CN107657111A - 一种零件相贯区建模方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本方案公开了机械加工领域的零件相贯区建模方法，通过在三维制图软件中对相贯的第一柱体和第二柱体的几何尺寸进行参数化设定；在三维制图软件中根据第一柱体和第二柱体的几何参数建立多个辅助参考平面及参考线；基于辅助参考平面建立第一柱体和第二柱体表面涉及的各曲面，利用布尔运算功能去除各曲面绘制产生的多余部分；根据参考线及参考平面对第一柱体和第二柱体相贯区进行投影分割，即可完成零件相贯区的建模；这样能够实现了对具有相贯区的零件实现自动分割，达到简化零件相贯区建模的目的。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种零件相贯区建模方法，同时涉及该系统的控制方法。
背景技术
由两个以上相互贯穿的柱体组成的零件中。在组合时会产生两柱体相交情况，两柱体相交称为两柱体相贯，它们表面形成的交线称做相贯线也叫相贯区。由于柱体分为平面柱体和曲面(回转)柱体，故两柱体相交可分为三种情况:1、平面柱体与平面柱体相交，相贯线一般是封闭的空间折线；2、平面柱体与曲面柱体相交，相贯线是由若干段平面曲线或直线所围成的空间曲线；3、两曲面柱体相交，相贯线一般为封闭的空间曲线。
目前，一般实际相贯线截面的生成方式是依靠软件编程模拟，但是实际中有偏转误差，很难达到实际的精度；现在采用的相贯线建模方式为描点法进行，如果要达到相应精度，需要设计庞大的数据库，并且需要复杂的计算方式，并且这种方式最大的问题是，修改的工程量非常大，造成设计人员时间的耗费。
发明内容
本发明意在提供一种零件相贯区建模方法，以解决现在零件中相贯线建模复杂且修改麻烦的问题。
本方案提供的一种零件相贯区建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：在三维制图软件中对相贯的第一柱体和第二柱体的几何尺寸进行参数化设定；
步骤2：在三维制图软件中根据第一柱体和第二柱体的几何参数建立多个辅助参考平面及参考线；
步骤3：基于辅助参考平面建立第一柱体和第二柱体表面涉及的各曲面；
步骤4：利用布尔运算功能去除各曲面绘制产生的多余部分；
步骤5：根据参考线及参考平面对第一柱体和第二柱体相贯区进行投影分割，即可完成零件相贯区的建模。
本方案的优点在于：1、只有定义好具有相贯线零件的基础几何参数，在三维软件中只要修改基础的几何参数，就可以实现整个零件的联动修改，能够简化后期修改的麻烦；2、本方法采用参考线和参考面对零件相贯区及进行投影分割，能够避免现在因为描点法带来的精确度不高的问题；因为采用参考线和参考面对零件相贯区及进行投影分割，参考线和参考面本身属于软件内在命令的一种，软件本身具有校正使得误差最小化的功能，所以这样更加契合采用三维软件建模的要求。
进一步，所述第一柱体和第二柱体的几何尺寸参数包括第一柱体的长度，第一柱体外径，第一柱体壁厚，第二柱体外径，第二柱体高度，第二柱体壁厚；通过多次检验和修改，设计人员发现只要确定好上述的几个关键的几何参数就可以了，这样大大简化了设计的难度。
最后，所述三维制图软件为SolidWorks软件，由于SolidWorks软件在参考面和参考线建立具有直观和便于修改的优点。
由于涉及到具体零件的建模，而该零件恰好具有相贯区，所以本申请还提供一种将零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用的方案，具体方案为：零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，板翅式换热器封头包括：封头筒体和接管；具体如下步骤：
步骤S1：在SolidWorks软件中对封头筒体和接管的几何尺寸进行参数化设定；
步骤S2：在SolidWorks软件中根据封头筒体的实际参数建立多个辅助参考平面及参考线；
步骤S3：基于辅助参考平面建立封头筒体曲面、接管曲面、斜接式端板曲面，并利用布尔运算功能去除非必要部分；
步骤S4：根据参考线及参考平面对封头相贯区进行投影分割；
由于是针对具体零件——板翅式换热器封头的建模，采用零件相贯区建模方法能够落实到板翅式换热器封头，所以实际还要考虑板翅式换热器封头各曲面的处理，本方案通过对封头筒体曲面、接管曲面、斜接式端板曲面进行处理，使得建模出现的图像更加符合工程应用规定。
