壓力容器法蘭的參數(shù)化繪制方法

蔡洪濤

(武漢工程大學機電工程學院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

市場上流行的計算機輔助繪圖軟件大都是交互式的,具有功能強大、應用面廣的優(yōu)點[1],但是也有針對性差,繪圖效率低的缺點.利用基于約束的參數(shù)化設(shè)計繪圖技術(shù)對這類軟件進行二次開發(fā),定制專業(yè)特點突出的個性軟件可以很好地解決這個問題.該技術(shù)是指編制圖形程序繪制基本結(jié)構(gòu)相似的零部件,當給出圖形各個部分的控制參數(shù)時便能迅速生成零部件圖形的繪圖方法[2].國產(chǎn)軟件CAXA電子圖板2007不僅為用戶提供了眾多的參數(shù)化圖庫,還為用戶提供了擴建圖庫的功能.本文利用CAXA電子圖板的自定義圖庫功能建立了JB/T4701-4703《壓力容器法蘭》圖庫,實現(xiàn)了壓力容器法蘭的參數(shù)化繪制.

1 法蘭圖符分類及命名

JB/T4701-4703《壓力容器法蘭》中介紹了甲型法蘭、乙型法蘭和長頸法蘭等三類法蘭的標準結(jié)構(gòu)與尺寸[3].根據(jù)是否帶襯環(huán)法蘭和密封面的型式不同甲型法蘭有6種結(jié)構(gòu),乙型法蘭共有10種結(jié)構(gòu),長頸法蘭共有10種結(jié)構(gòu).每一種結(jié)構(gòu)對應一個圖符.因此法蘭圖庫的圖符大類分三類,名稱分別為甲型法蘭、乙型法蘭和長頸法蘭;圖符小類名稱根據(jù)密封面結(jié)構(gòu)命名,如“突面甲型法蘭”、“突面襯環(huán)甲型法蘭”等,圖符名就以法蘭的公稱壓力命名.

2 圖符的繪制

繪制上述26種法蘭的視圖.參照法蘭標準中提供的視圖,以一組標準尺寸精確繪制法蘭的視圖,但不要加剖面線.圖形繪制時應注意不要隨意打斷、或分段繪制圖形元素,以減少需要定義的圖形元素.并標注尺寸.固定的尺寸不標注,以減少尺寸數(shù)據(jù)輸入的工作量.

圖1 三種突面法蘭的標注尺寸

3 數(shù)據(jù)文件的編制

將標準中的尺寸數(shù)據(jù)輸入到EXCEL中形成三個類法蘭數(shù)據(jù)表:JB/T4701.xls JB/T4702.xls和JB/T4703.xls.再根據(jù)圖符的不同從法蘭數(shù)據(jù)表中拷貝不同的數(shù)據(jù)欄粘貼到記事本中得到各個法蘭圖符的數(shù)據(jù),形成純文本格式的數(shù)據(jù)文件.相同密封面的襯環(huán)法蘭和無襯環(huán)的法蘭共用一組數(shù)據(jù),因此其數(shù)據(jù)文件是相同的.文件第一行說明文件中數(shù)據(jù)的行數(shù),從第二行起才是數(shù)據(jù).第一列是法蘭的公稱直徑(DN),第二列是法蘭外徑(D),第三列是螺栓孔中心圓直徑(D1),第四列是突面密封面的外徑(D3),第五列是法蘭的厚度(X),第六列是螺栓孔直徑(Y),第七列是筒體的厚度加2(Z),第八列是螺柱規(guī)格,第九列是螺柱個數(shù),第十列是法蘭質(zhì)量.

4 圖符的定義

把參數(shù)化圖符存入圖庫已備日后調(diào)用的操作叫圖符的定義,由拾取圖符元素、定義圖符元素、參數(shù)控制、變量屬性定義及圖符入庫等5大部分完成[4].

