CAD技術在機械裝配圖中的應用探討

文宏 甘肅機電職業技術學院 741001

CAD技術在機械裝配圖中的應用探討

文宏 甘肅機電職業技術學院 741001

如何簡單有效地處理好各軟件的遮擋是C A D技術生成裝配圖的核心問題，所以對于這個方面要更加重視。隨著科技的不斷發展，經過科研人員的不斷思考、創新、實驗、總結，終于一種簡便易行、高效可靠的設計方法誕生了。本文詳細地闡述了該方法的運用原理，系統的實際操作等。詳細地敘述了裝配圖中各零件間的遮擋問題的解決過程，該方法在自動獲取零件輪廓信息的基礎上，再通過裝配進程進行裝配，同時可測出零件優先級。

CAD計算機輔助設計；裝配圖生成

零件圖和裝配圖是機械設計通常用的表現形式，盡管現行的CAD軟件能使零件圖的復雜度大大降低，但是生成裝配圖仍然存在阻礙。目前存在著的一種方法對計算機的內外存資源要求相當大，它是通過三維實體造型，然后對零部件實體進行組裝，接下來系統會剖切、消隱和投影三維裝配體，甚至會進行更多的處理，一張裝配圖就大功告成了，該圖凝聚著設計者的心血，是有設計者任意組合的。裝配圖完成的同時，系統也對應地生成了三維的零件模型。盡管完成了裝配圖，但是這種方法卻不常用，因為完成這一系列步驟是一件相當不容易的事。機械裝配圖采用的原理并不陌生，正是與二維作圖的基本相似。一是從裝配圖直接獲得為之服務的零件圖，進而直接組裝即可。二是從零件入手，首先獲得人工給出的零件外形信息，由于裝配過程中會出現部分重疊部分圖線，所以會運用布爾算法，達到消除此因重疊引起的問題。盡管這兩種方法都能達到預期的效果，但是卻需要人工的預處理，消耗大量人力資源。不僅如此，反復消耗人力資源使得該方法既繁瑣又低效，人力資源的再次使用體現在當裝配關系或者零件大小改變時。所以該方法不實用。對于上述方法中存在的問題，當今社會急需一種高效、簡捷的方法。本文詳細論述了新方法如何自動獲取輪廓信息，自動處理裝配圖中各零件間遮擋，從而達到預期效果。實現高效、簡捷的目標，獲得最大經濟效益。

一.處理裝配圖

顯而易見，零件圖組裝成裝配圖，這從圖像處理角度就可得知。可是，實際上只是簡單疊加各零件圖并不能代表裝配圖，主要原因是零件間的遮擋，所以處理零件間的遮擋就成了生成裝配圖的重要內容。（假設裝配圖由n個零件裝配形成）

在裝配圖中，零件被其他零件遮擋的程度由Ki表示，代表零件間遮擋的優先級。K=0代表此零件最不易被其他零件遮擋，優先級k值的增大，就說明此零件被遮擋的難度減小。K值相同的零件有多個，而且可以互不重疊。

當生成需裝配的n個零件圖后，這些零件圖的信息就會立即被自動記錄到圖形檔案中，例如：直線、圓弧、角等，這些會自動被畫線、畫圓弧、畫角等基本子程序中記錄。該零件的外輪廓信息可以被系統自動獲取，無需任何外界的信息輸入。在生成裝配圖時，系統會進行一系列自動措施，主要目的是對零件間的遮擋部分進行剪裁處理。系統在對零件進行檢測時，會根據裝配進程、零件圖形檔案、外形信息和對應的k值作全面識別。一旦發現有零件存在問題需要修改時，系統會再次自動識別該零件的外形信息，再次對該零件對應的裝配過程進行遮擋處理，仍然無需任何外界人力輔助，就連出現問題也是系統自動處理完成。以上就是整個裝配圖的生成過程。