本申请所称的布尔运算是指数字符号化的逻辑推演法，包括并集、差集、交集，在建模处理操作中引用了这种逻辑运算方法以使简单的基本图形组合产生新的物体形态，在本三维软件中的提供了4种布尔运算方式：Union（并集）、Intersection（交集）和Subtraction（差集），通过三种方式可以将图像建模中的非必要部分去除。
进一步，所述步骤S1中的封头筒体和接管的几何尺寸包括封头筒体长度L，封头筒体外径D0，封头筒体壁厚T，接管外径d0，接管高度H，接管壁厚t；封头筒体和接管的基本几何参数能够确定下来，便于后续步骤参考的依据，使得后续建模具有针对性和易修改性。
进一步，封头筒体的开孔率d0/D0的范围为[0.1，0.9]；封头筒体的径厚比D0/T范围为 [10，30]；封头筒体与接管壁厚比t/T范围为[0.1，2]；通过对参数的具体限定，可减少建模的误差。
进一步，为了提供更完善的绘制过程，还需要在进行以下步骤的完善，
步骤T1：根据SolidWorks软件的系统坐标原点，建立第一正交参考平面、第二正交参考平面和第三正交参考平面；
步骤T2：根据第一正交参考平面建立第一偏移平面，偏移距离为H+D0/2；
步骤T3: 根据第一正交参考平面建立第二偏移平面，偏移距离为H1=D0/2+t；
步骤T4: 根据第二偏移平面建立第三偏移平面，偏移距离为
；
步骤T5：在第二偏移平面内建立草绘矩形，矩形宽度尺寸，矩形长度尺寸；
步骤T6: 在第二偏移平面内建立草绘椭圆，椭圆短轴尺寸W2=d0+2t，椭圆长轴尺寸；
步骤T7: 根据第三正交参考平面PLANE3，顺时针旋转arctan(W1/L1)生成第一辅助平面PLANE7，逆时针旋转arctan(W1/L1)生成第二辅助平面PLANE8。
步骤T8：在第三正交参考平面草绘直径为D0-T的半圆,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为L；
步骤T9：在第二正交参考平面草绘直径为D0-T的两个四分之一圆，两圆圆心距离为L-D0+T,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为D0-T；
步骤T10：在第二偏移平面草绘直径为d0-t的整圆，并法向拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为H+D0/2；
步骤T11：在第二偏移平面中建立的三个无厚度曲面，并进行布尔运算，去掉多余部分形成板翅式换热器封头模型。
步骤T11的板翅式换热器封头模型进行简化，具体步骤如下：
步骤Y1：在第二偏移平面内建立椭圆和矩形，对步骤T11的板翅式换热器封头模型进行法向投影切割，获得简化后的封头筒体相贯区模型；
步骤Y2：利用第二正交参考平面、第三正交参考平面、第二偏移平面、第三偏移平面、第一辅助平面和第二辅助平面对封头筒体的相贯区和接管曲面进行切割，得到板翅式换热器封头模型的简化模型。
通过上述步骤特别是考虑到最后利用第二正交参考平面、第三正交参考平面、第二偏移平面、第三偏移平面、第一辅助平面和第二辅助平面对封头筒体的相贯区和接管曲面进行切割，需要在步骤T1～T7步骤中采用本方案的公式建立参考面，这样才能使得后续步骤中对零件实体进行切割达到简化，并且修改时候只需要改变公式中的参数就可以，使得修改非常方便。
附图说明
图1：为零件相贯区建模方法的建模流程图；
图2：实施例中板翅式换热器封头模型的结构示意图；
图3：为图2的俯视图；
图4：为图3的右视图。
图中附图标记列举：接管1、封头筒体2、第一正交参考平面PLANE1、第二正交参考平面PLANE2、第三正交参考平面PLANE3、第一偏移平面PLANE4、第二偏移平面PLANE6、第三偏移平面PLANE5、第一辅助平面PLANE7、第二辅助平面PLANE8。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本实施例如图1，图2，图3和图4所示，板翅式换热器封头建模中的应用，板翅式换热器封头包括：封头筒体2和接管1；具体如下步骤：
步骤S1：在SolidWorks软件中对封头筒体2和接管1的几何尺寸进行参数化设定；
