一种四柱液压机参数化CAD智能设计系统.pdf

2 0 1 0年 1 1月 第 3 8卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE T 00L ＆ HYDRAUL I CS NO V ．2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 2 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 2 2 ． 0 0 2 一 种四柱液压机参数化 C A D智能设计系统 翟华 ，缪玉桂 ，钟华 勇，赵韩 合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 2 3 0 0 0 9 摘要运用系列化设计理论分析计算四柱液压机的各零部件关系，确定了四柱液压机的各零部件关键参数，建立了零 件结构特征尺寸参数库，利用模块化思想研究四柱液压机参数化 C A D智能设计系统。对该软件系统输入关键参数，能 自动 生成不同型号四柱液压机三维图样和二维产品工程图，并能 自动完成关键部件的有限元计算。 关键词 四柱液压机 ；参数化 ；有限元分析 ；智能化 中图分类号 T H1 6 4 文献标识码 A 文章编 号1 0 0 l 一3 8 8 1 2 0 1 0 2 2 0 0 4 2 Pa r a me t r i c I n t e g r a t i o n CAD De s i g n S y s t e m o f Fo ur Pi l l a r s Hy d r a ul i c Pr e s s ZHAI Hu a， MI A0 Yu g u i ，ZHONG Hu a y o n g．ZHAO Ha n S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d A u t o m o b i l e E n g i n e e r i n g ， H e f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， H e i A n h u i 2 3 0 0 0 9 ，C h i n a Abs t r a c tTh e s e ria l de s i g n t h e o r y wa s u s e d t o a n a l y z e a n d c a l c u l a t e t h e ma i n c o mp o n e n t s o f f o u r c o l umn h y d r a u l i c ma c hi n e， i d e n t i f y t h e ke y pa r a me t e r s o f i t s c o mpo ne n t pa r t s，e s t a b l i s h t he s i z e p a r a me t e r l i b r a r y o f t he s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p a r t s a n d mo d u l a r i z a t i o n t h o u g h t w a s a d o p t e d t o r e s e a r c h p a r a me t r i c C AD i n t e l l i g e n c e d e s i g n s y s t e m o f f o u r c o l u mn h y d r a u l i c ma c h i n e ．B y i n p u t i n g t he k e y p a me t e rs i n t o t h e s o f t wa r e s y s t e m ，t h e t h r e e d i me ns i o na l a n d t wo di me ns i o na l p r o d uc t d r a wi ng s o f t he d i f f e r e n t t y p e s o f f o u r c o l u mn h y d r a u l i c ma c h i ne we r e a ut o ma t i c all y g e ne r a t e d，a n d t h e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f c r i t i c a l c o mp o n e nt s wa s a u t o ma t i c a l l y c alc u l a t e d． Ke y wo r d sF o u r c o l u mn h y dr a u l i c ma c h i ne；Pa r a me t ric；FEA；I n t e l l i g e n t i z a t i o n 液压机是一种利用液体压力来传递能量 ，实现各 种压力加工工艺 的重要机床⋯。