织机关键零部件专用cad系统的研究与开发.pdf

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1、第 2 8卷第 2期 2 0 0 9年 4月 天 津 一 业 大 学 学 报 J OURNAL OF TI ANJ I N POLYT ECHNI C UNI VERS I T Y V0 1 28 Ap r i l No 2 2 0o 9 织机关键零部件专用 C A D系统的研究与开发 李军 宁 ，梁海顺，张菲菲，贾正锋，刘 锋-(1 西安工程大学 机电工程学院，西安7 1 0 0 4 8；2 西安财经学院，西安 7 1 0 0 6 1)摘 要：分析 了当前专用 C A D系统的发展现状及存在问题，为实现织机模块化建模、快速 变形设计及 分析仿真一体 化，提 出建 立 一 种 针 对 零、部件

2、 级 并 面 向 三 维 的 织 机 关 键 零 部 件 专 用 CAD 系 统 的 方 法 该 系 统 以 S 0 l i d Wo r k s软 件 为 平 台，运 用 De l p h i 语 言编 写 而成，主要 包括 3大功 能 模 块：3 D 图库、原 型推 理机 模 块 和 分 析 仿 真模 块 详细介绍 了系统的开发思路、总体框 架及 实现 方法 在新型平绒双喷织机 开发过程 中的实际应 用结 果表明，该系统操作 简便，易于扩充，且在较 大程度上提 高了织机设计效率与质量，具有较 高的工程应用价值 关键 词：织机；专 用 C AD 系统；开发 思 路：实现 方法 中图分类号：T

3、 S 1 0 3 7 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 1-0 2 4 X(2 0 0 9)0 2 0 0 7 4 0 4 Re s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f s pe c i a l CAD s y s t e m f o r k e y pa r t s o f we a v i ng ma c hi ne L I J u n n i n g ，L I ANG Ha i-s h u n ，Z HANG F e i-f e i 2 J I A Z h e n g f e n g ，L I U F e n g (1 Co l l e

4、g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l En g i n e e rin g，Xi a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y，X i a n 7 1 0 0 4 8，C h i n a；2 Xi a n Un i v e r s i t y o f F i n a n c e a n d E c o n o mi c s，Xi a n 7 1 0 0 61，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e c u r r e n t s i t u a t i o n a

5、 n d p r o b l e ms o f s p e c i a l C AD s y s t e m a r e b ri e fl y a n a l y z e d I n o r d e r t o i n t e g r a t e t h e me t h o d s o f mo d u l a r mo d e l i n g，r a p i d r e c o n fi g u r a b l e d e s i g n，a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n o n w e a v i n g ma c h i n e d e

6、 s i g n i n g，a n e w me t h o d o f b u i l d i n g t h e s p e c i a l CAD s y s t e m o ri e n t a t i n g t o p a r t s a n d c o mp o n e n t s a n d b e i n g t h r e e d i me n s i o n a l i s p u t f o r w a r d T h i s s y s t e m b a s e d o n S o l i d Wo r k s，ma i n l y i n c l u d e s

7、 3 D p a r t l i b r a r y，p r o t o t y p e r e a s o n i n g mo d u l e，a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n mo d u l e，i s d e v e l o p e d b y De l p h i T h e d e v e l o p me n t i d e a，s t r u c t u r e，i m p l e m e n t m e t h o d o f t h i s s y s t e m a r e i n t r o d u c e d A p

8、p l i e d t o t h e d e s i g n o f n e w t y p e d o u b l e j e t v e l v e t e e n l o o m，t h i s s y s t e m i s e a s y a n d fl e x i b l e t o o p e r a t e a n d i mp r o v e，a n d c a n g r e a t l y i mp r o v e s p r o d u c t d e v e l o p me n t e ffic i e n c y a n d q u a l i t y，w h

9、 i c h h a s a h i g h e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n v a l u e Ke y wo r d s：we a v i n g ma c h i n e；s p e c i a l C AD s y s t e m；d e v e l o p me n t i d e a；i mp l e me n t me t h o d 目 前计算机辅助设计、制造领域的热点问题是将 参数化设计技术与 C A D软件二次开发技术相结合，根 据具体产品设计需求对通用 C A D系统进行专用化的 研究与开发 开发专用 C A D系统已

