论文部分内容阅读
【摘 要】为了提高轴类零件设计效率，提出了一种基于规则推理的表达方案自动生成方法。通过分析轴类零件结构特点及其视图表达规律，给出了表达方案自动生成的流程。根据零件三维模型得到组成结构及各组成结构之间的位置关系，确定主视图的投影方向，推理获得各组成结构的表达方案，最后整理得到零件的表达方案。一个机床主轴箱输出轴的工程实例，说明了利用该方法确实能自动生成轴类零件的表达方案。
一、前言
随着三维CAD技术的发展，三维CAD软件已经在制造企业的产品设计中得到广泛的应用[1-5]。但由于在三维模型上表达尺寸标注等工程信息目前缺乏标准，三维模型还无法取代二维工程图。目前大多数企业采用的是三维模型与二维工程图同时使用的方法，即在设计建模、仿真、分析等工作中采用三维模型，在涉及到尺寸标注、技术要求等信息描述时采用二维工程图。因此，在现时的CAD应用技术条件下，二维工程图在实际应用中仍然担当着重要的角色，工程图快速生成技术的研究有重要意义和实际应用价值。
在目前主流的CAD软件中，由三维模型到二维工程图仍然存在效率低下的问题。因此， 按照企业的要求进行CAD软件的二次开发，实现二维工程图的快速生成，可以提高产品设计的效率，同时还可以减轻设计人员的负担。表达方法的自动生成是实现二维工程图快速生成的核心技术之一。
轴类零件是机械产品中的一类的重要零件，主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。在企业的实际设计、制造过程中，一般利用三维实体建模，再生成二维工程图。在生成二维工程图的过程中表达方案的选择依赖设计人员的经验，自动化程度较低，效率相对低下，不利于修改和重复利用。
本文从提高工程图的生成效率出发，研究了基于规则推理的轴类零件表达方案自动生成技术，并在SolidWorks三维软件平台上进行了程序实现。
二、轴类零件的特点及视图表达规律
视图生成是工程图快速生成的一个主要内容。要实现轴类零件视图的自动生成需要先对其结构特点和视图表达规律进行分析，然后才能确定出合理的视图自动生成规则。
轴类零件一般由多个轴段组成，在各个轴段上可能包含有键槽、径向通孔、轴向通孔、径向盲孔、轴向盲孔、凹槽、倒角、退刀槽等结构。如图1所示的轴，共有6个轴段，在轴段2和轴段5上有键槽，在轴段1和轴段6上有倒角，在轴段4上有退刀槽。
针对轴类零件的特点，一般采用一个主视图加上一些断面图、局部向视图、局部放大图等来表达其结构。例如图1所示的输出轴零件的视图表达方案：一个主视图（主视图投影方向为两键槽的方向），两个断面图（分别用于表达两个键槽），如图2所示。
三、视图表达方案的自动生成
为了得到视图的表达方案，需要针对零件结构做推理。推理流程如图3所示：
（一）根据从零件三维模型中读取的特征建模数据，得到零件的各组成结构；
（二）根据从零件三维模型中读取的特征建模数据，得到各组成结构之间的位置关系；
（三）根据零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系推理得到零件主视图的投影方向；
（四）根据零件的各组成结构和零件主视图的投影方向进行推理，获得各结构的表达方案；
（五）结合各结构的表达方案和零件各组成结构之间的位置關系进行推理，得到最终的零件表达方案。
零件主视图投影方向的推理确定需要用到零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系。零件上的各种结构都有一个最能表达其结构形状的主方向，例如：平键槽的主方向是开槽的方向，半圆键的主方向是投影成半圆的方向，圆孔的主方向是投影成圆的方向，凹槽的主方向是开槽的方向（即投影为槽截面形状的方向），等等。轴类零件上可能出现的结构众多，这里就不再一一列举。主视图投影方向的选择首先必须是主轴线方向，即与各轴段轴线平行的方向；其次，让尽可能多的结构处在主方向。
在确定了零件主视图投影方向后，就可以结合零件的各组成结构，根据规则推理出各结构的表达方案。规则推理的结构采用IF…THEN…ELSE的结构。例如：
IF 平键槽 THEN{IF 主方向=主视图方向 THEN 断面图 ELSE断面图+主视图局部剖+局部视图}；
IF轴向通孔THEN主视图全剖；
IF径向通孔THEN{IF 主方向=主视图方向 THEN 断面图 ELSE断面图+主视图局部剖}；