其 中四柱式液压机最 为典型 ，是我 国液压机 中最 常见 的结构形式 ，广泛用 于零件压装 、快锻 、粉末冶金制造 、压药 、精密校直 等加工制造领域 ，是广 大中小型液压机生产制造企业 的主要产 品。由于 四柱液压 机结构 紧凑 、操作方便 ， 价格低廉 ，应用 面广 ，许多用户根据企业加工生产 的 具体要求 ，需要在原有系列 四柱液压机基础上进行参 数调整 ，比如最常见的是 台面大小 的调整 、压机开 口 高度的不同、动梁行程的不同等等。为了解决中小型 液压机制造企业的面对此类产品设计任务繁重 、设计 效率低 的现状 ，提出 了一种 四柱液 压机参 数化 C A D 智能软件设计 系统 。 1 四柱液压机主要部件设计过程 四柱液压机包括上梁 、动梁 、下梁 、油缸等重要 零部件 ，采用文献 [ 2 ]设计方法可 以设计各重要部 件 ，以下 以中心载荷作用下立柱的设计过程为例进行 说 明。 在 中心载荷作用下 ，立柱 只承受拉伸应力 ，立柱 最小直径 D 。 是关键参数 ，其应力可按下式计算 P ⋯ 0 ．7 8 5 D n≤L o J 【 J 式 中JP为公称压力 ； n 为立柱数量 ，一般 n 4 ； [ ] 为立柱许用拉伸应力 ， 对 4 5 钢来说 ，[ ]≤ 5 O～8 0 MP a [ 。 对 于式 1 ，以 1 0 0 0 k N液压 机 为例 ，取材料 的许用拉 伸应力 为 5 8 ． 1 5 8 M P a ，可 以计 算得 D 。 ≥ 7 4 m m，从而得到立柱 最小允许直径 。 2 系统的构成及关键部件的特征尺寸参数库 四 柱 液 压 机 参 数 化 C A D智能系统 构成如 图 1 所示 ，通 过 人 机 交 互 界 面 ，将 液 压 机 需 要 的 吨 位 、台面大小 、压机 开 口 高度 、动梁行程等参数输 入系统 ，通 过机 床设计计 算系统得 到初 步的主机设 计尺寸，存入相应的参数 数据库 ，尺寸驱动 三维软 件实现三维建模 。将 三维 模 型 导 人 有 限 元 分 析 模 块 ，对关键部件进行有 限 元分析 ，计算结果和有关 图 1 四柱液压机参 数 C A D 智能系统构成图 收稿 日期 2 0 0 9 1 1 2 5 基金项目安徽省 自然科学基金资助项 目 0 9 0 4 1 4 1 5 5 ；安徽省科技攻关项 目 0 6 0 1 2 0 1 9 A 作者简介翟华 1 9 7 3 一 ，男 ，博士，副教授，硕士生导师，主要从事校直工艺理论及设备研究。Em a i l J x z h a i h u a j x 1 2 机床与液压 第 3 8卷 据采集触发点 fl e x l o a d VS p o s b o a r d I D，N I MC VE C T O R S P AC EI ， x P o s i t i o n ，y P o s i t i o n ， 0， O x F F ； 因为是双轴拉伸 ，z 轴位置不变为零 8 发命令启动电机 fl e x _s t a r t b o a r d I D，N I MC V E C T O R S P A C E I ，0 ； 9 数据采集结束后 可关 闭电机 fle x s t o p mo t i o n b o a r d I D，NI MC VE C T O R S P ACE1，NI MC DECEL S T O P，0 。 4 ． 2 数 据采 集控制模 块 的设计 步骤 通过调用随 N I D A Q m x附带 的动态链接库 函数 ， 进行数据采集 函数参数含义略 。 1 创建任务 D A Q m x C r e a t e T a s k ” ” ， t a s k H a n d l e ； 2 创建 两个通 道分别测量 、Y轴的压 力信 号 并加入到创建的任务中，并规定所测经过变送器调理 后 的电压范 围为 一1 0～ 1 0 V D AQ m x C r e a t e AI V o l t a g e C h a n t a s k H a n d l e ， ”De v l ／ a i 0 1 ”， ” ”，D AQ m xVa l C f g D e f a u l t ， 一1 0，l 0， D A Q m x V a l V o l t s ，N U L L ； 3 设 置采样时钟 频率 为 1 0 0 0 H z 及所需 产 生 的采样数 5 0个 D A Q mx C f g S a mp C l k T i m i n g t a s k H a n d l e ， ” ” ，1 0 0 0 ． 