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Creo2中参数化钢结构在工程中的应用


1 前言
Creo 2.0是美国 PTC 公司于2012年3月推出的一款参数化设计软件,其前身为 Pro/E。 PTC 公司卓越的参数化设计技术,改变了传统的 CAD 领域的设计观念,从诞生之日起,就引 领着 CAD 设计技术的时代潮流,并成为了该领域的标准。Creo 系列软件的颁布,再次引起 CAD 领域的技术变革, 解决了在可用性、 互操作性、 技术锁定和装配管理方

面困扰已久的 CAD 应用难题。 Creo 2.0中的钢结构设计模块 AFX 操作简单,型材库丰富,绝对称得上是钢结构设计的 好助手。 但是钢结构框架设计也面临和存在着问题, 比如钢结构模块中型钢截面梁的截面尺 寸(也就是型钢的型号)不能针对客户的需求智能化的自动改变,而工程设计中,很多时候, 钢结构框架的型钢型号是需要改变的。 针对钢结构参数化方面的探索, 已有相关学者做了不 少的工作,李鑫在文献[1]中利用 Acess 数据库和 VB.NET 语言在 Solidworks 的开发平台上 开发了起重机钢结构的参数化设计系统;徐格宁,高要臣在文献[2]中利用 Visual C++ 6.0 语言在 AutoCAD 的平台上二次开发出了立体车库钢结构参数化的三维模型;江渡、单泉、兰 丽华在文献[3]中利用二次开发工具 Pro/TOOLKIT 在 Pro/E 的平台上开发了铁道客车钢结构 的三维参数化模型, 上述文献都是借助于其他的二次开发工具达到了钢结构的参数化设计目 的, 但是参数化的对象基本都是针对钢结构的结构尺寸而言。 针对钢结构截面梁的截面尺寸 进行参数化,也就是型钢型号可选的参数化钢结构,无论基于 Creo 以前的版本还是现在的 Creo 2.0,利用软件本身的参数化功能,通过编程来改变钢结构中型钢截面梁的截面尺寸, 以达到截面梁的截面尺寸智能化改变的目的,尚未见相关文献报道。 本文的目的, 旨在针对钢结构工程设计中型钢型号需要改变的问题, 阐述一种参数化钢 结构截面梁截面尺寸即通过改变型钢型号以改变型钢截面尺寸的思路和方法, 为了阐述该思 路和方法的实现过程,本文以所述钢结构框架的底框为例,来具体说明。

2 钢结构框架底框分析
参数化功能的实现是建立在对产品结构详尽分析的基础上的。 参数化设计的核心概念是 参数, 而参数在模型中主要是通过“尺寸”的形式来体现的。 参数的意义可以确定系列化的 产品。 参数化的目的是通过修改参数即可生产不同尺寸的产品, 而关系作为参数化设计的另 一重要因素,是确保达到这种目的一种手段。因此对产品结构的分析目的,要达到两点:第 一,提取产品的关键参数;第二,提取确保满足系列化尺寸基本形状变化的关系式。基于以 上分析,针对钢结构框架的底框(如图1所示),对其参数化的要求如下:① 底框的长度(边 横撑)能够改变;②底框的宽度(边顺撑)能够改变;③中顺撑列数可以改变,中顺撑在底框 长度方向上要均匀排列,分三种情况:Ⅰ当中顺撑列数不变底框长度改变时,中顺撑排列要 自动随着改变并均匀排列; Ⅱ当底框长度不变中顺撑列数改变时, 中顺撑排列要自动随着改 变并均匀排列; Ⅲ当底框长度和中顺撑列数都改变时, 中顺撑排列要自动随着改变并均匀排 列;④边横撑、中横撑和边顺撑是同一种型号的槽钢,且槽钢型号可变,即截面梁的截面尺 寸可以改变;⑤中顺撑采用的槽钢型号可以改变;⑥中横撑在底框宽度方向的中心位置;⑦ 边横撑、中横撑、边顺撑和中顺撑槽钢型号可以不一致,且注意边横撑、中横撑、边顺撑的 槽钢型号要大于等于中顺撑。

图1 钢结构框架的底框 综合以上对钢结构框架底框的参数化要求的分析,提取参数如表1所示。 表1 参数

DK_L/(ZSC_N+1) (1) 中顺撑的阵列间距为: DK_L/(ZSC_N+1) (2) 经过以上分析,要在 Creo 2.0的软件平台上,利用其 AFX 钢结构模块,先建立所述底 框的基础模型, 然后通过参数化功能, 实现只要修改表1中的5个参数中的一个或者几个就能 改变模型的目的。

3 钢结构的参数化过程
图1所示,为所述底框的三维模型,下面分析在 Creo 2.0建立其满足其参数化要求的三 维参数化模型的过程: (1)创建文件存放文件夹。在 D:\works 下新建一文件夹,并命名为 dk_afx; (2) 选 择 工 作 目 录 。 启 动 Creo 2.0 , 单 击 功 能 区 中 的 “ 选 择 工 作 目 录 ” , 选 择 D:\works\dk_afx 为工作目录; (3)创建装配文件。单击“快速访问”工具栏中的“新建”,在弹出的“新建”对话框 中,选取“装配”类型,选择“设计”子类型,命名为 dk,如图2所示,单击“新建”对话