4.1 拾取圖符

在主菜單“繪圖”下拉菜單中選擇“庫操作”,在彈出庫操作子菜單中單擊“定義圖符”按鈕,進入定義圖符狀態(tài).根據(jù)提示輸入需要定義的圖符的視圖個數(shù),因為法蘭的視圖只有一個,輸入1即可.接著系統(tǒng)提示“請選擇第一視圖”,用鼠標拾取圖1中(a)、(b)或(c)的所有元素,包括尺寸標注.系統(tǒng)提示“請指定視圖的基點”,這里選取法蘭中心線與法蘭底面交點為基點.圖符中各圖素特征點的坐標以基點為坐標原點而得到.基點指定后,系統(tǒng)提示“請為該視圖的每個尺寸指定一個變量名”,用鼠標分別拾取圖1的各個尺寸,并分別定義為D、D1、D2等(在彈出的輸入框中輸入),單擊鼠標右鍵結(jié)束變量命名.

4.2 定義圖符元素

定義圖符元素就是對圖符所有元素逐一進行參數(shù)化處理的操作過程.“元素定義”對話框的左半部分是預覽框,框中圖符上呈亮紅色虛線的圖形元素就是當前需要定義的元素;右半部分則列出了這個元素的特征點相對于基點的X、Y坐標值.圖符的參數(shù)化就是要把這些坐標值逐個用以尺寸變量為自變量的函數(shù)表達式來表示.甲型法蘭中各圖素特征點坐標比較直觀,容易得出;但是乙型法蘭和長頸法蘭部分結(jié)構(gòu)的坐標求解比較麻煩.為了簡便,長頸法蘭錐頸與法蘭盤及直頸的過渡圓角被省略.下面給出乙型法蘭中部分圖素特征點的坐標.

圖2 乙型平焊法蘭短節(jié)與法蘭盤焊縫特征點的坐標

y=-tan(75°)x+a

由二者相切的條件得到

(Z-6+8cos(75°))tan(15°))

為了簡便,各中心線外伸長度設(shè)置為10 mm.其它各點的坐標可以直觀得得到,在此不一一列出.為了使各點坐標表達式簡潔,可設(shè)置中間變量.上述a,k1,k2即為中間變量.

由于上述數(shù)據(jù)文件中的第八、第九及第十列數(shù)據(jù)與視圖無關(guān),應在圖符元素定義完畢后,將其設(shè)置為中間變量,變量名分別為“螺栓規(guī)格”、“螺栓個數(shù)”和“法蘭質(zhì)量”,變量表達式不填.

4.3 變量屬性定義與變量數(shù)據(jù)錄入

單擊“元素定義”對話框中的“下一步”按鈕,彈出“變量屬性定義”對話框,其中的“序號”和“變量名”一一對應,序號從0開始,決定了輸入標準數(shù)據(jù)和選擇尺寸規(guī)格時各個變量的排列順序.此序號可以調(diào)整,但應與數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)順序一致.“系列變量”就是對應于一組尺寸規(guī)格可以有多個取值的尺寸變量,如同一公稱直徑的螺栓其全螺紋的長度.“動態(tài)變量”就是該尺寸的取值不受標準數(shù)據(jù)的限制.如果變量屬性全為“否”,稱之為普通變量.單擊下一步按鈕,進入“圖符入庫”對話框.上述所有變量全定義為普通變量.

在對圖符的大類、小類和名稱定義后,點擊“數(shù)據(jù)錄入”按鈕,進入“標準數(shù)據(jù)錄入與編輯”對話框.單擊“讀入外部數(shù)據(jù)文件”按鈕,彈出“打開文件”對話框,找到數(shù)據(jù)文件,單擊“打開”按鈕,可以發(fā)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)出現(xiàn)在“標準數(shù)據(jù)錄入與編輯”對話框中.