IF轴向盲孔THEN断面图+主视图局部剖；
IF齿轮轴段THEN主视图局部剖；
轴类零件上可能出现的结构众多，其所对应的表达方案也很多，本文不再将这些规则全部列出。确定零件各组成结构的表达方案后，因为有些表达方案可能有重叠，还需要对其进行整理，才能得到零件最终的表达方案。在进行表达方案整理时，需要用到各组成结构之间的位置关系。表达方案的整理也采用规则判断的方式进行。轴类零件上可能出现的表达方案整理情况较多，下面列出部分：
IF两采用局部剖结构位置重叠 THEN 两局部剖合一；
IF两采用断面图结构位置重叠 THEN 两断面图合一；
IF两采用局部剖结构位置接近 THEN 两局部剖合一范围扩大；
IF主视图全剖AND主视图局部剖THEN主视图全剖。
本文不再将这些规则全部列出。
由于可能有多个结构在同一位置重叠或处在比较靠近的位置，因此，零件表达方案整理需要进行反复推理，直到无任何一条规则满足时才能停止。
四、表达方案的自动生成实例
图4所示为一机床主轴箱中的输出轴，下面以该输出轴为例，应用上述方法说明该轴的表达方案自动生成过程。
（一）输出轴组成结构获取。通过读取图4所示输出轴三维模型的特征建模数据，得到该轴的组成结构：轴段1、轴段2、轴段3、轴段4、轴段5、轴段6、轴段7和轴段8；键槽1；退刀槽1、退刀槽2、退刀槽3、退刀槽4和退刀槽5；环槽1和环槽2（安装弹簧挡圈）；轴向盲孔1；内键槽1；螺纹盲孔1。 （二）输出轴各组成结构的位置关系获取。通过读取图4所示输出轴三维模型的特征建模数据，得到该轴各组成结构的位置关系：键槽1位于轴段3；退刀槽1位于轴段1，退刀槽2位于轴段2，退刀槽3位于轴段3，退刀槽4位于轴段5，退刀槽5位于轴段7；环槽1位于轴段1，环槽2位于轴段5；轴向盲孔1位于轴段7和轴段8；内键槽1位于轴向盲孔1；螺纹盲孔1位于轴向盲孔1底部。
（三）主视图投影方向确定。由各组成结构和各组成结构之间的位置关系得到主视图投影方向为键槽1的开槽方向。
（四）各组成结构表达方案的确定。各组成结构表达方案的推理结果为：键槽1，断面图；环槽1，局部放大图；环槽2，局部放大图；轴向盲孔1，主视图局部剖；内键槽1，主视图局部剖+局部视图；螺纹盲孔1，主视图局部剖。
（五）零件表达方案的确定。经整理后，轴向盲孔1、内键槽1和螺纹盲孔1的主视图局部剖合一，将剖切范围扩大到包含三个结构。输出轴零件的最终表达方案为：主视图局部剖+断面图+局部放大图+局部放大图+局部视图。
五、基于SolidWorks的工程图自动生成实现
SolidWorks是基于Windows平台的三维设计软件。该软件采用非全约束的、基于特征的参数化、变量化建模技术和全数据相关技术，能够自动进行动态约束检查，数据能够在不同粒度间同步更新，可以方便地实现复杂三维实体造型、复杂装配和生成工程图。该软件体系结构开放，通过OLE Automation技术为用户提供了强大的二次开发接口API函数，任何支持OLE和COM的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具[5， 6]。
六、结论
基于企业对设计速度的需求，针对轴类零件本文提出了一种基于规则推理的表达方案自动生成方法。通过分析軸类零件结构特点及其视图表达规律，给出了表达方案自动生成的流程。根据零件三维模型得到零件的各组成结构及各组成结构之间的位置关系；根据零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系推理得到零件主视图的投影方向；根据零件的各组成结构和零件主视图的投影方向推理获得各结构的表达方案；对各结构的表达方案进行整理得到最终的零件表达方案。以一个机床主轴箱输出轴的为例，叙述了利用该方法自动生成表达方案的过程。并基于SolidWorks平台开发了机床主轴箱输出轴的表达方案自动生成程序。
参考文献：
[1]佘晶.工程图纸智能化生成技术的研究与实现[D].江苏：南京航空航天大学，2005.
[2]陈 辰、钱晓峰等. 基于Pro/E 平台的工程图纸自动化生成软件的开发[J].研究与开发，2001，22（4）：35-39.
[3]黄海鸣.叶片快速设计系统的研究与实现[D].北京：北京航空航天大学，2006.
[4]任钦海、吕彦明、薛小雯.UG 二次开发技术在叶片模具制图自动生成中的应用[J]. 热加工工艺，2007，36（21）：77-79.
