 沈陽 110161【摘摘 要要】本文介紹了沈陽遠(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，通過典型實(shí)例分析了繪制多個(gè)圓管相貫線展開圖的技巧?！娟P(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展開圖樣線

2、，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、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，影響加工質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助繪

3、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)算過程因其模塊化程度高，可以通過程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，精確的描點(diǎn)繪圖也可由計(jì)算機(jī)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(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)中較為普遍，而且類型較多，不能一一例舉。本文

4、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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 2 頁 共 22 頁圖一計(jì)算公式：說明：yn - 展開圖圓周長度等分點(diǎn)至曲線坐標(biāo)值，mmr - 輔助圓半徑，mmd - 圓管外徑，mmn - 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 等徑任意角彎頭的放樣計(jì)

5、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：說明：yn - 展開圖圓周長度等分點(diǎn)至曲線坐標(biāo)值，mmr - 輔助圓半徑，mmd - 圓管外徑，mm - 彎頭軸線交角，度n - 輔助圓周等分角，度 圖二計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 3 頁 共 22 頁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：說明：yn - 展開圖曲線坐標(biāo)值或開孔寬度，mmd - 圓管外徑，mmn -

6、 斷面等分角，度計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 4 頁 共 22 頁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：計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 5 頁 共 22 頁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)算圖五計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 6 頁 共 22 頁如圖五所示，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

7、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：說明：y0、yn - 相貫線各點(diǎn)至主管軸線距離，mmR - 主管外半徑，mmR - 支管內(nèi)半徑，mmn - 斷面等分角，度cn - 開孔長度，mmbn - 開孔寬度，mm3.63.6 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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 7 頁 共 22 頁圖六計(jì)算公式：計(jì)

8、算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 8 頁 共 22 頁說明：R - 主管半徑，R=D/2，mmr - 支管半徑，r=d/2，mmyn - 相貫線各點(diǎn)沿支管軸線至軸線交點(diǎn)的距離，mmn 圓周等分角，度cn - 開孔長度，mmbn - 開孔寬度，mm4 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)算過程以及精確的描點(diǎn)繪圖工作，都可以通過程序設(shè)計(jì)來實(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)來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。繪

9、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(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(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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 9 頁 共 22 頁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(biāo)識(shí)圓管右側(cè)的內(nèi)

10、徑相貫線。用 2（黃）顏色來標(biāo)識(shí)圓管右側(cè)的外徑相貫線。用 3（綠）顏色來標(biāo)識(shí)圓管左側(cè)的內(nèi)徑相貫線。用 4（青）顏色來標(biāo)識(shí)圓管左側(cè)的外徑相貫線。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 10 頁 共 22 頁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

11、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)話方式向用戶詢問原始數(shù)據(jù)；輸入力求以簡單、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)

12、算公式的調(diào)用及編碼必須準(zhǔn)確無誤；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)程序讀取；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上面提到的僅僅是單一類型構(gòu)件的

13、圓管相貫線的放樣計(jì)算原理和利用計(jì)算機(jī)來實(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、工藝人員等廣為使用?！皥A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。下面通過兩個(gè)實(shí)例來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計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展

14、開圖的方法與技巧第 11 頁 共 22 頁如圖所示，這種類型的構(gòu)件在生產(chǎn)加工的過程中有時(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“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(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：計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 12 頁 共 22 頁下面是“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：計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 13 頁

15、共 22 頁下面是疊加后支管 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(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”來進(jìn)行放樣計(jì)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(jì)算公式：計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 14 頁 共 22 頁下面運(yùn)用遞推逼近法來獲得夾角 的值：首先任取一個(gè) b1 值，通過下面的公式 1 算出一個(gè) 值，（公式 1）

16、再通過下面的公式 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)用遞推逼近法來獲得夾角 的值，需要大量的運(yùn)算過程，通過程序設(shè)計(jì)來完成既快又準(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

17、 軟件使用說明軟件使用說明啟動(dòng)程序的主對(duì)話框，如圖所示。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 15 頁 共 22 頁點(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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 16 頁 共 22 頁點(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 繪制出三通支管相貫線展開圖樣線，如圖所示。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 17 頁 共 22

18、 頁點(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，如圖所示。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 繪制出平面計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 18 頁 共 22 頁三管相貫時(shí)支管 2 的相貫線展開圖樣線，如圖所示。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 19 頁 共 22 頁點(diǎn)擊空間多管相貫線展開圖，彈出對(duì)話框，如圖所示。點(diǎn)擊確定按鈕，程序?qū)?/p>

19、自動(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。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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 20 頁 共 22 頁按內(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。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。計(jì)算機(jī)輔助繪制圓管相貫線展開圖的方法與技巧第 21 頁 共 22 頁選中相應(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。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