簡(jiǎn)單零件的三維自動(dòng)標(biāo)注

侯 波，郭瑾玉

(南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

簡(jiǎn)單零件的三維自動(dòng)標(biāo)注

侯 波，郭瑾玉

(南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

結(jié)合零件設(shè)計(jì)，闡述了三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注的必要性。傳統(tǒng)的手工標(biāo)注方法速度慢、效率低、重復(fù)性工作多。介紹了彎管和鈑金2類零件的自動(dòng)標(biāo)注方法，闡述了在UG平臺(tái)上二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注的具體方法和步驟。

三維自動(dòng)標(biāo)注；UGNX；彎管；鈑金

1 三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注

在產(chǎn)品制造業(yè)中，為了使產(chǎn)品的表達(dá)、加工和檢驗(yàn)環(huán)節(jié)能順利進(jìn)行，要求準(zhǔn)確便捷地提供三維模型的數(shù)字化尺寸信息，因此能夠?qū)崿F(xiàn)三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)手工標(biāo)注工作重復(fù)且量大，有時(shí)甚至大于建模工作量，標(biāo)注效率低，且容易漏標(biāo)、出錯(cuò)。通過(guò)三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注，可以弱化對(duì)二維圖紙的需要，極大地提高工作效率及準(zhǔn)確性。

2 彎管類零件三維自動(dòng)標(biāo)注

2.1彎管自動(dòng)標(biāo)注的必要性

以機(jī)車管路工藝設(shè)計(jì)與制造為例，機(jī)車彎管車間每年需要生產(chǎn)幾十萬(wàn)根管子。由于是自上而下建模，在其他設(shè)備裝配完成后布管，因而導(dǎo)致管子走法多樣，三維模型繁多，產(chǎn)生了大量的二維圖紙。目前設(shè)計(jì)者是先把三維模型轉(zhuǎn)成二維圖，再標(biāo)注彎管尺寸，認(rèn)真計(jì)算和填寫每個(gè)彎點(diǎn)坐標(biāo)。二維圖發(fā)給機(jī)車工藝部，工藝部門審核后，在彎管機(jī)上導(dǎo)入或者輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)模擬生產(chǎn)，模擬成功后進(jìn)行生產(chǎn)。每個(gè)項(xiàng)目評(píng)審人員要看上百?gòu)埞茏訄D紙，進(jìn)行仔細(xì)審查，花費(fèi)很多時(shí)間核對(duì)管子各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。設(shè)計(jì)者要認(rèn)真填寫和計(jì)算每個(gè)彎點(diǎn)坐標(biāo)，而人工操作難免出錯(cuò)。

解決重復(fù)勞動(dòng)的辦法是直接從三維模型讀取彎管機(jī)需要的點(diǎn)坐標(biāo)，自動(dòng)生成需要的數(shù)據(jù)。UG NX軟件有讀取點(diǎn)坐標(biāo)(包括工作坐標(biāo)系和絕對(duì)坐標(biāo)系)的功能，這是實(shí)現(xiàn)彎管自動(dòng)標(biāo)注的前提。

2.2彎管三維自動(dòng)標(biāo)注編程

2.2.1編程流程

a.遍歷所有直線，選取企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中心線線型的直線，并得到直線起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，建立直線坐標(biāo)組。

b.用交互方式選擇彎管端點(diǎn)之一作為起點(diǎn)，新建點(diǎn)集并將其放入，然后與a中直線坐標(biāo)組相比較，如果和直線坐標(biāo)組中的某條直線的起點(diǎn)或者終點(diǎn)坐標(biāo)相同，則用此直線另一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)在新點(diǎn)集中順序建立點(diǎn)，然后刪除此直線的2個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)，再用新建立的點(diǎn)坐標(biāo)與剩余直線坐標(biāo)組比較……直到直線端點(diǎn)坐標(biāo)組全部刪除，便按順序得到了彎管折彎點(diǎn)。

c.建立工作坐標(biāo)系(三維彎管使用自上而下的絕對(duì)坐標(biāo)方法建模，但是使用絕對(duì)坐標(biāo)不能滿足生產(chǎn)需要，要讀取相對(duì)工作坐標(biāo))，按新建的點(diǎn)集輸出各點(diǎn)工作坐標(biāo)。