10、经变得非常必要，它能够极大地提高产 品设计效率，实现快速设计，提 高产品竞争力 国内外 已经广泛地展开有关这方面技 术的研究_ l_5 1 从研究的现状来看，大多集中在模具、汽 车等标准比较完善、机电一体化水平较高的行业，并 取得 了一系列的 良好收益；而在纺织机械行业的研究 与应用很少，在一定程度上制约着整个行业的进一步 发展 计算机辅助设计技术已较好地实现了特定零件 的参数化设计，但针对部件级的参数化设计方法的研 究还很少；系统 的开发主要是针对二维进行，三维系 统的开发还很少；直接面向纺织机械行业的研究与应 用很少，面向织机行业的专用 C A D系统的研发未见报 道 安 向东基于 A U

11、 T O C AD平台研制了用于纺织机械 设计的液压传动 C A D系统4 1，属于传统二维 C A D系 统 随着设计方法与设计工具的极大进步，2 D设计系 统由于效率低下、功能单一及兼容性差等诸多问题，终将被有着众多优点的3 D系统所取代 同时，目前所 收稿 日期：2 0 0 8 一l 1 1 9 基金项 目：陕西省科学技术厅工业攻关计划(2 0 0 6 K 0 7-G 2 3)作者简介：李军宁(1 9 8 5 一)，男，硕 士研究生；梁海顺(1 9 4 9 一)，男，教授，导师E ma i l：l i a n g h a i s h u n y a h o o c o nc n 第 2期

12、 李军宁，等：织 机关键零部件专用 C A D系统的研究 与开发 一 7 5一 开发的绝大多数专用 C AD系统功能单一，仅仅停留在 设计建模阶段，没有形成一种包含优 化设计、分析仿 真等更多功能的集成专用 C A D系统来更好地提升织 机设计制造水平 针对上述 问题，笔者提出建立一种 针对零、部件级，面向三维的织机关键零部件专用 C A D系统的思路 与实现方法 本系统通过集成与再利 用 已有织机设计资源、自动调用 S o l i d w o r k s 并在此平 台上进行局部修改回代，进行基于原型推理的优化设 计并对关键部位进行有限元分析，可以有效地提高织 机设计的效率与质量 1 开发思路

13、 织机包括有梭织机和无梭织机，其各类别之问最 大的区别在于引纬装置及工作原理的不同，其他装置 与机构之间具有很大的通用性，可以形成模块化 而 传统织机产品的研发过程 中，设计人员往往陷入重复 绘 图的不利状况之 中，耗费了宝贵的研发 时间，限制 了创新思维的充分发挥 本系统主要由3 D图库、原型推理机模块、分析仿 真模块组成，具体 的开发思路为：对各种典型无梭织 机或有梭织机进行系统化研究与分析，分 门别类对织 机关键零部件进行归纳整理，提取 出各类别关键零部 件通用特征，对其进行模块化处理，建立织机专用三 维零部件模型数据库同；以参数化设计软件 S o l i d Wo r k s 为开发平

14、台，运用编程语言 D e l p h i 进行二次开发，开 发 出集成的织机 关键零部件库；并通过编程实现与 S o l i d Wo r k s 开发平台的链接与交互，实现调用 S o l i d Wo r k s 进行快速设计的 目的；在此基础上优化人机交 互界面，添加智能扣件及常用零件向导等功能，集成 基于原型推理 的优化设计方法；添加后续的分析仿真 模块，形成一个集 向导式交互设计界面、三维织机零 部件 3 D图库、原型推理机模块与有限元分析模块于 一体的织机关键零部件专用集成 C A D系统 2 系统总体方案设计 本系统硬件方面选用一般配置的 P c机即可，所 选用的主要软件资源为

