机床电气CAD系统研究与开发防城港

2022-11-23 09:06

机床电气CAD系统研究与开发

1 前言

随着市场的发展,传统手工设计方式已难以适应市场竞争的需要,采用CAD设计已势在必行。而目前用于机械CAD的软件已趋于完善,但适合机床的电气CAD软件却很少。机床电气设计包括电路图、接线图、安装图、接线盒和电柜(包含按钮站),这五部分之间不是孤立存在的,而是相互联系的。如接线图上的元件和电路图上的元件是相互对应的,要求电气CAD系统各模块间既能实现信息共享,又能单独执行,前后呼应,保持整个系统的完整性。因此,开发一套专业化的机床电气CAD系统,以提高设计质量和效率,缩短设计周期,减轻人工劳动,是适应市场发展的迫切需要。

2 系统的设计思想

机床电路图设计是整个系统的核心,在开发时主要考虑了以下问题:(1)按国家标准GB4728并结合企业标准,优化整理出常用图形符号并建立图形符号库;(2)对元件标注、电路图图幅格式、纵横坐标分区制订统一格式;(3)电路图输入时,对符号的查找、调用、插入、删除应快速、简单、方便、灵活;(4)考虑用户设计过程中自己扩充常用符号功能模块,以减少重复性劳动,系统需具有扩充模块管理工具;(5)为提高作图效率,图形符号和文字标注分开进行,不同的元件其标注内容是不同的,系统应能自动识别,标注的内容应能提取,为生成接线图作准备,标注采用顺序编号法,同时提供界面友好的对话框,方便交互进行;(6)触点和线圈相对坐标位置的确定,手工设计时需逐张查找图纸,效率低,容易漏掉且易出错,系统开发时应充分利用计算机的先进性,由系统自动完成这一功能。

接线图和电路图有密切的联系,除机床外形和元件安装位置外,其他信息都可从电路图内提取,而机床外形和元件安装位置可直接调用机械设计员已经画好的图形,也就是说,系统应能从电路图半自动生成接线图。

安装图的开发,主要考虑解决标准件和外购件的查询及目录生成。

接线盒在机床电气设计中的工作量比较大,但由于其形状比较规范,尺寸规格参数系列化,因此采用参数化设计比较合适。

电柜设计包括安装图和接线图,为方便将按钮站设计归入电柜,其共同特点是重复工作量大,系统采用模块化设计。

除上述外,系统应具有辅助作图工具,如图层设置、图幅设置、标题栏填充、自动出图等。考虑用户使用方便,全部界面应实现汉化且友好,同时提供有机床电气CAD系统使用手册。

3 系统的总体结构和功能特点

基于上述设计思想,开发出的机床电气CAD系统的总体菜单结构见图1。该系统包括六大功能模块,每一模块又包含若干子菜单。各模块选项的功能如下:

图1 系统组成菜单

电路图设计模块:采用每次输入一段回路再插入元件的方法,线段自动断开,元件方向及位置随电路走向自动调整。文字标注采用顺序编号法,由符号标注程序来完成。线圈及触点对应坐标位置的标注是在电路图全部绘完后,由程序自动提取并进行标注。同时亦可从电路图提取元件功能位置清单。用户可以通过自建符号库功能,建立和管理自己在设计过程中常用的符号功能块。对常用的典型结构开发了功能小部件,可直接进行调用。另外,用此模块建立了包含继电器控制和PLC控制的典型电路图图库,共125张。用户通过输入简单的几个参数,即可调出所需要的电路图。

接线图设计模块:通过符号代号和接线号全自动提取程序,由程序代替人工自动搜索每张电路图内的符号代号和接线号,再经过程序对提取出的信息进行处理,如接线号自动合并排序等,即产生接线图。