框中的“确定”按钮,系统进入装配环境,如图3所示;

图2 “新建”对话框

图3 装配环境 (4)创建记事本。 单击“快速访问”工具栏中的“新建”, 在弹出的“新建”对话框中, 选取“记事本”类型,命名为 dklay,单击“新建”对话框中的“确定”按钮,新建一记事 本文件,并保存; (5)在记事本中创建参数以及参数化列表。 在记事本窗口中,单击“工具”功能区“模型 意图”面板上的“参数”,在弹出的“参数”对话框中建立表1中的参数,单击“表”功能 区“表”面板上的“表”,插入一个7行5列的表,并填写和修改该表的样式如图4所示;

图4 参数及记事本列表 (6)记事本声明到装配中。 单击“文件|管理文件|声明”菜单选项, 弹出“菜单管理器” 对话框,单击“声明”下列列表,选择“声明记事本”,单击“记事本”下拉列表中的 “DKLAY”,把记事本声明到装配中如图5所示;

图5 声明记事本 (7)在 DK.ASM 中创建四个基准平面,ADTM1、ADTM2、ADTM3、ADTM4。其中 ADTM1、ADTM2

由 ASM_RIGHT 基准面偏移得到,ADTM3、ADTM4由 ASM_FRONT 基准面偏移得到,偏移距离有程 序控制。 ADTM1为例, 以 说明其创建过程, 单击“模型”功能区“基准”面板上的“平面”, 弹出“基准平面对话框”, 在左侧的模型树列表中,单击“ASM_RIGHT”,选择“偏移”, 在平移后的对话框中填写“500” 如图6所示,单击确定,ADTM1创建完毕。单击“工具”功 能区“模型意图”面板上的“d=关系”, 弹出“关系”对话框, 鼠标放到左侧的模型树列表 中,单击“ADTM1”,显示 ADTM1的偏移距离代号,在“关系”对话框中编写关系,以控制 ADTM1的偏移距离。其它三个平面创建方法一样,最终的关系编写如图7所示;

图6 “基准平面”对话框

图7 基准平面的定位关系

(8)在装配中创建底框骨架。 单击“模型”功能区“基准”面板上的“草绘”, 弹出“草 绘”对话框,选择 ASM_TOP 为草绘平面,ASM_RIGHT 为草绘方向的参考面,参考方向向右, 单击“草绘”对话框中的“草绘”按钮, 进入草绘环境, 单击“草绘”功能区“设置”面板 上的“参考”,弹出“参考”对话框,选择 ADTM1、ADTM2、ADTM3、ADTM4,单击“关闭”。 绘如图8所示的底框骨架,编辑中顺撑骨架线的定位 sd0=DK_L/(ZSC_N+1)(图 8中 500的尺 寸值),关闭草绘;

图8 底框骨架的草绘 (9)创建钢结构的新项目。单击“框架”功能区“项目”面板上的“创建新项目”,在 “输入项目快捷方式”提示下,输入“11”,单击确定; (10)创建边顺撑1截面梁(BSC1.PRT)。单击“框架”功能区“构造”面板上的“截面梁”, 弹出“截面梁”对话框,从“选择截面梁”选项中,单击“从库中选取截面梁”,弹出“从 库中选取”对话框,单击对话框左侧的“钢梁(毫米)”文件夹,单击右侧的截面梁库中的 “槽形梁”,弹出“元素定义”对话框,从“类型”中选择“Chinese Channel”,然后从 右侧“尺寸”中选择 “10Q#”,单击“确定”,弹出“选择”对话框,选择“ASM_RIGHT” 基准面为截面梁的装配方向平面,选择图8中左侧的草绘线为装配曲线,单击“选择”对话 框的“确定”按钮, 然后利用截面梁的移动功能对截面梁进行移动或旋转, 使截面梁装配到 满意的位置,边顺撑1截面梁创建完毕; (11)BSC1.PRT 的截面尺寸的参数化控制。首先要找到在钢结构的截面梁中,控制截面 梁截面尺寸的尺寸代号,然后对其进行程序控制即可。在 DK.ASM 的模型树列表中,右键单 击 BSC1.PRT,在弹出的快捷菜单中单击“打开”,零件 BSC1.PRT 被打开,鼠标右键单击左 侧模型树列表中的“伸出项”, 在弹出的快捷菜单中单击“编辑”, 这时可以看到截面梁的 截面以及尺寸代号如图9所示, 可知控制截面梁尺寸变化的有7个代号, 分别为 B、 C、 T、 Angle、 S、R1、H,而针对本文所述框架需要的型钢,这7个代号分别取值如表2所示。 表2 各型钢截面尺寸