[5]李爱平、王龙涛、刘雪梅.SolidWorks 环境下参数化部件库的开发及实现[J].机械设计，2010，27（8）：5-10.
[6]SolidWorks公司，生信实维公司.SolidWorks API二次开发[M].北京：机械工业出版社，2005.
一、前言
随着三维CAD技术的发展，三维CAD软件已经在制造企业的产品设计中得到广泛的应用[1-5]。但由于在三维模型上表达尺寸标注等工程信息目前缺乏标准，三维模型还无法取代二维工程图。目前大多数企业采用的是三维模型与二维工程图同时使用的方法，即在设计建模、仿真、分析等工作中采用三维模型，在涉及到尺寸标注、技术要求等信息描述时采用二维工程图。因此，在现时的CAD应用技术条件下，二维工程图在实际应用中仍然担当着重要的角色，工程图快速生成技术的研究有重要意义和实际应用价值。
在目前主流的CAD软件中，由三维模型到二维工程图仍然存在效率低下的问题。因此， 按照企业的要求进行CAD软件的二次开发，实现二维工程图的快速生成，可以提高产品设计的效率，同时还可以减轻设计人员的负担。表达方法的自动生成是实现二维工程图快速生成的核心技术之一。
轴类零件是机械产品中的一类的重要零件，主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。在企业的实际设计、制造过程中，一般利用三维实体建模，再生成二维工程图。在生成二维工程图的过程中表达方案的选择依赖设计人员的经验，自动化程度较低，效率相对低下，不利于修改和重复利用。
本文从提高工程图的生成效率出发，研究了基于规则推理的轴类零件表达方案自动生成技术，并在SolidWorks三维软件平台上进行了程序实现。
二、轴类零件的特点及视图表达规律
视图生成是工程图快速生成的一个主要内容。要实现轴类零件视图的自动生成需要先对其结构特点和视图表达规律进行分析，然后才能确定出合理的视图自动生成规则。
轴类零件一般由多个轴段组成，在各个轴段上可能包含有键槽、径向通孔、轴向通孔、径向盲孔、轴向盲孔、凹槽、倒角、退刀槽等结构。如图1所示的轴，共有6个轴段，在轴段2和轴段5上有键槽，在轴段1和轴段6上有倒角，在轴段4上有退刀槽。
针对轴类零件的特点，一般采用一个主视图加上一些断面图、局部向视图、局部放大图等来表达其结构。例如图1所示的输出轴零件的视图表达方案：一个主视图（主视图投影方向为两键槽的方向），两个断面图（分别用于表达两个键槽），如图2所示。
三、视图表达方案的自动生成
为了得到视图的表达方案，需要针对零件结构做推理。推理流程如图3所示：
（一）根据从零件三维模型中读取的特征建模数据，得到零件的各组成结构；
（二）根据从零件三维模型中读取的特征建模数据，得到各组成结构之间的位置关系；
（三）根据零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系推理得到零件主视图的投影方向；
（四）根据零件的各组成结构和零件主视图的投影方向进行推理，获得各结构的表达方案；
（五）结合各结构的表达方案和零件各组成结构之间的位置關系进行推理，得到最终的零件表达方案。
零件主视图投影方向的推理确定需要用到零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系。零件上的各种结构都有一个最能表达其结构形状的主方向，例如：平键槽的主方向是开槽的方向，半圆键的主方向是投影成半圆的方向，圆孔的主方向是投影成圆的方向，凹槽的主方向是开槽的方向（即投影为槽截面形状的方向），等等。轴类零件上可能出现的结构众多，这里就不再一一列举。主视图投影方向的选择首先必须是主轴线方向，即与各轴段轴线平行的方向；其次，让尽可能多的结构处在主方向。
在确定了零件主视图投影方向后，就可以结合零件的各组成结构，根据规则推理出各结构的表达方案。规则推理的结构采用IF…THEN…ELSE的结构。例如：
IF 平键槽 THEN{IF 主方向=主视图方向 THEN 断面图 ELSE断面图+主视图局部剖+局部视图}；
IF轴向通孔THEN主视图全剖；
IF径向通孔THEN{IF 主方向=主视图方向 THEN 断面图 ELSE断面图+主视图局部剖}；
IF轴向盲孔THEN断面图+主视图局部剖；
IF齿轮轴段THEN主视图局部剖；
