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基于WELDSYS的焊接系统开发 |
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newmaker |
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在建筑、桥梁、汽车、压力容器和机械等工程领域都广泛使用焊接构件，焊接构件通常作为工程设备的主体或支撑结构，有很高的质量技术要求，这对焊接构件的设计与制造工作量很大。目前使用的AutoCAD、Pro/ENGINEER和NX等工程软件并没能很好地解决焊接设计问题，设计人员任务重，效率低。而WELDSYS焊接系统的开发恰好解决了这个问题，本系统可实现焊接构件的装配设计、焊缝定义、组件工程图的输出、坡口加工或凹槽零件图的输出，自动化程度高，设计精度和设计效率都有出色的表现，可靠性高、实用性强。
一、WELDSYS焊接系统的组成
图1 焊接系统的组成
本系统主要有标准件库、公用数据库、焊接组件设计模块、焊缝定义模块、组件工程图绘图模块、加工坡口和凹槽零件的绘图模块以及数据转换接口等组成，如图1所示。它以3D 数据模型为基本数据结构，使用单一数据库，全约束、尺寸完全相关，实现了装配设计、焊接设计、零件设计、工程图输出一体化以及CAD与CAM一体化，与其他流行软件可进行数据交换，兼容性好。
二、WELDSYS功能模块及作用
1.标准件库
提供了焊接构件常用的型材构件，如圆钢、方钢、六角钢、板材、管材、工字钢、角钢和槽钢等型材构件，压力容器、大直径管等通用构件。它们以参数化成型件出现，可根据需要修改参数直接用于装配设计。
2.公用数据库
为系统提供了一系列设计模板，如装配设计环境模板、零件设计环境模板、组件工程图绘制模板和元件工程图绘制模板，为参数化设计提供了大量原型零件、标准材料数据库、特殊符号库等。
3.焊接组件设计模块
焊接组件是一个装配件，该模块利用Pro/ENGINEER装配技术进行装配设计。
(1)选择已经设计好的需要焊接的组件;
(2)设计焊接组件。利用装配设计的方法，可自下而上利用已有的构件、标准件完成装配设计，也可采用自上而下的方法从概念设计、原理设计再到装配设计。
4.焊缝定义模块
包括焊接环境设计：定义焊条、工艺及参数，选择焊接类型，选择实焊与轻焊表现形式，决定输出数据源是组件还是元件，定义焊缝、坡口加工或焊接凹槽的位置、形状和尺寸，设置其他任何参数或焊接工艺。
5.焊接组件绘图模块
通过焊接组件绘图和对焊接接头注释，表达焊接装配;生成材料清单(BOM表)或带有焊缝参数的Pro/REPORT表。
6.拆分元件及元件工程图输出
该模块提供了对定义有坡口或凹槽的元件从组件中分解出来，详细表达元件的结构形状、尺寸大小和技术要求等。
三、WELDSYS开发关键技术
本系统是基于Pro/ENGINEER Wildfire 3.0为平台，以Pro/TOOLKIT为开发工具，使用VC++.NET2002作为编译工具，充分利用VC++.NET语言的功能和Pro/TOOLKIT提供的C/C++函数的集合，编写出执行程序，作为Pro/ENGINEER的一个外挂插件或模块使用，以满足焊接设计需要。
1.Pro/ENGINEER参数化设计
标准构件是一系列依据国标型号的型材零件，在设计上充分利用了Pro/ENGINEER参数化设计思想，将原型件参数化，通过控制主要参数，实现组件对元件的不同设计要求。具体实现中要针对构件的结构特点设定必要的有限个参数，并与原型所有构造尺寸建立关系式，以实现整体参数化驱动造型。
2.ODBC数据库应用
标准构件的参数是由相应国标提供，本系统是使用以下步骤操作数据库。
(1)使用Microsoft Visual FoxPro6.0建立各种型材件数据库表，并通过Microsoft WindowsXP控制面板的管理工具，新建一个数据源。
(2)由VC++.NET对话框模板资源创建对话框及列表控件，并添加相应对话框类。
(3)建立数据表集类，使用CRecordset类来绑定数据表。
(4)设计调用函数和对话框消息响应函数，完成从数据库读取信息，显示在列表框中，以及其他操作，如图2所示。
图2 ODBC数据库应用
3.装配技术
装配设计有两种典型的方法，即自下而上和自上而下的装配设计。本系统采用自下而上的装配设计方法：引用已经构造好的零件模型、组件模型或参数化设计的模型，按组件或复合构件的结构顺序，由最低层的元件开始，再逐级向上完成装配建模。用到Pro/TOOLKIT两个主要函数。
(1)元件装配函数，其函数原型定义如下：