图9 截面梁的截面及其尺寸代号 因此通过程序控制这7个代号的值就可以轻易的实现截面梁型号的改变。把记事本声明 到该零件中。 单击“模型”功能区“模型意图”面板下拉按钮中的“声明”, 弹出“菜单管 理器”对话框, 单击“声明”下拉列表中的“声明记事本”, 单击“记事本”下拉列表中的 “DKLAY”,即把记事本声明到 BSC1.PRT 中。编辑程序。单击“工具”功能区“模型意图” 面板上的“d=关系”,弹出“关系”对话框,根据表1和表2编写程序如图10所示;

图10 BSC1.PRT 截面尺寸的控制程序 (12)BSC1.PRT 装配定位的参数化控制。当型钢截面梁的截面尺寸改变时,原始的装配 位置也要做相应的调整。首先要找到装配定位尺寸,然后对起参数化控制。单击“框架”功 能区“构造”面板上的“截面梁”, 弹出“截面梁”对话框, 单击“移动”选项, 单击将“将 截面梁移动到特定的尺寸”,弹出“选择”对话框,根据消息提示选择截面梁,单击 BSC1.PRT,显示出装配位置尺寸代号 X_OFF,Y_OFF,Z_OFF 如图11所示。经过分析可得到本 装配的定位方式中,各代号取值如表3所示,值得说明的是,截面梁跟骨架线的装配定位方 式不一样,这三个代号的取值就可能不同,具体应用时需要注意,具体情况具体分析。下面 就根据表3的分析结果, 表3 截面梁装配定位尺寸

图11 截面梁装配定位尺寸代号的查询 对 BSC1.PRT 的定北京佳尚财税 http://101.1.28.35/位编程。在 DK.ASM 中,单击“工具” 功能区“模型意图”面板上的“d=关系”, 弹出“关系”对话框, 根据表1和表3编写程序如 图12所示;

图12 截面梁装配定位的关系 (13)同理(10)、(11)、(12)创建边顺撑2(BSC2.PRT)、边横撑1(BHC1.PRT)、边横撑 2(BHC2.PRT)、中横撑(ZHC.PRT)、中顺撑1(ZSC1.PRT)、中顺撑2(ZSC2.PRT);

(14)创建中顺撑1(ZSC1.PRT)的阵列。鼠标右键单击 DK.ASM 模型树中的 ZSC1.PRT,在 弹出的右键快捷菜单中单击“阵列”, 弹出阵列操控板, 选择阵列方式为“使用方向定义阵 列成员”,选择第一方向参考:ASM_RIGHT 基准面,先输入第一方向的成员个数:5,输入 第一方向的成员阵列间距: 500, 单击后面的绿色对号如图13所示, 阵列创建完成。 DK.ASM 在 模型树中右键单击刚才创建的阵列, 在弹出的快捷菜单中单击“编辑”, 模型上显示“dXX” 为阵列间距,“PXX”为阵列个数,在 DK.ASM 的关系对话框中添加关系,使得阵列间距为 DK_L/(ZSC_N+1),阵列个数为 ZSC_N,添加关系的操作方式可参考(11),此不在赘述;

图13 中顺撑1的阵列 (15)同理成都安维财税 http://101.1.28.49/(14)创建顺撑2(ZSC2.PRT)的阵列; (16)出工程图,模型保存,钢结构框架底框的三维参数化模型创建完毕。 此时,只要更改记事本中参数的值,然后更新模型,就可以非常方便的得到新的模型。 工程图也可以跟着模型更新,图14为更新前的参数和模型,图15为更新后的参数和模型。

图14 参数更新前的值和模型

图15 参数更新后的值和模型

4 结论
本文主要做了以下几方面的工作: (1)提出了钢结构底框结构分析的目的; (2)提出了参数化设计钢结构底框的要求; (3)提取了钢结构底框的关键参数和主要关系式; (4)利用 Creo 2.0中的钢结构模块建立了钢结构底框的基础三维模型; (5)利用 Creo 2.0的参数化功能,实现了钢结构底框截面梁截面尺寸以及其装配定位的 自动化控制; (6)建立了钢结构底框的三维参数化模型。 综上所述,利用参数化功能,智能化控制截面梁截面尺寸以及装配定位是可行的,将这 种思路应用于钢结构的工程实践中, 大幅度提高了工作效率。 本文提供的参数化控制截面梁 截面尺寸以及装配定位的思路和方法, 同样适用于其它形式的型钢, 因此可以将这种思路和 方法扩展到角钢、工字型钢、T 型钢等钢结构的需要改变型钢型号的设计场合,拓展了 Creo 2.0中钢结构的智能化应用的思路,将进一步推动 Creo 2.0的钢结构的智能化应用。

参考文献
[1]李鑫。桥式起重机钢结构参数化设计系统研究与开发[D].大连理工大学,2009. [2]徐格宁,高要臣。立体车库钢结构参数化设计分析与绘图方法[J].中国工程机械学 报,2007,1(5):5-9. [3]江渡,单泉,兰丽华。基于二次开发的铁道客车钢结构三维参数化 CAD 系统[J].机 械设计与制造工程,2002,5(31):58-62.


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