2.2.2用GRIP語(yǔ)言編程自動(dòng)標(biāo)注

下面是GRIP語(yǔ)言具體實(shí)現(xiàn)方法。

S| S|定義各種需要的變量。其中P為直線坐標(biāo)組，pt為新建點(diǎn)集。

entity/pt(31),obj

string/str1(50)

entity/x1

number/a(3),b(3),p(2,30,3),i,n,j,k,xa,ya

data/a,-9999,-9999,-9999

S| S|人工交互選擇彎管起點(diǎn)

l10:

gpos/′選擇彎管起點(diǎn)′,x,y,z,resp

jump/l10:,trm1:,,,l20:,resp

l20:

pt(1)=point/x,y,z

trm1:

S| S|遍歷中心線線型直線，建立直線坐標(biāo)組p

i=0

mask/3

inexte/all

l30:

x1=nexte/ifend,end:

n=&font(x1)

if/n<>4,jump/l30:

i=i+1

p(1,i,1..3)=&spoint(x1)

p(2,i,1..3)=&epoint(x1)

jump/l30:

end:

S| S|按直線的連接順序，建立各個(gè)端點(diǎn)放入pt中

實(shí)現(xiàn)方法是2.2.1的b，程序用了雙重循環(huán)，每次比較都需要比較直線坐標(biāo)組中直線的起點(diǎn)和端點(diǎn)。

do/sort:,j,1,i

xa=0

b=&point(pt(j))

label1:

xa=xa+1

ya=0

label2:

ya=ya+1

if/(p(xa,ya,1..3)<>b) and ya

if/(p(xa,ya,1..3)<>b) and ya==i,jump/label1:

if/xa==1,pt(j+1)=point/p(2,ya,1..3)

if/xa==2,pt(j+1)=point/p(1,ya,1..3)

p(2,ya,1..3)=a

p(1,ya,1..3)=a

sort:

S| S|建立相對(duì)坐標(biāo)系和標(biāo)注視圖

obj=csys/pt(1),pt(2),pt(3)

&wcs=obj

viewc/′wanguanzuobiao′,obj

&workvw=′wanguanzuobiao′

S| S|按格式輸出坐標(biāo)，按順序標(biāo)記各個(gè)端點(diǎn)從1開始

do/prt1:,j,1,i+1

str1=′彎管坐標(biāo)′+istr(j)+′：′

print/using,′#@@@@@@@@@@,#@@@@.@,,#@@@@.@,#@@@@.@′,str1,&point(pt(j))

&csize=20

note/pt(j),istr(j)

crtwrt/istr(j),&point(pt(j))

prt1:

S| S|刪除新建的坐標(biāo)組

delete/pt

halt

2.3三維彎管自動(dòng)標(biāo)注實(shí)例

下面用實(shí)例來(lái)說(shuō)明計(jì)算機(jī)如何實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)標(biāo)注。

a.執(zhí)行彎管自動(dòng)標(biāo)注程序，按提示選取彎管起始點(diǎn)，在 TXT文件中得到各個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)，如圖1所示。彎管的折彎半徑和內(nèi)徑外徑是不用標(biāo)注的。內(nèi)外徑是在選材時(shí)確定，折彎坐標(biāo)有專門公式。

圖1 彎管坐標(biāo)點(diǎn)輸出

b.根據(jù)程序已建好的坐標(biāo)系和標(biāo)注視圖，將點(diǎn)坐標(biāo)復(fù)制粘貼到彎管標(biāo)注視圖的PMI注釋中。自動(dòng)標(biāo)注結(jié)果如圖2所示。

3 鈑金類零件自動(dòng)標(biāo)注

與彎管類零件類似，鈑金件生產(chǎn)自動(dòng)化程度很高。如果設(shè)計(jì)部門提供了鈑金的CAD1∶1展開圖，生產(chǎn)單位根據(jù)鈑金是否機(jī)加工，確定加工余量，用套料軟件讀取二維展開圖后，運(yùn)用數(shù)控切割機(jī)床進(jìn)行切割。根據(jù)是否折彎，用折彎?rùn)C(jī)和折彎模具進(jìn)行折彎。如果不需要設(shè)計(jì)者標(biāo)注尺寸無(wú)疑會(huì)節(jié)省很多時(shí)間。

圖2 標(biāo)注完的彎管

3.1鈑金零件的標(biāo)注原理

3.1.1零件尺寸和坐標(biāo)的關(guān)系

《平面圖形尺寸標(biāo)注數(shù)目的判定及其應(yīng)用》[1]中介紹了尺寸數(shù)目和坐標(biāo)個(gè)數(shù)的關(guān)系。

