智能模架CAD系统的自动尺寸标注

作者：贺可太 张兴强 王小芳 雷毅

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 摘要:首先简要介绍了基于Web定制的智能模架CAD系统，然后分析了该系统中常见的尺寸标注类型，对不同类型的尺寸标注提出了相应的标注方案，并给出了常见问题的解决办法，最后介绍了系统中尺寸标注的效果。 关键词:模架CAD;尺寸标注;常见类型;常见问题 1　引言 注塑模架结构规则，零部件种类变化较少，在国际国内已经得到标准化和系列化，其设计流程也相对固定，这些特点决定其可以开展基于Web的产品定制。2002年12月，北航海尔与ＦＵＴＡＢＡ(香港)有限公司合作开发的基于Internet定制的智能模架CAD系统正式投入使用。该系统在没有人工介入的情况下，能够根据客户基于Web定制的数据正确生成装配图，并自动进行尺寸标注[1]。由于图形生成和尺寸标注全部由系统自动完成，所以极易产生尺寸干涉现象。本文阐述该智能模架CAD系统尺寸标注方法。 尺寸标注是CAD的一个难点，因为它变量多，设置多，在图纸中所占比例很大。并且，装配图中越是零件复杂、零部件密集的地方，尺寸标注也就越多。因此，标注尺寸的水平直接影响着CAD图形的质量。文献[2，3]对尺寸包容性进行研究并提出了尺寸编辑的自适应方法，文献[4]中阐述了常见的尺寸标注方式和标注类型，文献[5，6]对零件的形体组合情况和尺寸的模式匹配作了研究，文献[5]中提出了尺寸标注的分治思想，这些都对本系统起到了良好的借鉴作用。本文提到的尺寸标注是模具装配图的自动标注，涉及到的问题更多，零部件之间的关系错综复杂，有些视图上零件密集。本系统不仅要自动正确地标注所有的尺寸关系，还要保证布局合理，避免各种类型的重叠。本文首先对模架中可能出现的零部件和所有的标注类型进行分析，然后针对常见问题给出了解决办法。 2　模架标注的常见类型 对于本系统而言，图形的生成过程不可见，不能实现人机交互，在尺寸标注时可能会出现重叠现象，要进行正确、完整、明晰的尺寸标注，难度很大。因此，只有事先对所有可能出现的尺寸标注(包括零部件的尺寸标注、装配尺寸标注、标准件的标识等)进行分析、归纳与总结，预先进行分组，并规划各组的合理标注位置，才能有效避免不同零件尺寸标注之间的干涉以及尺寸标注与零件之间的干涉等问题。本系统中常见的尺寸标注可以分为外形尺寸、轴类件装配尺寸、零件尺寸(包括孔、槽等的尺寸)、模框尺寸和零件标识五种。外形尺寸与轴类件装配尺寸跨度较大，且标注与轮廓线平行，因此这两种标注放置于模板俯视图和仰视图周围。轴类零件大多分布于模板的轮廓周围，尤其是靠近模板角的地方，因此轴类零件的标识引出线安排在俯视图或者仰视图的角上。模框皆位于模板俯视图或者仰视图的中部，而模板上各种孔很密集。为了读图方便和减少尺寸标注与孔的重叠，模框采用坐标标注，标注于模板的周围。对于零件的尺寸标注，情况复杂得多，下面对轴类件、吊模孔、轴孔、码模坑和模框等情况进行讨论。 1)轴类件都是回转件，尺寸标注最好在主视图或者侧视图中进行。因为在装配图中，相同的一组零件只画其中的一个就可以表达清楚，并且在绘制时就经过判断避免了不同零件在同一幅图中干涉，所以轴类件的标注相对比较简单，直接在轴类零件上标注即可。 2)吊模孔是模板四周一些用于起吊模板的螺孔，每块模板上最多有一组。由于每一块模板上都可能有吊模孔，并且吊模孔的分布、组合情况多种多样，所以吊模孔的标注很复杂。在本系统中，俯视图、仰视图上图形密集，主视图上要表示的零部件也较多。而吊模孔在侧视图中的位置不是在图的中间就是在图的边缘，这些部位零部件及要标注的尺寸都较少，故吊模孔适合标注在侧视图中，如图1所示。如果吊模孔要标注的信息较多，不能完全标注在侧视图中，则在俯视图或者仰视图中标注未尽信息。 3)轴孔是模具系统中数量最多的一类孔。因为轴可能穿过多块模板，所以与一根轴配合的孔有多个。孔有很多种类，按照台阶数可分为一阶孔、二阶孔、三阶孔和四阶孔，其中各阶孔又可以根据直孔、锥孔、通孔、盲孔等情况继续细分。总的来讲，孔的阶数越多，标注越复杂。本系统中一、二阶直通孔数量最多，标注也最容易，适合在绘制与之配合的轴的地方标注。三阶及其以上的孔出现的次数比较少，但标注相对复杂，需要标注每一阶的孔径和高度，如果有锥孔存在，则要标注锥孔的角度。因为标注内容繁多，三阶以上的孔无论在那个视图上标注都可能引起相互干涉，故在本系统中，添加辅助视图标注三阶以上的孔。这样使图形显得清晰，并且可有效地避免干涉现象的发生。 4)码模坑是位于模板边上的一种槽，如图2所示。码模坑的变化情况很多，要标注的尺寸有长度、位置、深度和拐角半径等。