15、S o l i d w o r k s 2 0 0 7专业版软件和 D e l p h i 7 0 软件 系统总体方案设计结构见图 1 本系统包括 4个主要组成部分，通用 C A D系统(S o l i d Wo r k s 系统)、定制的用户界面模块、程序设计模 块和数据管理模块(1)通用 C A D系统：是产品参数化设计 系统的宿 S o l i d Wo r k s 系统平台 用户界面模块 委羹l l囊i f薹 其 他 功 能 模 块 数据库接口 专用系 数据库 数据管理模块(塑旦 D 圈 圃 固 圃 专用基础零件数据库 二二至匦 圃 固 l 部件数据库 l 二二二工二二二 固固I 设备

16、数据库 1 辅助库 图 1 系统总体方案设计结构图 Fi g 1 S t r u c t u r e o f o v e r a l l d e s i g n 主，是实现系统功能的基础(2)定制的用户界面模块：主要是提供给用户进 行交互的设计操作(3)程序设计模块：主要由产 品选 型模块、一般设 计与计算模块、原型推理优化设计模块、分析与仿真 模块及其他功能模块组成，完成产品设计分析和零部 件及织机设备产品的参数化设计工作(4)数据管理模块：由数据库管理系统和数据库 组成，负责对产品设计专用系统数据的管理 系统数 据库是在参数化零部件库的基础上建立的，由专用基 础件(包括通用件、专用件及标准

17、件)数据库、部件数 据库、产品设备(装配件)数据库和一些辅助信息库组 成，其中专用基础件数据库是实现设备数据库的基础 3 系统的实现 系统软件开发原理如 图 2所示 基于 O L E技术 的 S o l i d Wo r k s A P I 将 S o l i d Wo r k s的各 种 功能 封装 在 S o l i d Wo r k s 对象之中供编程调用，开发者运用开发思 想，使用 D e l p h i 这一开发工具，通过调用 S o l i d Wo r k s 的对象体系结构，操纵对象的属性和调用对象的方法 建立自主的应用程序，实现二次开发7 91 具体而言，使用 D e l p

18、 h i 7 0 软件进行系统的开发，依据织机基础件的具体情况，选用 D e l p h i 7 0附带的 桌面数据库 D a t a b a s e D e s k t o p 作为数据库，以 S o l i d 一 一 一 一 一 一7 6一 天津工业大学学报 第 2 8卷 图 2系统软件开发原理 图 Fi g 2 S y s t e m d i a g r a m o f s o f t wa r e d e s i g n Wo r k s 2 0 0 7软件作为开发平台，开发出织机关键零部 件 3 D图库 并在此基础上通过优化人机交互界面、添 加智能扣件及常用零件向导，集成基于原型推

19、理的优 化设计方法模块，添加后续基于 C O S M O S Wo r k s 的有 限元分析模块，形成一个优化、综合的织机关键零部 件专用 C A D系统 3 1 关键技术及实现方法(1)织机关键零部件 3 D图库作为系统的基础，其 构建过程属于本系统的关键技术 3 D图库开发具体步 骤如图 3所示 注 册S o l i d W o r k s 类 型 库 l 安 装S o l i d W o r k s 控 件1 枉 D e l p h i 编程环境下新建一个T程，并连 接 到 S o li d Wo r k s 类型库文件 s ld o r k s，t l b 建立织机笑键零部件数据库

20、编程 实现(对相应控件属性进 行设置，编写事件处理过程)优化人机交互界面 图 3 3 D 图库开发流程图 Fi g 3 Fl o w c har t o f 3 D pa r t l i br a r y de ve l o p 在 D e l p h i 编程环境下，将数据集组件与建立的数 据表连接，并对上述T程 中相应控件属性进行设置 编写事件处理过程，主要包括：B u t t o n l C l i c k过程，启 动 S o l i d Wo r k s绘 图平 台，并 设 置 好 绘 图 环 境；Dr a w_T J P_M G过程，引用所建立的数据库中的数据记 录，以及调用 S o

21、 l i d Wo r k s A P I 函数功能进行零件 图的 绘制 以停经片为例，程序实现的部分源代码如下：启动 s o l i d w o r k s 绘 图平台，设置绘图环境 P r o c e d u r e T F o n n 1 B u t t o n 1 C l i c k(S e n d e r：T 0 b j e c t)；Be g i n S w Ap p：=C o S l d W o r k sCr e a t e；S wA p p Vi s i b l e：=T r u e；Wo r k i n g D i r：=D：、例 程、：I f(n o t D i r e