由直線構(gòu)成的圖形需要的坐標(biāo)個(gè)數(shù)和尺寸個(gè)數(shù)是相等的。給定坐標(biāo)系的情況下，平面圖形所有點(diǎn)坐標(biāo)確定，則圖形尺寸都可以算出；若圖形尺寸都已知，則可以算出端點(diǎn)坐標(biāo)。如圖3(a)所示，圖形有8個(gè)點(diǎn)，坐標(biāo)個(gè)數(shù)X方向有4個(gè)，Y方向有2個(gè)。圖3(b)為需要的尺寸個(gè)數(shù)，由圖可知也是6個(gè)。同樣在三維模型中，給定坐標(biāo)系，模型尺寸和端點(diǎn)坐標(biāo)也可以互相推出，模型尺寸中包含面面夾角。

圖3 平面尺寸和坐標(biāo)關(guān)系

3.1.2平面圖形標(biāo)注

UG自帶的草圖功能里“自動(dòng)約束”和“顯示為PMI”功能足以滿足一般平面圖形的標(biāo)注需要,可以調(diào)用此功能來(lái)標(biāo)注一般零件的表面。

3.1.3鈑金件標(biāo)注方法

如果忽略材料厚度、折彎半徑、讓位槽深度和寬度、曲面成形部分，鈑金件可以認(rèn)為是一個(gè)平面經(jīng)過(guò)了幾次折彎形成的。鈑金的孔或者其他槽，倒角后標(biāo)注。鈑金件需要標(biāo)注鈑金件的尺寸和鈑金展開后的尺寸。鈑金成形過(guò)程大多數(shù)是用草圖完成的，更方便調(diào)用草圖約束標(biāo)注。標(biāo)注完每個(gè)面尺寸和折彎角，則自動(dòng)標(biāo)注結(jié)束。

3.2鈑金零件三維自動(dòng)標(biāo)注編程

程序流程：

a.遍歷所有面，放入面集合，然后分類，根據(jù)面和3個(gè)坐標(biāo)軸夾角分類。具體見《基于GB/T24734的三維自動(dòng)標(biāo)注》[2]。

b.找到需要標(biāo)注的面和面面交線，調(diào)用草圖約束功能約束需要標(biāo)注的一個(gè)面，其余面約束時(shí)去掉面面交線，然后將約束轉(zhuǎn)化為PMI標(biāo)注，轉(zhuǎn)化時(shí)按面的類別選擇對(duì)應(yīng)視圖轉(zhuǎn)化。

c.標(biāo)注展開圖，結(jié)束。

3.3鈑金零件自動(dòng)標(biāo)注實(shí)例

圖4為某鈑金的自動(dòng)標(biāo)注(一個(gè)側(cè)面)。圖4(a)為自動(dòng)標(biāo)注過(guò)程中的約束，圖4(b)為PMI標(biāo)注結(jié)果。

圖4 鈑金自動(dòng)標(biāo)注

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合制造企業(yè)對(duì)三維零件尺寸自動(dòng)標(biāo)注的需求，探討了在UG NX軟件中實(shí)現(xiàn)三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注的技術(shù)。針對(duì)彎管和鈑金簡(jiǎn)單零件，設(shè)計(jì)了在UG NX軟件中實(shí)現(xiàn)三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注的程序，并開發(fā)了自動(dòng)標(biāo)注模塊，驗(yàn)證了該程序的可行性。彎管零件的三維尺寸自動(dòng)標(biāo)注結(jié)果可直接導(dǎo)入彎管機(jī)，用于實(shí)際生產(chǎn)，為設(shè)計(jì)者節(jié)約了時(shí)間，為操作者提供了方便。

[1] 張良.平面圖形尺寸標(biāo)注數(shù)目的判定及其應(yīng)用[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，11(5):13-15.

[2] 安恒,閆光榮,雷毅. 基于GB/T24734的三維自動(dòng)標(biāo)注[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，38(3)：416-421.

AutomaticDimensioningofSimpleComponentsinThreeDimensional

HOU Bo, GUO Jinyu

(CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., LTD., Hunan Zhuzhou, 412000, China)

Combining with the products design of company, it expounds the necessity of automatic dimensioning in three dimensional. The traditional method of manual annotation is slow, low efficiency, repetitive work. It's difficult to understand the techniques of automatic dimensioning, and the algorithm is complex, rarely application in practical. Based on analysis of the bent pipe and sheet metal, it presents the automatic dimensioning of the components in three dimensional and elaborates the specific methods and steps to realize the automatic tagging of three dimensional on the platform of UG secondary development, the method is simple and strong operability.

3D Automatic Tagging; UGNX; Bent Pipe; Sheet Metal

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.07.017

2014-05-07

侯波(1988—)，男，山西高平人，南車株洲電力機(jī)車有限公司助理工程師，主要研究方向?yàn)槿S自動(dòng)標(biāo)注。

TP311

B

2095-509X(2014)07-0072-04