步骤S2：在SolidWorks软件中根据封头筒体2的实际参数建立多个辅助参考平面及参考线；
步骤S3：基于辅助参考平面建立封头筒体曲面、接管曲面、斜接式端板曲面，并利用布尔运算功能去除非必要部分；本申请所称的布尔运算是指数字符号化的逻辑推演法，包括并集、差集、交集，在建模处理操作中引用了这种逻辑运算方法以使简单的基本图形组合产生新的物体形态，在本三维软件中的提供了4种布尔运算方式：Union（并集）、Intersection（交集）和Subtraction（差集），通过三种方式可以将图像建模中的非必要部分去除；
步骤S4：根据参考线及参考平面对封头相贯区进行投影分割；
步骤S1中的封头筒体和接管的几何尺寸包括封头筒体2长度L，封头筒体2外径D0，封头筒体2壁厚T，接管1外径d0，接管1高度H，接管1壁厚t；封头筒体2和接管1的基本几何参数能够确定下来，便于后续步骤参考的依据，使得后续建模具有针对性和易修改性。
封头筒体的开孔率d0/D0的范围为[0.1，0.9]；封头筒体的径厚比D0/T范围为[10，30]；封头筒体与接管壁厚比t/T范围为[0.1，2]；通过对参数的具体限定，可减少建模的误差。
为了提供更完善的绘制过程，还需要在进行以下步骤的完善：
步骤T1：根据SolidWorks软件的系统坐标原点，建立第一正交参考平面PLANE1、第二正交参考平面PLANE2和第三正交参考平面PLANE3；
步骤T2：根据第一正交参考平面PLANE1建立第一偏移平面PLANE4，偏移距离为H+D0/2；
步骤T3: 根据第一正交参考平面PLANE1建立第二偏移平面PLANE6，偏移距离为H1=D0/2+t；
步骤T4: 根据第二偏移平面建立第三偏移平面，偏移距离为
；
步骤T5：在第二偏移平面内建立草绘矩形，矩形宽度尺寸，矩形长度尺寸；
步骤T6: 在第二偏移平面内建立草绘椭圆，椭圆短轴尺寸W2=d0+2t，椭圆长轴尺寸；
步骤T7: 根据第三正交参考平面PLANE3，顺时针旋转arctan(W1/L1)生成第一辅助平面PLANE7，逆时针旋转arctan(W1/L1)生成第二辅助平面PLANE8；
步骤T8：在第三正交参考平面PLANE3草绘直径为D0-T的半圆,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为L；
步骤T9：在第二正交参考平面PLANE2草绘直径为D0-T的两个四分之一圆，两圆圆心距离为L-D0+T,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为D0-T；
步骤T10：在第二偏移平面PLANE2草绘直径为d0-t的整圆，并法向拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为H+D0/2；
步骤T11：在第二偏移平面PLANE2中建立的三个无厚度曲面，并进行布尔运算，去掉多余部分形成板翅式换热器封头模型。
步骤T11的板翅式换热器封头模型进行简化，具体步骤如下：
步骤Y1：在第二偏移平面PLANE2内建立椭圆和矩形，对步骤T11的板翅式换热器封头模型进行法向投影切割，获得简化后的封头筒体相贯区模型；
步骤Y2：利用第二正交参考平面PLANE2、第三正交参考平面PLANE3、第二偏移平面PLANE6、第三偏移平面PLANE5、第一辅助平面PLANE7和第二辅助平面PLANE8对封头筒体的相贯区和接管曲面进行切割，得到板翅式换热器封头模型的简化模型。
通过上述步骤特别是考虑到最后利用第二正交参考平面PLANE2、第三正交参考平面PLANE3、第二偏移平面PLANE6、第三偏移平面PLANE5、第一辅助平面PLANE7和第二辅助平面PLANE8对封头筒体2的相贯区和接管1曲面进行切割，需要在步骤T1～T7步骤中采用本方案的公式进行建立参考面，这样才能使得后续步骤中对零件实体进行切割达到简化，并且修改时候只需要改变公式中的参数就可以，使得修改非常方便。
以上所述的仅是本发明的优选实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种零件相贯区建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：在三维制图软件中对相贯的第一柱体和第二柱体的几何尺寸进行参数化设定；