二.零件外形信息算法的自動獲取

1.零件外形信息的數據結構

想要達到預期的目標，零件外形信息的處理也是十分重要的一個步驟。如果零件外形信息的缺失或者錯誤，系統對裝配圖中零件圖遮擋的處理就無法順利進行。零件各視圖的外輪廓信息構成了零件外形信息。零件外形信息的構成也是一個很重要的過程，它是由若干個封閉環構成，對各個環的有關數據進行正確識別，就可以獲取零件外形信息。

2.零件外形信息的自動獲取

設視圖中滿足Ymax的點Pmax，當Pmax有多個點時，取這些點中x坐標最小的點為P0，只有一個Pmax時取P0= Pmax。

圖形生成后，零件的外形信息會立即被系統自動獲取，不需要憑借任何外界人力資源。各視圖識別先后次序為P。所在視圖優先識別。系統處理步驟如下:

a)求外輪廓的第一條邊。過P。點向下移一個單位得P1，由P1作水平線，該水平線與圖中其他圖素相交，求得交點中x最小點P2，點P2所對應的直線為零件視圖外輪廓的第一條邊P0P3

b)在第一條邊外側取一點N，該點稱為側點。

c)第一條邊與所有圖素求交點，符合以下條件之一的交點為有效交點:

①交點即為第一條邊的端點;

②交點是其他邊的一個端點，且另一端點與側點N在第一條邊同側;

③交點不與第一條邊的端點重合。

d)求有效交點中離P2最靠近的點。

e)當識別到有幾條路徑點T時，以T為圓心，判斷各路徑的直線與PT的夾角。若路徑為圓弧則在T附近且N一側取一點，求該點與T N的夾角。所求的角中，最小角對應的那條路徑為下一條邊的流形。因PTD＜PTP，則外輪廓的下一條邊為TD。

f)求新邊與其他圖素的有效交點，此步驟與第3步類似，但與T點重疊點均為無效交點。

g)判斷該環是否封閉，若已封閉則結束，否則從第5步做起

h)循環以上各步，直至識別完所有視圖外輪廓。

三.零件間的遮擋處理

在零件外形信息被獲取成功后，終于到了最為關鍵的一步——生成裝配圖。生成裝配圖的核心問題是怎樣根據裝程及優先級對零件遮擋部分進行裁剪。零件圖形的構成不是很復雜，它的最基本單位是圖形元素，當有圖形元素遮擋零件時，系統會按照遮擋零件的外輪廓逐個地進行裁剪處理，保留外輪廓外的部分，輪廓內(包括輪廓邊線上)的部分裁剪掉。

a)取第i進程中優先級K值大的零件圖信息(直線、圓弧段)以及K值小的零件外形信息;

b)求直線段(或圓弧段)與外輪廓的交點;

c)判斷交點數。如交點數大于零，則跳過第4步;

d)取線段中點。若中點在輪廓內。則整根線刪除。否則整根線保留，然后跳到第8步;

e)將線段端點與交點一起排隊，線段分為幾個小分段;

f)按小分段數循環;

g)取小分段中點。若中點在輪廓內，則小分段刪除，否則該小分段保留。如循環未束，則跳到第6步、否則至第8步。

h)輸出保留的線段信息，結束。

在裝配過程中存在一個很重要的因素那就是零件間是否干涉。這對該裝配是否有效起到決定作用。對于怎樣開發智能化自動識別零件間是否干涉，研究需要進一步開展下去。

［1］孫靖民.機械優化設計.機械工業出版社.2009

［2］董超.Auto CAD三維制圖在機械設計中的應用［J］.試驗技術與試驗機.2010，（3）

［3］趙志.Auto CAD在機械設計中的應用［J］.同煤科技.2010 ，（4）

［4］張夕琴.C A D/C A E技術在機械設計中的應用［J］.裝備制造技術.2 0 1 0,（1 2）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.032

文宏 （1981-）男，甘肅臨洮人，工學學士，助理講師，主要從事機械工程領域與計算機輔助設計方面的教學及研究工作