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二三维一体化CAD系统中工程图纸自动生成技术的研究和实现
摘要:本文结合具体实例对二三维一体化CAD系统中,工程图纸的自动生成技术进行了深入的探讨,给出了剖切视图和复杂视图的具体算法,并介绍了二、三维双向关联和互驱动的相关技术。

1 引言

随着CAD基础理论和应用技术的不断发展,对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到“甩图版”的目的。而是希望它能从本质上减轻大量简单烦琐的工作量,使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动中。由于三维CAD系统具有可视化好、形象直观、设计效率高、以及能为CIMS工程中各应用环节提供完整的设计、工艺、制造信息等优势,使其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。但是,由于经济实力、技术水平和习惯定势等的影响,二维图纸不仅不会在短期内全部消亡,反而还会作为工程语言的载体长期存在并不断发展。
据统计,从目前我国机械行业的CAD应用状态来看,基本呈现三角形结构。占据三角形底部的是已被广泛应用的基于PC平台的二维CAD系统,如:AutoDesk公司的AutoCAD系列,国内华正的CAXA电子图版、高华的GHCAD、凯思的PICAD等均拥有大量用户群。高居三角形顶端的是少量基于UNIX工作站的纯三维CAD系统,如:Euclid, Catia, Pro/E,SDRC/I-DEAS等高端产品。主要被一些大中型企业所采用,但因其价格、系统开放性、软件本地化特性和用户素质要求等众所周知的限制,多数企业并未使其发挥应有的作用。从企业应用的实际需求和市场分析来看,今后CAD的用户类型分布将发展为:
◆从事纯二维绘图和设计的约占25%,以适应上下游厂商对二维图形数据的需要。
◆从事纯三维设计的将小于25%,集中用于大型装配设计和复杂工程分析。
◆既从事二维绘图又从事三维设计的将大于50%,广泛用于零部件及其一般装配设计和分析。
目前国内外各大CAD供应商也都看到了这一发展态势,相继推出PC平台的二、三维一体化系统解决方案。由此可见,研究基于PC平台的二、三维一体化CAD系统软件技术将具有广阔的市场前景和现实意义。而根据三维CAD的模型数据源自动产生二维图纸信息是其中一个重要研究方向。本文对基于三维CAD模型数据源自动生成二维图纸和二、三维相互关联等相关技术进行了深入的探讨。并在国产二、三维一体化CAD系统“金银花2000”中予以实现。

2 二三维一体化系统简介

当用户使用二、三维一体化CAD系统进行机械产品的设计时,首先在三维环境下开始设计工作,在“变量化的三维特征造型系统”的支持下,三维零件的设计变得即直观又快捷。伴随着零件的设计过程,三维统一模型数据源(在SDRC的I-DEAS系统中也称之为“主模型”)也就同时生成。利用这一数据源可进行装配件设计和许多后期试制工作,如进行干涉检查、物性计算、机构分析、运动学和动力学分析、真实感显示等等。当然,该数据源也是生成二维工程图纸的唯一数据来源。三维统一模型数据源不仅包括模型的几何和拓扑信息还包括特征、尺寸、公差、属性、关系等信息。因此在生成图纸时,不仅可以自动产生各种二维视图等几何数据,同时也可根据用户需求生成各种标注和属性数据。由于采用了统一模型数据源,为维护模型数据的一致性,三维模型的更改必须保证二维视图和标注的更新,反之,对二维投影几何和尺寸的改变也必须更新三维模型,即:实现二、三维联动,这也正是二、三维一体化CAD系统的本质所在。

3 二维图纸自动生成

我们知道,一张传统的二维图纸上主要包括以下几类信息:
◆点、线、圆、样条曲线等各种几何元素
◆尺寸、公差、粗糙度、基准符号、焊接符号、零件标号和文本注解等标注信息
◆标题栏、明细表、参数表等表格数据
其实,二维图纸自动生成也主要集中在这几方面。其中几何元素是以视图方式进行创建和管理的。因此,以下主要研究视图、标注、属性三个方面的自动生成技术。

3.1 视图自动生成

3.1.1 视图分类
当前国内外PC平台二、三维一体化CAD系统中一般将视图分为如下几类:基本视图、向视图、剖切视图、截断视图、局部放大视图等。
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