#include //包含头文件 ProError ProAsmcompAssemble(ProAssembly owner_assembly， //装配件的句柄
ProSolid component_model，//是需要装配进来的模型句柄
ProMatrix init_pos，//是一个转置矩阵，用于设置元件的初始位置
ProAsmcomp*feature//返回之后的元件对象)
Returns: PRO_TK_NO_ERROR //返回成功; PRO_TK_BAD_INPUTS //返回错误;
(2)重新定义装配元件的装配约束函数，其函数原型定义如下：
#include //包含头文件ProError ProAsmcompConstrRedefUI( ProAsmcomp *p_feat_handle//装配元件对象句柄)
Returns:PRO_TK_NO_ERROR//返回成功; PRO_TK_BAD_INPUTS//返回错误;PRO_TK_USER_ABORT //返回中止;
4.焊缝定义
包括焊缝、坡口加工和凹槽的参数定义、特征定义。驱动源是元件或组件，采用实焊或是轻焊几何表达。其中实焊(SOLID)指设计中创建并显示实体几何，“焊缝”或“坡口加工”特征包含了制造所需的所有必要数据，并在设计中用实焊几何表示，如图3所示。轻焊(LIGHT)指参考现有曲线或边，但没有其自身的几何。焊缝或坡口加工特征包括制造必需的所有参数，但只用其参照的几何(边、曲面)表示，如图4所示。实焊坡口加工的减少会显著减少设计的再生和图形载入时间，当模型中有大量焊缝和坡口加工时，可使用轻焊表达，在制造需要时可将它们容易得转为实焊表达。
5.元件拆分技术
在组件环境下定义的焊接特征、坡口加工切口和凹槽的几何形状及尺寸大小，需要在元件图中表达，以便在焊接前提前加工好。为此可选择元件作驱动源进行焊接定义，利用Pro/ ENGINEER模型单一数据库的特点，直接读取元件数据库的文件进行绘图输出，并实现模型编辑、数据更新同步。
6.2D工程图绘制
Pro/ENGINEER是三维数据库，通过矩阵变换很容易输出二维图形。本系统是基于自定义2D模板实现工程图绘制。主要使用的是Pro/TOOLKIT函数，其函数原型如下：
ProError ProDrawingFromTmpltCreate( ProName name, //新的绘图名
ProName dwg_template, //绘图模板名
ProModel * model, //创建绘图时使用的实体模型名 ProDwgcreateOptions options, //绘图创建的选项 ProDrawing * drawing, //创建的绘图对象
ProDwgcreateErrs * errors ) //创建绘图引起的警告和错误列表
其中参数options的取值为：PRODWGCREATE_DISPLAY_DRAWING：在窗口显示新的绘图;
PRODWGCREATE_SHOW_ERROR_DIALOG：显示模板错误对话框;
PRODWGCREATE_WRITE_ERRORS_TO_FILE：将错误写入磁盘文件。
7.标准模板应用及自定义模板
使用Pro/ENGINEER符合国标的元件模板(mmns_part_ solid)和组件模板(mmns_asm_design)，作为实体模型文件读入。二维绘图可使用公制模板，如a0_drawing，或国标图样A0、A1、A2、A3、A4，也可自定义绘图模板，根据厂标或习惯格式定制。将所有模板文件存为一个公用数据库，便于系统调用。
8.焊接报告生成
在焊接工程图中定义一个报告列表，添加重复区域，插入焊接参数(weldasm)，由参数变量访问绘图焊接数据，自动生成焊接报告。
四、WELDSYS应用实例
本系统的菜单体系如图5所示，可实现多种设计目的。某机架组件如图6所示，要求焊接定义并绘制带切口的元件图。使用本系统具体操作步骤如下。
(1)选择焊接系统→设计组件，从选择文件对话框中，找到该机架文件名，并打开。
(2)焊接系统→焊缝定义，选取焊接类型及参数，如图7所示，焊接定义结果，如图8所示。
(3)焊接系统→焊接元件绘图，从元件绘图对话框(见图9)中选择输出元件，结果如图10所示。其他应用限于篇幅在此省略。
五、结论
本系统专为焊接设计工作定制，对从事焊接构件设计的技术人员来说，可从繁琐的设计中解放出来，实现焊接设计自动化、高效化，提高了焊接设计的质量和进度，在焊接工程领域具有广泛的应用价值。
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(8/4/2010) |
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