對(duì)幾種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較, 根據(jù)渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 開發(fā)了簡(jiǎn)便實(shí)用的渦輪分子泵參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件具有智能設(shè)計(jì)、自主設(shè)計(jì)、三維造型、動(dòng)態(tài)模擬等功能, 對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、泵性能優(yōu)化等具有實(shí)際意義。

　　渦輪分子泵是以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和定子互相配合來工作的。其定子和轉(zhuǎn)子是葉齒傾角方向相反的渦輪葉輪, 按照轉(zhuǎn)子—定子—轉(zhuǎn)子—定子—⋯⋯轉(zhuǎn)子組合在一起, 轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn), 定子固定于泵體上, 氣體分子從入口側(cè)流向出口側(cè)的正向傳輸幾率遠(yuǎn)大于出口側(cè)流向入口側(cè)的反向傳輸幾率, 這樣氣體分子的凈流量表現(xiàn)為從入口到出口的宏觀流動(dòng),從而達(dá)到抽氣的目的。

　　人們對(duì)渦輪分子泵組合葉列抽氣性能優(yōu)化、制造工藝、潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等方面已進(jìn)行了研究。如今參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)深入到了許多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中, 而對(duì)渦輪分子泵的參數(shù)化設(shè)計(jì)卻鮮有提及。我們開發(fā)了簡(jiǎn)便實(shí)用的渦輪分子泵參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件具有智能設(shè)計(jì)、自主設(shè)計(jì)、三維造型、動(dòng)態(tài)模擬等功能, 真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、泵性能優(yōu)化研究等方面具有實(shí)際意義。

1、參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

　　參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于輸入不同的參數(shù)時(shí), 程序?qū)⒛苓M(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和參數(shù)選擇, 并能繪制出相應(yīng)的圖形。參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法主要分為: ¹ 使用高級(jí)程序語言對(duì)操作系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)圖形接口函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā), 制作出繪圖軟件來, 這種方法適合于開發(fā)商用、專業(yè)的大型參數(shù)化軟件, 其運(yùn)行效率高,但開發(fā)周期長(zhǎng)、難度大, 需要具有一定的編程經(jīng)驗(yàn);º 使用現(xiàn)有的繪圖平臺(tái), 根據(jù)其提供的開放圖形庫函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā), 這種方法適合于開發(fā)零件少的中小型參數(shù)化軟件, 其運(yùn)行效率稍差, 但是其編程簡(jiǎn)單、開發(fā)周期短。

　　由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 出現(xiàn)了各種各樣的程序開發(fā)方法, 選擇適合自己并適合項(xiàng)目的方法是非常重要的, 只有適合的方法才能有效地縮短軟件開發(fā)周期和完善軟件設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)有如下幾種方法。

　　(1) 開發(fā)大型或商用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件方法使用C+ + 、C、Fo rt ran、java 等高級(jí)語言進(jìn)行圖形庫的開發(fā)( 推薦使用C + + 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言) , 圖形庫函數(shù)包括: Bo rland C+ + 提供的BGI 圖形接口, UNIX 系統(tǒng)提供的Xlib 庫接口, SGI 提供的Open GL 圖形接口( UNIX、Window s NT 、DOS 等操作系統(tǒng)都集成了Open GL) 。利用這些接口函數(shù)可以很方便地設(shè)計(jì)出二維、三維圖形。特別是使用Open GL 庫函數(shù)可以很方便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維變換。

　　(2) 二次開發(fā)方法：所謂二次開發(fā), 就是使用某種高級(jí)語言或開發(fā)環(huán)境編寫與繪圖軟件( 如AutoCAD、S olidWor ks) 連接的接口程序, 通過接口程序?qū)��?shù)據(jù)進(jìn)行處理, 按照繪圖軟件的繪圖標(biāo)準(zhǔn)向繪圖軟件的外部接口發(fā)出繪圖命令, 繪圖軟件對(duì)輸入的命令進(jìn)行處理并繪制出二維或三維圖形。其缺點(diǎn)是不能離開相應(yīng)的繪圖軟件。二次開發(fā)主要包括以下三種類型。

　　a、使用繪圖軟件提供的二次開發(fā)環(huán)境其中包括最常用的二次開發(fā)軟件Auto CAD本身提供的開發(fā)環(huán)境: VBA、Auto Lisp、Visual Lisp等 ; SolidWorks 也提供了VBA 開發(fā)環(huán)境; Pro/ E提供了C 語言的二次開發(fā)方法; UG 也有自己的program 開發(fā)方法; MDT 提供了VBA 開發(fā)環(huán)境等等。這種方式程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單, 但編程環(huán)境的功能不強(qiáng)。

　　b、使用VB 等外部編程環(huán)境對(duì)繪圖軟件進(jìn)行二次開發(fā)像AutoCAD、SolidWor ks 這些軟件的圖形庫函數(shù)對(duì)外部程序都是開放的, 外部程序可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)用, 控制其繪圖環(huán)境進(jìn)行繪圖, 這種方法開發(fā)出來的應(yīng)用程序界面友好、控件豐富、設(shè)計(jì)靈活, 并可制作安裝程序和幫助文件, 另外這種方式可以很容易與數(shù)據(jù)庫連接, 使軟件更完善更系統(tǒng), 其一般方法是在VB 的工程中引用AutoCAD、SolidWorks 的圖形庫, 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行AutoCAD、SolidWorks并能對(duì)其繪圖命令直接調(diào)用。其優(yōu)點(diǎn)是: 可充分利用編程環(huán)境所提供的各種功能。另外, AutoCAD 還提供一種運(yùn)行效率最高的二次開發(fā)方法, 即使用ObjectARX , 它是使用ObjectARX插件在VisualC+ + 中的MFC 編程, 生成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫文件, 其缺點(diǎn)是它只能編譯出一種加載程序, 而不能編譯成一個(gè)可執(zhí)行文件。

　　c、使用高級(jí)語言對(duì)圖形接口文件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用高級(jí)語言編寫DXF 等圖形交換文件, 在繪圖軟件中可以將其轉(zhuǎn)化為圖形。這種方法比較繁瑣。

