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電氣開關三維CAD系統研究
基于Windows，MDT(機械桌面系統)，VC++和3DS軟件，開發了電氣開關3DCAD系統(以下簡稱SHCAD)及其裝配CAPP，并且整合成一個系統。該系統集成了3D實體造型、模擬裝配、自動仿真計算運動系統的力特性、各種接口：UG，Pro/E等，以及開關的ACAPP等于一體。
關鍵詞：電氣開關；3DCAD系統；裝配工藝；CAPP
1 SHCAD簡介
1.1 開發環境
A)硬件：P4PC，256M內存
B)軟件：Windows98 or Windows2000，VC++，MDT & 3DS max
1.2 主要性能與功能
A) 3D實體造型、尺寸驅動、參數化繪圖
B) 3D模擬裝配，裝配的干涉檢查
C) 質量、慣量與重心特性分析和計算
D) 自動仿真計算運動系統的力(或力矩)特性
E) UG，Pro/E等的接口設計
F) 開關的ACAPP
G) 界面友好，易操作，成本低
H) 可擴充性好
2 造型裝配和動畫模擬
2.1 造型裝配
產品另部件設計基于MDT和自行開發的HCAD軟件，生成三維立體圖形，建立一套開關零部件的圖形庫。該庫具有尺寸驅動、參數化繪圖功能，按裝配順序進行模擬裝配。不僅配合件能作干涉檢查(如圖1所示)，而且還能作質量、慣量與重心特性分析和計算(如表1所示)。
2.2 動態模擬
動態模擬包含裝配過程和動作過程，前者如圖2所示。
動作過程的動畫如圖3所示。前者動畫輸出文件是“文名.avi”，用于檢查裝配過程是否可行，也可用于培訓裝配工人。
3 力(或力矩)特性的計算
鑒于作用力(驅動力)與運動系統的反作用力之間的關系，彈簧的剛度k[1]與片簧的柔度C[2]是主要的計算模塊，其中C=1 k。彈簧有圓柱形彈簧和非圓柱形彈簧兩類，它們各自又分壓縮彈簧和拉伸彈簧。本軟件的計算界面如圖4所示。對于不同形狀的片簧的計算界面如圖5所示[3]。
為了求片簧的柔度系數起見，根據能量原理，計算公式如下[4]：
式中：Yj— 在j點處的撓度M(xi)—實際載荷在xi處的彎矩M0(xi)—在j點處虛加的單位載荷在xi處的彎矩
E—材料的彈性模量Ｉ—慣性矩
式中：Pj—實際載荷加在j點的力Cij—在i段上j點的柔度
4 開關的裝配CAPP(ACAPP)
開關是量大面廣的產品，傳統上，裝配工藝設計是手工的，它不能滿足多品種、小批量開關(含電子組合開關)的要求。為了提高產品質量，增大經濟利益，為了實現生產現代化，必須開發開關的裝配CAPP，下面以組合開關為例。
ACAPP的數據庫主要是可選擇數據庫模塊，它能實現系統數據庫的選擇、維護和管理。該數據庫包含任務指導書、工序名、另件名、文件、裝配卡片、輔助材料、設備與夾具、技術要求、操作規程、檢查規程、CAD圖庫等等。任務指導書是取工序名為標題或目錄的綜合庫。每道工序名與工藝規程相應，然后其它庫都是獨立的。
客戶借助于該功能模塊中的用戶界面(UI)可以擴充、維護與管理這系統庫。該功能模塊可形成自己的工藝庫和刷新缺少數據庫的系統，這開關的裝配CAPP是柔性的，因此它能適應各用戶的不同要求。
所有工藝文件都可以Microsoft Word格式輸出，且能根據用戶具體要求以不同流程圖格式輸出文件。這流程圖可以Word格式打印出。裝配流程圖設計的用戶界面(UI)示于圖6。
5 結論
1)開發了一套開關的HCAD中的3D實體造型函數曲線；建立了一套3D零件圖形庫，該庫具有尺寸驅動、參數化繪圖等功能。
2)應用計算機輔助裝配，借助于調用開關零件圖形庫可獲得可視化3D裝配效果圖，它可按照工藝流程模擬3D裝配過程。
3)開發的開關CAD系統集成了3D實體造型、模擬裝配、計算開關運動系統的力(或力矩)特性、設計接口和ACAPP等與之一體，它能大大減縮設計周期與成本費用；提高產品性能和減小體積。