码模坑的长度与位置标注如果按照习惯向轮廓外标注，则无论怎么安排其尺寸线总是有可能与轴类零件的纵向间距尺寸线干涉。所以，本系统中码模坑的标注一律向模板中心方向标注。 5)模框是为了进一步加工型腔需要而在模板上加工的一些凹槽(如图3所示)。常见的模框有矩形、圆孔避角矩形(图3中的矩形模框)、槽形、圆形等。同一块模板上可能会同时有多个、多种形式的模框，并且模框标注不仅要标注位置、形状、平面尺寸，还要标注深度，因此其标注比较复杂。为了标注模框的深度，需要添加侧视图，必要时添加两个侧视图，如图3中所示。模框是工作的核心部分，要求加工精确，同时考虑到有时在同一位置要标注的尺寸模框比较多，因此模框的标注采用坐标标注，即先在横向和纵向分别确定一个零点，然后标注模框的定位点或边界到零点的距离。这样的标注方式既可保证尺寸线所占的空间比较小，使得整幅图形比较清晰，同时又有利于制定加工工艺，保证加工的精度。 3　本系统标注常见问题的解决 本系统中的图形是自动生成的，自始至终无人工介入，所以难免出现一些图形以及尺寸标注线之间的干涉现象。本系统中常出现的问题有3种:1)尺寸标注线与图形重叠;2)板的轮廓线和轴距线等相互交叉;3)引出线之间相互交叉。有效地解决这些问题，可以大大提高出图质量，减少后续工序中的准备工作。下面详细说明这3类问题的解决方法。 3.1　避免尺寸标注线与图形重叠 要有效地解决尺寸标注线与图形的重叠，必须详细分析所有零部件可能出现的位置和各种零部件的组合情况，事先对所有零部件可能出现的组合情况中各种零件的标注位置进行规划，确保任何零件的尺寸标注不与其它图形重叠。程序从数据库中读取数据信息时，记忆所有零件的信息。在进行尺寸标注时根据各种零件的出现情况，将所有零件在规划好的位置进行标注。 3.2　避免轮廓尺寸线和轴距线交叉 轮廓线、轴距线一般标注在模板的轮廓以外。轮廓线、轴距线相互交叉有两种情形。在第一种类型的交叉中，相互交叉的两个尺寸标注，跨距小的标注两个引出点在跨距大的标注的两个引出点之间，如图4所示。为了避免这种现象的出现，首先要将所有的轮廓尺寸标注和可能出现的轴距尺寸标注事先拟定标注位置，其次在程序中记录出现的轴距尺寸，然后在标注尺寸时对出现在同一位置的所有轮廓线、轴距线的跨度进行比较、排序，按照从小到大的顺序由里向外依次标注。第二种类型的交叉如图4所示，相互交叉的尺寸线的引出点相互间隔。为了避免这种类型的干涉，首先考虑将相互干涉的尺寸线中的某一个移到图形的另一边。如果经判断无论移动哪一个尺寸线都会在移动后的一边引起同样问题，则将相干涉的尺寸线中的一个移到图形内部标注，如图4中虚线标注所示。 3.3　合理安排零件标识引出线 零件标识引出线交叉如图5所示。本系统中大部分零件标识引出线标注于俯视图和仰视图下边的两个角上，引出线文字标注点从上向下等距排列。假设在同一位置有Ｎ个零件需要引出标识，则对应Ｎ个引出线文字标注点。为了避免引出线相互交叉，采用如下算法。首先，从Ｎ个零件标注引出点中，找到与最上边第一个引出线文字标注点连线斜率绝对值最大的那一个点，该点与第一个引出线文字标注点的连线即为该点对应零件的标注引出线。在其余的Ｎ-1个需要引出标注的零件中，应用同样的算法，直至标注完毕。 4　结束语 本系统工作时没有界面，没有人机交互，在图形的生成过程中，不能人为地对图形中不合理的地方进行调整，这更加大了尺寸标注的难度。为了得到标注清楚、合理的图形，不仅需要对整个系统进行合理地规划，而且还要在系统的工作过程中进行动态判断。 采用上述的方法与算法，本智能模具CAD系统中的尺寸标注基本没有干涉现象(如图6所示)，完全符合使用的要求。当然，本系统也存在不足之处。首先，其尺寸标注在各个视图上分布不均，主视图和俯视图上要多于主视图和侧视图。其次，本系统在图形生成以后尺寸标注和图形的编辑没有实现双向关联，在图形上改变尺寸或者图形后，另一项内容无法进行自动调整。这些都有待于进一步的优化。 [参考文献] [1]Web-based cumtomization system of moldframe，2002 [2]谢平.工程图中尺寸标注自适应方法的研究.华东交通大学学报，1999，16(2) [3]张树有，谭建荣，彭群生等 尺寸标注的动态编辑与自适应处理算法.软件学报，1998，9(5) [4]于海燕，秦鹏飞，何援军等.机械样图的智能化尺寸标注方法.工程图学学报，2000，2 [5]陆国栋，黄长林，彭群生等.基于分治思想的尺寸自动标注方法的研究与实现.计算机辅助设计与图形学学报，2001(6)[6]余建利，黄长林，陆国栋，基于模式引导的尺寸自动标注方法研究.浙江工业大学学报，2000，28(7)(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/9/2004)