安装图设计模块:系统通过此模块可以对标准件和外购件进行查询、标注和目录生成。

接线盒设计模块:从对话框列表栏内选择接线盒尺寸,并输入各面安装管接头型号及规格,则接线盒安装图及开孔图即可参数化生成。

电柜设计模块:直接从图形菜单内调用所需要的模块,很容易生成电柜接线图、安装图和按钮站安装图。

辅助工具模块:主要辅助上述各模块,使作图效率更快、更方便,如全自动批处理出图功能,比手工出图效率提高至少10倍以上。

4 程序设计及关键技术

4.1 程序设计

系统的程序设计主要采用了ADS(Autocad Development System)、Autolisp、dbaseⅢ等,其支撑平台选用Autocad R12。

4.2 关键技术

4.2.1 全自动批处理技术

该系统多次提到“全自动批处理”这个术语,如全自动批处理实现触点线圈坐标位置标注,全自动批处理出图等等。那么它到底是什么含义呢?实际上因为机床电路图一般少则几张多则几十张不等,而程序一般只能在一个图形过程中执行,要想全部提取出每张图形所包含的信息,靠人工逐张打开图形再执行程序,用户劳动强度大自不必说,而如果机器运行速度又慢,其效率之低是可想而知的。为此,首先编写处理多图文件的程序,通过程序装入如图2所示的对话框,由用户交互选择输入要处理的图形文件,并将其读入一临时文件内,然后程序打开该临时文件,把对每一图形文件要进行的具体操作按SCR(SCR文件是AutoCAD的命令文件,可通过AutoCAD的Script命令进行调用)文件格式写进一事先定好的扩展名为.SCR的文件内。对文件进行的操作,调用子程序来完成。全部文件处理完毕,关闭该SCR文件。然后通过编辑下拉式菜单在程序后面加上由该程序产生的SCR文件,当点中菜单后,程序即自动执行。例如:[全自动批处理出图……]^C^CAUTOPLOT;-script;aplot.scr;通过上述处理,整个过程只需2~3分钟即可完成。利用上述技术,成功地完成了触点线圈坐标位置全自动标注、线号全自动提取、多图文件全自动批处理打印等手工难以做到的事情。

图2 全自动批处理用户输入界面

4.2.2 自动参数化技术

参数化设计,一般多指形状相似、尺寸各异的零件图。而这里所说的参数化既包含尺寸各异又包含形状各异,既是安装图又包括零件图,既是局部参数化又是整体参数化。接线盒本身有多种规格,其各面安装的管接头同样有多种规格,对应的开孔尺寸也不一样。随着接线盒规格的不同,其内置导轨也不同,相应的接线端子也不一样。可以看出,接线盒设计看似简单,但包含的内容却相当复杂。手工设计时要反复查阅手册,对相邻两管接头之间的距离要通过计算来进行判断,有时要反复好多次。为此,在进行智能CAD设计时,将上述所有参数或以结构数组或以子程序的方式输入进程序。用户只用从对话框选择接线盒尺寸,输入各面管接头型号及规格,再选择安装图或开孔图,系统就可自动完成全部设计任务。设计任务以“黑匣子”的形式进行。同时系统具有智能判断功能,如某面管接头太多,系统会及时提醒你:“此面管接头太多,超出最小间距。”图3是接线盒参数化用户输入界面。

图3 接线盒参数化用户输入界面

4.2.3 数据交换技术

在现代CAD系统中,随着数据种类与数据总量的急剧增加,数据有从CAD系统中独立出来的趋势,即把CAD过程中的数据组成单独的数据库,独立进行管理。AutoCAD提供了与数据库(如DBASEⅢ、ORACLE等)的接口,即ASE(AutoCAD SQL Extension)。这样,不同的应用程序都可借助数据库实现数据交换,这就是所谓的数据库方法。该方法将程序与数据相对独立,减小了各程序模块间的相互依赖,修改或增减模块均不会影响其它的模块,且提高了管理效率。该系统在开发过程中,除涉及到设计手册和各种标准中五花八门的数据表和图表外,还涉及到标准件库和外购件库,且数量多,格式杂。通过利用上述技术,将它们或表示成显示插图的数据表格,或用DBASEⅢ单独建库。

5 结论

该系统历经多次修改和完善,到目前为止,已成功地应用于数十种上百台产品的电气设计中,CAD出图率达100%。实践表明,它是一套实用性强、功能完善的系统。对提高产品设计质量,缩短产品设计周期,降低成本,赢得市场起着重要的作用。

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