CN104765936B - 基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，至少包括如下步骤：S01：建立二维草图；S02:建立三维曲面；S03:修剪；S04：加厚；S05：展开；S06:提取放样坐标。本发明的优越效果在于：采用本发明三维建模展开并生成放样坐标的操作方法后减少了展开图重复绘制及放样工序，并实现数控切割机下料过程的自动化，且制造精度高、产品性能稳定，在降低成本的同时提高了经济效益，以人工放样时间成本计算，降低人工成本3％。
Description
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种用于钢岔管、蜗壳及肘管成型的基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法。
背景技术
传统的水轮机的蜗壳、肘管、及压力钢管***的钢岔管，大都采用钢板卷制焊接成形的制造方法；其共同点是：分节较多、截面变化、结构复杂、制作需要的展开图数量较多且繁琐。
由于上述钢岔管、蜗壳及肘管均属于板金类滚弯成形零件，通过下料、卷制、组拼、焊接成整体形状的金结构件；其工艺流程如下：
第一、展开放样：根据设计提供的岔管体型图，或蜗壳、肘管的单线图，逐节放样、绘制出每个单节的平面展开图及放样坐标参数表；
第二、板材下料：将展开图及二维坐标参数表数据，进行编码输入数控切割机控制程序切割下料；采用人工下料时先将单节展开图制作成薄铁皮大样，再在钢板上画出实样后切割下料；切割出节间焊接坡口等操作；
第三、卷制弧形：采用卷板机将准备的板料，卷制成对应的单节(或分块瓦片)形状与尺寸；
第四、单节及整体预组装：如果是分块瓦片先组拼、点焊、调整成单节管子、再依次组拼成整体形状、调整、焊接、检查、验收；
第五、分解防腐运输：厂内预组装验收合格后，较大的管件需要分缝与支护，解体成便于运输的节段或瓦片，经防腐处理后，运输到现场再次组装焊接成型。
由上述工艺流程得出，其制作过程的关键在于：单节展开图的准确、单节管子或瓦片卷制弧度的正确、以及单节、整体组装时有效地调整与焊接过程控制。但是其结构复杂，制作需要的展开图数量较多且繁琐。而根据设计提供的岔管体型图、蜗壳及肘管的单线图，如何准确、简便、快捷地获取展开图的方法成为一个难点。
现有常用的技术有：作图法、数学公式计算法、编制软件程序法、制图软件程序改造嫁接法、3D软件自动展开法，使用软件的种类繁杂。现有技术中尚未提出一种同时满足岔管、蜗壳、肘管成型的三维建模展开并生成放样坐标的方法。
其中，Autodesk inventor软件是美国Autodesk公司开发的一款机械设计制图软件，该软件能创建三维模型和二维工程图。基于全数字驱动和定位约束功能产生的三维线形或曲面，通过赋予不同的材质转化为实体模型，使模型具有实物属性和力学性能，进而进行模拟加工与装配、运动仿真、受力状态分析等，是一款综合的多用途软件。在展开状态下，并未设定生成放样坐标参数表的具体操作方法。另外，该软件生成三维模型的设定方法包括拉伸、旋转、放样、扫掠以及螺旋扫掠等，对于蜗壳、肘管可以采用放样命令展开；而对于压力钢管***的钢岔管依靠截交面位置定位的钣金组件，无法直接获取上下截面的形状和尺寸，也未给出具体的放样操作方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，至少包括如下步骤：
S01：建立二维草图；打开Autodesk inventor软件，新建第一文件SheetMetal.ipt并进入钣金模式，将零件设计图导入后生成零件二维草图，完成二维草图后保存为基础草图，关闭第一文件；
S02:建立三维曲面；新建第二文件Sheet Metal.ipt，进入二维草图状态后转换至零件状态，导入零件设计图作为基础草图使用；
根据基础草图画出零件的斜切前上下面投影直线，完成零件的草图绘制；
进入三维状态，在零件的斜切前上下面的投影直线的中点分别绘制两条辅助三维直线，通过两条直线建立一个二维平面，得到零件斜切前上下平面的位置；
在零件斜切前上下平面新建二维草图，根据投影得出上下面投影直线的端点及中点；绘制整圆或圆弧，通过约束工具与投影的端点及中点建立约束关系，完成后保存二维草图；之后打开模型环境，通过放样命令点击得到的上下面半圆线，生成圆锥曲面；
S03:修剪；新建三维草图，将S01中生成的基础草图上的斜切线与S02中生成的圆锥曲面相交，得到斜切面位置曲线；通过分割工具修剪、删除多余曲面，生成斜切后的圆锥曲面；
S04：加厚；根据零件设计图的直径及板厚设定加厚厚度方向，通过加厚工具获得零件的实体模型；
S05：展开；在钣金模式，通过展开工具得到零件的展开状态图；