22、c t o r y E x i s t s(Wo r k i n g D i r)t h e n C r e a t e D i r(Wo r k i n g D i r)；S w A p p S e t C u r r e n t Wo r k i n g D i r e c t o r y(Wo r k i n g D i r)；Pr t Do c：=SwAp p I Ne wPa r t；P D o c Q u e r y l n t e r f a c e(I I D I M o d e l D o c 2，M o d D o c)；Mo d D o c Vi e w Di s p l

23、 a y Hi d d e n g r e y e d；Mo d D o c S e t A d d T o D B(T me)；S w Ap p S e t Us e r P r e f e r e n c e T 0 g g l e(6 0，F a l s e)；Mo d D o c S e t T i t l e(MG型停经片)；Dr a w T J P _ MG；En d；引用数据库中的数据记 录，调用 S o l i d Wo r k s A P I 函数进行 图形绘制 Pr o c e d ur e TF o r m1 Dr a wT J P MG；Va r I ，e，L 1，L

24、2，L 3，b，b l，d：d o u b l e；Di m：I Di me ns i o n；T r a n s D o c：l mo d e l D o c 2；f l a g：Bo o l e an；Ce nt e r：Va r i a nt；Fe a t Mr g：I Se l e c t i 0 nMg r；Be g i n 一，En d；(2)基于原型的推理机模块由原型检查、原型实 例化、约束检查和再设计 4部分组成 1 其中原型的实 例化过程直接与以 S o l i d Wo r k s 为载体的 3 D图库进行 交互得 以实现；原型检查、约束检查及再设计过程通 过运用 D e

25、l p h i 语言所开发出的人机交互界面，通过链 接到 S o l i d Wo r k s内部打开及干涉检验、约束检查等相 关接 口可直观、便捷地实现；再设计过程 主要是通过 反复修改零部件相关参数以实现约束冲突消解，从而 优化设计结果(3)分 析 仿 真 模 块 的载 体 平 台采 用 C O S MO S Wo r k s 运用 D e l p h i 语言开发出与 C O S MO S Wo r k s 的交 互接 口，通过 C O S MO S Wo r k s 可以便捷地实现对零件 和装配体关键部位的应力、应变和位移进行分析，以 及生命周期确定和循环载荷情况下发生结构失效 的疲

26、劳分析预测等，能发现薄弱环节并加以改进，从而提高 产品质量 应用 C O S MO S Wo r k s中的 C O S M O S Mo t i o n 仿真器模块进行部件或产品的运动模拟和分析，可 大幅降低制造物理样机的成本，缩短产品开发时间11 3 2 系统实现 开发 出的系统 主界面如图 4所示，由系统选项、3 D图库、原型推理机、C A E分析、C A E仿真及帮助选 第 2期 李军 宁，等：织机关键零部件专用 C A D系统 的研究与开发 一 7 7一 项组成 在这些选项的基础上通过各子选项 的弹 出式 对话框，可以很方便地实现相关操作 其中，系统选项 主要是实现对 系统各种参数

27、的设置及使用权限的控 制等工作；3 D图库主要是完成设计原型的集成与模块 化处理；原型推理机模块实现对于原型的修 改与快速 变型设计；分析仿真模块主要是实现对于产 品敏感部 位 的分析与仿真，以确保产 品质量，提高产品安全性 与稳定性 4 结束语 图 4系统主界面 F i g 4 S y s t e m ma i n i n t e r f a c e P S P型平绒双喷织机是 由西安工程大学新型纺织 机械重点实验室研发成功、即将面世 的一款用于双纱 同时引人、双梭 口织造 的新 型平绒双喷织机，其设计 模型用到 8 6 0 多个零件模型，其中接近 1 3 为标准件，约 1 5为通用件，其他