轴类零件上可能出现的结构众多，其所对应的表达方案也很多，本文不再将这些规则全部列出。确定零件各组成结构的表达方案后，因为有些表达方案可能有重叠，还需要对其进行整理，才能得到零件最终的表达方案。在进行表达方案整理时，需要用到各组成结构之间的位置关系。表达方案的整理也采用规则判断的方式进行。轴类零件上可能出现的表达方案整理情况较多，下面列出部分：
IF两采用局部剖结构位置重叠 THEN 两局部剖合一；
IF两采用断面图结构位置重叠 THEN 两断面图合一；
IF两采用局部剖结构位置接近 THEN 两局部剖合一范围扩大；
IF主视图全剖AND主视图局部剖THEN主视图全剖。
本文不再将这些规则全部列出。
由于可能有多个结构在同一位置重叠或处在比较靠近的位置，因此，零件表达方案整理需要进行反复推理，直到无任何一条规则满足时才能停止。
四、表达方案的自动生成实例
图4所示为一机床主轴箱中的输出轴，下面以该输出轴为例，应用上述方法说明该轴的表达方案自动生成过程。
（一）输出轴组成结构获取。通过读取图4所示输出轴三维模型的特征建模数据，得到该轴的组成结构：轴段1、轴段2、轴段3、轴段4、轴段5、轴段6、轴段7和轴段8；键槽1；退刀槽1、退刀槽2、退刀槽3、退刀槽4和退刀槽5；环槽1和环槽2（安装弹簧挡圈）；轴向盲孔1；内键槽1；螺纹盲孔1。 （二）输出轴各组成结构的位置关系获取。通过读取图4所示输出轴三维模型的特征建模数据，得到该轴各组成结构的位置关系：键槽1位于轴段3；退刀槽1位于轴段1，退刀槽2位于轴段2，退刀槽3位于轴段3，退刀槽4位于轴段5，退刀槽5位于轴段7；环槽1位于轴段1，环槽2位于轴段5；轴向盲孔1位于轴段7和轴段8；内键槽1位于轴向盲孔1；螺纹盲孔1位于轴向盲孔1底部。
（三）主视图投影方向确定。由各组成结构和各组成结构之间的位置关系得到主视图投影方向为键槽1的开槽方向。
（四）各组成结构表达方案的确定。各组成结构表达方案的推理结果为：键槽1，断面图；环槽1，局部放大图；环槽2，局部放大图；轴向盲孔1，主视图局部剖；内键槽1，主视图局部剖+局部视图；螺纹盲孔1，主视图局部剖。
（五）零件表达方案的确定。经整理后，轴向盲孔1、内键槽1和螺纹盲孔1的主视图局部剖合一，将剖切范围扩大到包含三个结构。输出轴零件的最终表达方案为：主视图局部剖+断面图+局部放大图+局部放大图+局部视图。
五、基于SolidWorks的工程图自动生成实现
SolidWorks是基于Windows平台的三维设计软件。该软件采用非全约束的、基于特征的参数化、变量化建模技术和全数据相关技术，能够自动进行动态约束检查，数据能够在不同粒度间同步更新，可以方便地实现复杂三维实体造型、复杂装配和生成工程图。该软件体系结构开放，通过OLE Automation技术为用户提供了强大的二次开发接口API函数，任何支持OLE和COM的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具[5， 6]。
六、结论
基于企业对设计速度的需求，针对轴类零件本文提出了一种基于规则推理的表达方案自动生成方法。通过分析軸类零件结构特点及其视图表达规律，给出了表达方案自动生成的流程。根据零件三维模型得到零件的各组成结构及各组成结构之间的位置关系；根据零件的各组成结构和各组成结构之间的位置关系推理得到零件主视图的投影方向；根据零件的各组成结构和零件主视图的投影方向推理获得各结构的表达方案；对各结构的表达方案进行整理得到最终的零件表达方案。以一个机床主轴箱输出轴的为例，叙述了利用该方法自动生成表达方案的过程。并基于SolidWorks平台开发了机床主轴箱输出轴的表达方案自动生成程序。
参考文献：
[1]佘晶.工程图纸智能化生成技术的研究与实现[D].江苏：南京航空航天大学，2005.
[2]陈 辰、钱晓峰等. 基于Pro/E 平台的工程图纸自动化生成软件的开发[J].研究与开发，2001，22（4）：35-39.
[3]黄海鸣.叶片快速设计系统的研究与实现[D].北京：北京航空航天大学，2006.
[4]任钦海、吕彦明、薛小雯.UG 二次开发技术在叶片模具制图自动生成中的应用[J]. 热加工工艺，2007，36（21）：77-79.
[5]李爱平、王龙涛、刘雪梅.SolidWorks 环境下参数化部件库的开发及实现[J].机械设计，2010，27（8）：5-10.
[6]SolidWorks公司，生信实维公司.SolidWorks API二次开发[M].北京：机械工业出版社，2005.