S06:提取放样坐标；在得到零件的展开状态后，在展开平面上新建一个二维草图，投影展开的轮廓线，在投影线端点制作一个工艺孔中心点完成草图；根据工艺孔中心点制出工艺孔，沿曲线全长阵列若干个孔，对放样后的轮廓线形状进行跟踪，完成并保存；新建工程图，将展开状态图调入工程图中，在孔参数表中显示坐标；通过对孔参数表进行编辑、删除孔参数、只保留中心点坐标值，完成放样坐标参数提取。
在软件钣金环境下，钣金放样设定的前提条件是两个不同平面内的截面和曲线。本发明所述操作方法适用于未给出截交面形状和尺寸的钢岔管类零件；而对于蜗壳类零件及肘管类零件，其设计图中已给出各个断面形状和尺寸，直接投影上下面直线，采用本操作方法生成三维图形；通过设置材质、放样参数，以及通过钣金放样工具生成对应的管节模型，而无须进行上述S03、S04步骤。
所述的技术方案优选为，所述S02中，绘制整圆后通过剪切工具设置为圆弧。
所述的技术方案优选为，所述S02中，所述上下面的尺寸和形状的条件下，通过已知条件模拟出未被切割前的曲面。
所述的技术方案优选为，所述已知条件为共切圆、斜切圆锥的边线、中心线中的一种。
所述的技术方案优选为，所述S06中，在得到零件的展开状态后，通过对展开的轮廓线布置工艺孔，对放样后的轮廓线形状进行跟踪，在工程图状态自动标注出孔坐标参数表，编辑完成放样坐标提取；将展开状态图以1:1的比例调入工程图中，另存为dwg格式文件，也能在Auto CAD软件中进行尺寸标注以及提取放样坐标参数。
本发明以截交面的位置线做垂直与中心线的平面投影到曲面，在曲面上产生切割的截交面曲线进行剪切。在展开状态图中，曲面直径、板材厚度、曲面加厚方向，对生成的实体模型以及展开状态图存在直接的影响，改变上述任一参数都会产生不同的结果。需要根据放样直径、焊缝位置和坡口的切割方向确定。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：采用本发明三维建模展开并生成放样坐标的操作方法后减少了展开图重复绘制及放样工序，并实现数控切割机下料过程的自动化，且制造精度高、产品性能稳定，在降低成本的同时提高了经济效益，以人工放样时间成本计算，降低人工成本3％。
附图说明
图1为本发明所述操作方法的实现流程图；
图2为采用图1所述操作方法的实施例的设计图；
图3为图2的设计图的放样曲面图；
图4为图3斜切后的曲面图；
图5为图4成型的实体模型图；
图6为图5实体模型图的展开状态图；
图7为图6展开状态图的工艺孔分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如附图1所示，本发明所述基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，包括如下步骤：
S01：建立二维草图；打开Autodesk inventor软件，新建第一文件SheetMetal.ipt并进入钣金模式，将零件设计图导入后生成零件二维草图，完成二维草图后保存为基础草图，关闭第一文件；所述零件设计图如附图2所示，为月牙肋钢岔管三面斜切的一个单节。
S02:建立三维曲面；如图3所示，新建第二文件Sheet Metal.ipt，进入二维草图状态后转换至零件状态，导入月牙肋钢岔管的零件设计图作为基础草图使用。
根据基础草图画出零件的斜切前上下面投影直线，完成月牙肋钢岔管放样单节的草图绘制；进入三维状态，在单节斜切前上下面的投影直线的中点分别绘制两条辅助三维直线，通过两条直线建立一个二维平面，得到零件斜切前上下平面的位置。
在零件斜切前上下平面新建二维草图，根据投影得出上下面投影直线的端点及中点；绘制整圆或圆弧，通过约束工具与投影的端点及中点建立约束关系，完成后保存二维草图；之后打开模型状态的放样命令，点击得到的上下面半圆线，生成半圆锥曲面，如图3所示。
S03:修剪；新建三维草图，将S01中生成的基础草图上的斜切线与S02中生成的圆锥曲面相交，得到斜切面位置曲线；通过分割工具修剪、删除多余曲面，生成斜切后的圆锥曲面，如图4所示。
S04：加厚；根据零件设计图的直径及板厚设定加厚厚度方向，通过加厚工具获得零件的实体模型，如图5所示。
S05：展开；在钣金模式，通过展开工具得到零件的展开状态图，如图6所示。
S06:提取放样坐标；在得到零件的展开状态后，在展开平面上新建一个二维草图，投影展开的轮廓线，在投影线端点制作一个工艺孔中心点完成草图；根据工艺孔中心孔制出工艺孔，沿曲线全长阵列若干个孔，对放样后的轮廓线形状进行跟踪，完成并保存；新建工程图，将展开状态图调入工程图中，标注所有工艺孔，在孔参数表中显示坐标；通过对孔参数表进行编辑、删除孔参数、只保留中心点坐标值，完成放样坐标参数提取，如图7所示。