4.4 圖符入庫

數(shù)據(jù)錄入完后,單擊“確定”按鈕回到“圖符入庫”對話框,再單擊“屬性定義”按扭彈出“屬性定義與編輯”對話框.在這個對話框中可以輸入所定義圖符的一系列相關(guān)說明,如材料、重量、體積等.對圖符入庫對話框的每項內(nèi)容都確認后,單擊確定按鈕,激活圖符管理對話框,并進行圖符排序,確認后點取“確定”按鈕,圖符定義入庫的整個過程結(jié)束.

5 圖庫的應用

5.1 圖符的提取

在主菜單“繪圖”下拉菜單中的選擇“庫操作”,在彈出庫操作子菜單中選擇“提取圖符”,選擇相應的大類和小類及圖符名.這里選“甲型法蘭”大類,“突面甲型法蘭”小類和“PN1.0”圖符.彈出“圖符預處理對話框”,根據(jù)實際設(shè)計的筒體的厚度修改變量Z.輸入定位點及圖符旋轉(zhuǎn)角度后,符合設(shè)計要求的法蘭視圖插入到指定位置,可以插入多個,直到點擊鼠標右鍵為止.

5.2 圖符的導出

為了在不同的計算機上利用上述定義的圖符,將圖符導出形成圖庫索引文件,將此文件復制到另一臺計算機電子圖版的安裝目錄下的lib目錄下即可調(diào)用定義的圖符.方法是在主菜單“繪圖”下拉菜單中的選擇“庫操作”,在彈出庫操作子菜單中選擇“圖符管理”,彈出“圖符管理”對話框,單擊“導出圖符”按鈕,彈出“導出圖符”對話框,選擇圖符大類“甲型法蘭”,圖符小類“突面甲型法蘭”,圖符名欄中出現(xiàn)“PN0.6”、“PN1.0”、“PN1.6”、“PN2.5”等,單擊“全選”按鈕,這四個圖符全被選中.單擊“導出”按鈕,彈出“另存文件”對話框,輸入文件名“突面甲型法蘭”,得到兩個文件,分別為“突面甲型法蘭.idx”與“突面甲型法蘭.lib”.

5.3 并入圖符

在“圖庫管理”對話框中單擊“并入圖符”按鈕,彈出“打開圖庫索引文件”對話框.找到剛才粘貼的“突面甲型法蘭.idx”文件,單擊“打開”按鈕,可彈出“并入圖符”對話框.在圖符列表框中列出了索引文件“突面甲型法蘭.idx”中的所有圖符,單擊“全選”按鈕,輸入新的大類名“甲型法蘭”和新的小類名“突面甲型法蘭”以創(chuàng)建新的類,最后單擊“并入”按鈕.對話框底部的進程條將顯示并入的進度.并入完成后可返回“圖庫管理”對話框,單擊“確定”按鈕,結(jié)束圖庫管理操作.

6 結(jié) 語

上述建立壓力容器法蘭的圖庫.在設(shè)計繪制容器法蘭時,根據(jù)設(shè)計的容器法蘭的類型、公稱壓力、公稱直徑及密封面型式提取相應的圖符,在經(jīng)簡單修改,即可完成法蘭視圖的繪制,并且能直接得到法蘭的螺栓規(guī)格、個數(shù)及法蘭質(zhì)量等在明細表中要用到的數(shù)據(jù),十分省事.接管法蘭、支座、封頭[5]等結(jié)構(gòu)均可利用此技術(shù)繪制.可見參數(shù)化繪圖技術(shù)能大大提高繪圖效率和質(zhì)量,縮短設(shè)計周期.

參考文獻:

[1]鄭晨升.實用CAXA繪圖及二次開發(fā)技術(shù)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[2]孫家廣.計算機輔助設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學出版社,2000.

[3]JB/T4701-4703-2000.《壓力容器法蘭》[S].

[4]龍宋軍,張文斌,魏中平.CAXA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

[5]張紅衛(wèi),陳剛,劉岑,等.標準橢圓對三薄壁內(nèi)壓圓筒承載能力的影響[J].武漢工程大學學報,2010,32(3):103-106.