28、为 自制件 在 自制件 中有很大一 部分 只需对 已有原型稍加修改便可实现设计 目的，对 设计资源的再利用有很大的实际意义 在 P S P型平绒 双喷织机引纬机构(包括主喷嘴、辅助喷嘴、异型钢筘 等零部件)开发 中的应 用表明，该 系统通过充分集成 与再利用 已有设计 资源，避 免了重 复绘 图的不利之 处，减轻了工程师的工作量，提高了设计效率；系统中 基于原型推理优化设计模块实现了织机零部件的快 速变型设计；系统中集成的有限元分析与仿真模块的 应用提高了产品的质量，具有 良好 的经济与社会效益 愿本研 究对其他行业专用 系统 的研究与开发能起到 一定的借鉴与参考价值 参考文献：【1】杨海飞，

29、蒋建东，王杰 基于 S o l i d Wo r k s 的螺纹联接标准 件库的开发 l J I 轻工机械，2 0 0 7，2 5(2)：5 6 5 9 【2 李宇彤 液压缸智能计算机辅助设计系统的开发和研究【D 吉林：吉林大学，2 0 0 5 3】邓春晓 D T I I 型带式输送机计算机辅助设计系统的研制 D 合肥：安徽理工大学，2 0 0 5 【4】安向东 用于纺织机械设计的液压传动 C A D系统【J J 纺织 学报，2 0 0 6，2 7(6)：9 7 9 9 【5】C H A N G Y J，K I M J H，J E O N C H，e t a 1 D e v e l o p m

30、 e n t o f a n i n t e g r a t e d s y s t e m f o r t h e a u t o ma t e d d e s i g n o f a g e r o t o r o i l p u mp J J o u rna l o f M e c h a n i c a l D e s i g n，2 0 0 7，1 2 9(1 0)：1 0 9 9 -1 1 05 【6】李斌，史明华，肖放，等 基于模块化设计的纺机产品 设计资源管理系统的研究 l J 1 组合机床与自动化加工技术，2 0 0 5(5)：1 0 2 1 0 4 7 【美 S o l i

31、 d Wo r k s 公司 S o l i d Wo r k s A P I 二次开发【M】生信实 维公司，编译 北京：机械工业出版社，2 0 0 5 8】江洪，魏峥，王涛威，等 S o l i d Wo r k s 二次开发实例解析【M 北京：机械工业 出版社，2 0 0 4 【9】梁冰，梁水，李方超 D e l p h i 应用开发完全手册 M】北 京：人 民邮电出版社，2 0 0 6 1 0】李春雨 原型设计法在智能 C A D中的应用研究【J J 郑州 工业大学学报，2 0 0 1(9)：8 0 8 2 【1 1 【美 S o l i d Wo r k s 公司 C O S MO S

32、 基础教程 M 杭州新迪数字 工程系统 有限公 司，编译 北京：机械工业出版社，2 0 0 7 (上接 第 7 3页)牵伸倍数可调范围大(4 2 3 0 倍之间)，控制精确度 高(可达到 0 1)，粗纱卷绕成形 良好 该设备 目前仍 处于进一步改进之 中，如粗纱张力调节采用全闭环控 制系统，加强与其它工序的联系，正在建立整个纺纱 工艺流程的自动化、信息化、智能化控制系统 参考文献：1】赵斌 基于 C A N总线的粗纱机控制系统【J I 纺织学报，2 0 0 6 2 7(5)：8 4-8 6 2】穆征，张冶 粗纱机的机电一体化 J I 上海纺织科技，2 0 0 5，3 3(6)：4 6 3】袁景山 粗纱机的技术进步与粗纱技术改造的方向讨论 J 1 现代纺织技术，2 0 0 5(3)：2 7 3 0 【4 J 薛树才 E J K 2 1 1 型粗纱机纺纱张力的调节与控制 J 1 棉纺 技术，2 0 0 5，3 3(5)：3 7 3 9 【5】吕恒正 粗纱恒离心力纺纱原理的应用 f J 1 上海纺织科技，2 0 0 7，3 5(6)：3-7 6 刘荣清，金敏华，屠珍雪 粗纱机粗纱卷绕转速数学模型的 建立和应用【J I 上海纺织科技，2 0 0 5，3 3(3)：1 0 1 2