将工程图存副本为dwg格式文件，将dwg格式文件的程序输入数控切割机后能实现自动下料。
在具体操作时，投影轮廓线，将图7中下直边端点设为中心点，进行钻工艺孔，所述工艺孔是直径为0.02mm、深度为0.5mm的平底孔，选择矩阵阵列工具，设置按照曲线长度等分，将工艺孔沿轮廓线总长度等分，完成轮廓线布孔的操作。同时给出了放样坐标参数，如表1所示。
表1放样坐标参数表
在完成单个的零件模型后，在软件中保存至“折叠模式”进行整体装配试验；按照本发明所述操作方法进行创建所有的零件实体模型，完成后校对坐标进行组拼，检查对接缝是否发生干涉，并验证单个实体模型展开图的正确性。由于存在板厚的影响，根据设计焊缝的要求，确定曲面的展开直径和板料的加厚方向。另外，必要时还进行机械加工切割破口操作直到完成整体模型。
2011年3月，中国水利水电第十一工程局金属结构厂对赞比亚卡里巴电站蜗壳肘管的制作进行多次放样试验，相互比对不同方法得到的展开图参数，及同比例展开图形状校验，制作缩小比例实物模型检验，最终验证了采用Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法的可靠性。采用本操作方法制造的蜗壳肘管已成功应用于赞比亚卡里巴水电站北岸机组，该机组于2013年11月28日已经顺利发电运行。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
Claims (5)
1.基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
S01：建立二维草图；打开Autodesk inventor软件，新建第一文件Sheet Metal.ipt并进入钣金模式，将零件设计图导入后生成零件二维草图，完成二维草图后保存为基础草图，关闭第一文件；
S02:建立三维曲面；新建第二文件Sheet Metal.ipt，进入二维草图状态后转换至零件状态，导入零件设计图作为基础草图使用；
根据基础草图画出零件的斜切前上下面投影直线，完成零件的草图绘制；
进入三维状态，在零件的斜切前上下面的投影直线的中点分别绘制两条辅助三维直线，通过两条直线建立一个二维平面，得到零件斜切前上下平面的位置；
在零件斜切前上下平面新建二维草图，根据投影得出上下面投影直线的端点及中点；绘制整圆或圆弧，通过约束工具与投影的端点及中点建立约束关系，完成后保存二维草图；之后打开模型环境，通过放样命令点击得到的上下面半圆线，生成圆锥曲面；
S03:修剪；新建三维草图，将S01中生成的基础草图上的斜切线与S02中生成的圆锥曲面相交，得到斜切面位置轮廓线；通过分割工具修剪、删除多余曲面，生成斜切后的圆锥曲面；
S04：加厚；根据零件设计图的直径及板厚设定加厚厚度方向，通过加厚工具获得零件的实体模型；
S05：展开；在钣金模式，通过展开工具得到零件的展开状态图；
S06:提取放样坐标；在得到零件的展开状态后，在展开平面上新建一个二维草图，投影展开的轮廓线，在投影线端点制作一个工艺孔中心点完成草图；根据工艺孔中心点制出工艺孔，沿轮廓线全长阵列若干个孔，对放样后的轮廓线形状进行跟踪，完成并保存；新建工程图，将展开状态图调入工程图中，在孔参数表中显示坐标；通过对孔参数表进行编辑、删除孔参数、只保留中心点坐标值，完成放样坐标参数提取。
2.根据权利要求1所述的基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，其特征在于，所述S02中，绘制整圆后通过剪切工具设置为圆弧。
3.根据权利要求1所述的基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，其特征在于，所述S02中，所述上下面的尺寸和形状的条件下，通过已知条件模拟出未被切割前的曲面。
4.根据权利要求3所述的基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，其特征在于，所述已知条件为共切圆、斜切圆锥的边线、中心线中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于Autodesk inventor软件三维建模展开并生成放样坐标的操作方法，其特征在于，所述S06中，在得到零件的展开状态后，通过对展开的轮廓线布置工艺孔，对放样后的轮廓线形状进行跟踪，在工程图状态自动标注出孔坐标参数表，编辑完成放样坐标提取；将展开状态图以1:1的比例调入工程图中，另存为dwg格式文件，也能在Auto CAD软件中进行尺寸标注以及提取放样坐标参数。
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