0， D A Q m x V a l R i s i n g ，D A Q m x V a l F i n i t e S a m p s ，5 0 ； 4 经过上 述设置 后 即可开始 任 务 ，准备读 取 数据 D A Q m x S t a r t T a s k t a s k H a n d l e ； 5 读取数据到数组 ，以备后续显示及存档 D A Q m x R e a d A n a l o g F 6 4 t a s k H a n d l e ，5 0 ， 0 ． 1 ，D A Q nix Va lGr o u p By S c a n Nu mb e r ， d a t a， 1 0 0 00， r e a d， NU L L ； 6 数据读取后 即可停止任务 ，并 清除任务 D AQ m x S t o p T a s k t a s k H a n d l e ； D A Qm x c I e a r T a s k t a s k Ha n d l e 。 5结束语 1 利用高级语言 V C 封装的 M F C类可以方 便地进行虚拟仪器开发 ，通过调用运动控制卡和数据 采集卡随机附带 的 D L L可 以方 便地 对其进 行运 动控 制和数据采集控制 。开发应用程序周期短 ，代码运行 速度快 。 2 作者开发的基 于 N I D A Q 的虚拟 仪器系 统 ， 满足测试性能要求 ，结 构简单 、灵活方便 、性 能价格 比高 。 参 考文献 【 1 】陈进光 编译 ． 人工肌肉[ J ] ． 现代科技译丛， 2 0 0 5 4 2 5 2 8． 【 2 】N I - 7 3 4 0 H a r d w a r e U s e r Ma n u a l [ j ] ． N a t i o n a l I n s t r u me n t s ， 2 0 0 3 ． 1 1 ． 【 3 】闫宏伟， 潘宏侠． 基于 N I D A Q数据采集系统的设计与 实现 [ J ] ． 可编程控制 器与工厂 自动 化 P i C F A ， 2 0 0 4 9 1 0 91 1 3 ． 【 4 】N I Mo t i o n U s e r M a n u a l [ J ] ． N a t i o n a l I n s t r u m e n t ， 2 0 0 5 ． 1 1 ． 【 5 】刘继超， 刘云． 基于 N I 采集卡的虚拟示波器的开发实现 [ J ] ． 青岛科技大学学报， 2 0 0 8 ， 2 9 4 3 5 7 3 6 0 ． 上 接 第 5页 该系统 的智能化设计 主要体现在 当对系统生成 的四柱液压机关键部 件进行有 限元分析得到的强度和 刚度不满足设计要求 时 ，可 以很方便地进行参数尺寸 修正 ，重新设计零件和装配体 ，然后再进行有限元计 算 ，直到符合设计要求为止。应用此系统可以简化三 维设计 时间 ，有限元分析时间 ，使技术人员有 更多的 精力放在总体方案设计上 ，提高 了设计效率。其次在 订货初期 ，销售人员能迅速获得设计初 步方案 ，主机 总质量等关键信息 ，提高 了销售报价的效率 。 4结 论 该系统主要针对液压机市场 量大 面广 的四柱液压 机产品 ，解决 中小型液压机制造企业面对此类 产品设 计任务繁重 、设计效率低 的现状 ，提出 了一种 四柱液 压机系列化产品 C A D智能软件设计系统 。使用该系统 能提 高设计效率 ，减少设计周期 和成本 ，可 以服务 于 四柱液压机的订货 、设计 、生产等诸多环节 ，有效促 进液压机整体设 计水平的提高。 参考文献 【 1 】李贵闪． 我 国液压机行业的现状及发展[ J ] ． 2 0 0 6 ， 4 1 4 1 71 9． 【 2 】天津市锻压机床厂． 中小型液压机设计计算主机的 设汁和计算[ M] ． 天津 天津人 民出版社 ， 1 9 7 7 ． 1 2 ． 【 3 】杨兆忠． 自动精密校直液压机系列化产品 C A D集成系 统 [ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 0 8 ， 3 6 4 1 4 61 4 8 ． 【 4 】殷国富． S o l i d Wo r k s 二次J _F 发实例精解[ M] ． 北京 机械 丁 、 出 版社 ， 2 0 0 6． 1 ． 【 5 】王炎欢． A N S Y S 二次7 1 发的研究[ J ] ． 机械， 2 0 O 8 ， 3 5 增刊 ． 【 6 】博弈创作室． A N S Y S 9 ． 0经典产品基础教程与实例详解 [ M] ． 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 6 ． 1 ．