　　綜上所述, 較復(fù)雜的方法是使用C + + 進(jìn)行設(shè)計(jì), 最簡(jiǎn)便、最理想的方法是使用VB 對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)。因?yàn)闇u輪分子泵零件相對(duì)較少, 尺寸不大, 我們開發(fā)的渦輪分子泵參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件選擇使用VB 對(duì)AutoCAD 的二次開發(fā)。

2、軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　在今天的機(jī)械行業(yè)中, 國(guó)際發(fā)展的趨勢(shì)是從三維模型開始, 再到二維, 然后參與制造, 這與以往的從二維開始再應(yīng)用于制造之中不同, 從三維開始可以很容易的實(shí)現(xiàn)參數(shù)化, 在生產(chǎn)過程中很容易實(shí)現(xiàn)柔性制造, 因?yàn)樵谌缃竦闹圃鞓I(yè)中, 隨著用戶要求的不斷變化, 交貨時(shí)間的限制, 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈,企業(yè)在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)柔性制造是非常重要的。進(jìn)行CIMS 改造的企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、管理都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化, 其人員和財(cái)力方面也精簡(jiǎn)不少。

　　我們研究渦輪分子泵的柔性設(shè)計(jì), 可以將數(shù)據(jù)計(jì)算和繪圖通過高級(jí)語言編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序, 只需輸入不同參數(shù)便可以運(yùn)行出不同的結(jié)果, 計(jì)算和繪圖過程自動(dòng)完成。通過修改某一參數(shù)就可直接改動(dòng)所有設(shè)計(jì), 顯而易見, 這不僅大大提高了設(shè)計(jì)效率, 而且可以直觀地觀察到設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終效果。本軟件可以通過設(shè)定渦輪分子泵的幾個(gè)主要參數(shù), 經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算最終確定泵的其它參數(shù), 然后通過程序自動(dòng)生成渦輪分子泵的三維模型, 并可生成二維圖紙, 也可進(jìn)行剖視, 動(dòng)態(tài)模擬觀察, 并為軟件制作了一個(gè)較完善的幫助文件。

3、參數(shù)選擇

　　軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是正確選擇參數(shù), 參數(shù)包括設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)。圖1 為渦輪分子泵組合葉列的抽氣模型, 其中N j J 為從j 到J 的入射分子數(shù)。渦輪分子泵的設(shè)計(jì)中涉及很多參數(shù)的設(shè)定和選擇, 其中最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)是: 主軸轉(zhuǎn)速N , 入口直徑D, 葉列的幾何參數(shù)( 包括葉齒的葉傾角A, 節(jié)弦比s0 , 速度比c, 葉齒厚度b, 葉齒長(zhǎng)度l 等) , 葉列級(jí)數(shù)n 等;主要性能參數(shù)為: 最大壓縮比K max , 抽速s 等。它們的關(guān)系如下。

圖1　組合葉列抽氣模型

5、設(shè)計(jì)效果渲染

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)后期一定會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行廣告設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì), 我們選擇AutoCAD 的另一個(gè)原因是它的圖形可以輸出為多種類型, 其中我們需要的是3ds 類型, 同時(shí), 3ds max 也可以導(dǎo)入AutoCAD 的dwg 格式的文件。眾所周知, 3ds max 是三維渲染和三維動(dòng)畫最為流行的軟件之一, 其效果逼真, 場(chǎng)景真實(shí), 是理想的渲染和動(dòng)畫制作軟件。我們將繪制的三維模型在3ds max 中進(jìn)行渲染, 輸出產(chǎn)品的立體效果圖, 可以制作產(chǎn)品推廣的動(dòng)畫廣告。對(duì)于輸出的效果圖, 使用Pho to shop 圖形處理軟件, 可以生成最后具有商業(yè)效果的廣告宣傳圖片。

6、結(jié)束語

　　本軟件的開發(fā)選擇了簡(jiǎn)便的開發(fā)方法, 這便于開發(fā)人員能夠很快掌握, 為以后進(jìn)一步的參數(shù)化軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上, 軟件的進(jìn)一步開發(fā)可包括建立與調(diào)用渦輪分子泵的零部件標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫, 加入牽引分子泵、復(fù)合分子泵的參數(shù)化設(shè)計(jì)等, 可以選擇Visual C+ + 或Borland C+ + 等設(shè)計(jì)程序, 開發(fā)運(yùn)行效率高、用戶界面好、可視化效果更好的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。

　　我們開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件不僅可以用于渦輪分子泵的設(shè)計(jì)、渦輪分子泵抽氣性能優(yōu)化研究和教學(xué)演示, 同時(shí)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件開發(fā)也有借鑒作用。