步骤2：在三维制图软件中根据第一柱体和第二柱体的几何参数建立多个辅助参考平面及参考线；
步骤3：基于辅助参考平面建立第一柱体和第二柱体表面涉及的各曲面；
步骤4：利用布尔运算功能去除各曲面绘制产生的多余部分；
步骤5：根据参考线及参考平面对第一柱体和第二柱体相贯区进行投影分割，即可完成零件相贯区的建模。
2.根据权利要求1所述的零件相贯区建模方法，其特征在于：所述第一柱体和第二柱体的几何尺寸参数包括第一柱体的长度，第一柱体外径，第一柱体壁厚，第二柱体外径，第二柱体高度，第二柱体壁厚。
3.根据权利要求2所述的零件相贯区建模方法，其特征在于：所述三维制图软件为SolidWorks软件。
4.零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，其特征在于：板翅式换热器封头包括：封头筒体和接管；具体如下步骤：
步骤S1：在SolidWorks软件中对封头筒体和接管的几何尺寸进行参数化设定；
步骤S2：在SolidWorks软件中根据封头筒体的实际参数建立多个辅助参考平面及参考线；
步骤S3：基于辅助参考平面建立封头筒体曲面、接管曲面、斜接式端板曲面，并利用布尔运算功能去除非必要部分；
步骤S4：根据参考线及参考平面对封头相贯区进行投影分割。
5.根据权利要求4所述的零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，其特征在于：所述步骤S1中的封头筒体和接管的几何尺寸包括封头筒体长度L，封头筒体外径D0，封头筒体壁厚T，接管外径d0，接管高度H，接管壁厚t。
6.根据权利要求5所述的零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，其特征在于：封头筒体的开孔率d0/D0的范围为[0.1，0.9]；封头筒体的径厚比D0/T范围为[10，30]；封头筒体与接管壁厚比t/T范围为[0.1，2]。
7.根据权利要求4所述的零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，其特征在于：
步骤T1：根据SolidWorks软件的系统坐标原点，建立第一正交参考平面、第二正交参考平面和第三正交参考平面；
步骤T2：根据第一正交参考平面建立第一偏移平面，偏移距离为H+D0/2；
步骤T3: 根据第一正交参考平面建立第二偏移平面，偏移距离为H1=D0/2+t；
步骤T4: 根据第二偏移平面建立第三偏移平面，偏移距离为：
；
步骤T5：在第二偏移平面内建立草绘矩形，矩形宽度尺寸，矩形长度尺寸；
步骤T6: 在第二偏移平面内建立草绘椭圆，椭圆短轴尺寸W2=d0+2t，椭圆长轴尺寸；
步骤T7: 根据第三正交参考平面，顺时针旋转arctan(W1/L1)生成第一辅助平面，逆时针旋转arctan(W1/L1)生成第二辅助平面；
步骤T8：在第三正交参考平面草绘直径为D0-T的半圆,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为L；
步骤T9：在第二正交参考平面草绘直径为D0-T的两个四分之一圆，两圆圆心距离为L-D0+T,并法向对称拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为D0-T；
步骤T10：在第二偏移平面草绘直径为d0-t的整圆，并法向拉伸为无厚度曲面，拉伸长度为H+D0/2
步骤T11：在第二偏移平面中建立的三个无厚度曲面，并进行布尔运算，去掉多余部分形成板翅式换热器封头模型。
8.根据权利要求7所述的零件相贯区建模方法在板翅式换热器封头建模中的应用，其特征在于：对步骤T11的板翅式换热器封头模型进行简化，具体步骤如下：
步骤Y1：在第二偏移平面内建立椭圆和矩形，对步骤T11的板翅式换热器封头模型进行法向投影切割，获得简化后的封头筒体相贯区模型；
步骤Y2：利用第二正交参考平面、第三正交参考平面、第二偏移平面、第三偏移平面、第一辅助平面和第二辅助平面对封头筒体的相贯区和接管曲面进行切割，得到板翅式换热器封头模型的简化模型。
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