本文闡述了利用Pro/E 軟件設(shè)計(jì)真空裝置管路系統(tǒng)的方法。對(duì)于簡(jiǎn)單的管路系統(tǒng)可采用普通的畫法來設(shè)計(jì)。針對(duì)比較復(fù)雜的管路系統(tǒng)，可采用Pro/E 軟件的管道模塊來設(shè)計(jì)，此方法布線方式靈活、多樣、便捷，大大提高了設(shè)計(jì)工作的效率。

　　一套真空裝置能夠正常使用，不僅要有一套真空獲得系統(tǒng)，還需要其他的輔助配套系統(tǒng)，例如冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等。真空裝置的真空獲得系統(tǒng)主要由主抽泵、前級(jí)抽氣機(jī)組以及連接它們的管路和各種閥門組成。根據(jù)使用要求和場(chǎng)地條件，前級(jí)抽氣機(jī)組和輔助配套系統(tǒng)一般會(huì)離真空裝置比較近，管路長(zhǎng)度比較短，便于安裝調(diào)試、操作使用以及后續(xù)的保養(yǎng)維修。但是對(duì)于一些有特殊使用要求，或因場(chǎng)地條件限制無法把前級(jí)機(jī)組和輔助配套系統(tǒng)就近安裝的真空裝置，其管路系統(tǒng)的布置則需要根據(jù)裝置自身的使用要求及場(chǎng)地條件來設(shè)計(jì)。

　　以往的管路設(shè)計(jì)都是使用CAD制圖，根據(jù)制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制管線示意圖和閥門管件，管路的實(shí)際施工安裝，大部分還是要現(xiàn)場(chǎng)放樣、制作，管線圖作為參考，實(shí)際尺寸與圖紙尺寸存在較大誤差，工作效率較低。自從三維設(shè)計(jì)軟件成為主流設(shè)計(jì)軟件后，我們所設(shè)計(jì)的任何零部件和裝置，包括管路系統(tǒng)，都可以用三維形式來體現(xiàn)，從而能夠更加直觀地表現(xiàn)出空間立體效果，設(shè)計(jì)效率得到大幅提高。

1、Pro/E 軟件簡(jiǎn)介

　　Pro/E 是美國(guó)PTC 公司開發(fā)的一套三維設(shè)計(jì)軟件，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro/E 是一套從設(shè)計(jì)、分析到制造的機(jī)械設(shè)計(jì)集成軟件解決方案。它的模塊眾多，主要包含：實(shí)體模型，產(chǎn)品裝配，工程圖制作，模具設(shè)計(jì)，管路設(shè)計(jì)，鈑金設(shè)計(jì)，鑄造設(shè)計(jì)，NC 數(shù)控加工，逆向工程，焊接設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真，有限元分析等模塊功能， 是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的高端CAD/CAE/CAM 軟件之一。由于它強(qiáng)大的功能、全參數(shù)化的設(shè)計(jì)，被廣泛用于機(jī)械、汽車、航天、電子家用電器和工程機(jī)械等行業(yè)中。本篇文章主要介紹在Pro/E 5.0 的軟件平臺(tái)下，利用管路模塊對(duì)真空裝置的管路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)建模。

2、管路系統(tǒng)的建模方法及特點(diǎn)

　　管路系統(tǒng)的建模方法主要有三種，分別是軌跡掃描法、管道特征法和管道模塊法。

　　2.1、軌跡掃描法

　　軌跡掃描法是利用零件的掃描特征來建模。根據(jù)要求在草繪平面上繪出管路的走向軌跡，包括轉(zhuǎn)彎的角度和半徑，然后繪制管路的截面，最后掃描成型。當(dāng)管路是空間三維走向時(shí)，則需要建前一段管路的法向平面，并指定此法向平面為草繪平面，隨后繼續(xù)繪制管路走向。若接下來管路的走向垂直于當(dāng)前的草繪平面，則需要繪制當(dāng)前平面的垂直平面作為下一段管路的草繪平面。因此，軌跡掃描法更適用于簡(jiǎn)單的二維方向管路。若用于在三維空間內(nèi)走向較為復(fù)雜的管路，則需要建立很多草繪平面，特別是在管路方向相反的情況下，還需要修改草繪平面的位置，方案修改相對(duì)繁瑣。

　　2.2、管道特征法

　　管道特征法是利用零件的高級(jí)特征———管道特征來建模。通過空間建立的點(diǎn)，把管線一段一段地連接起來，然后給出管路的外徑和壁厚，最終形成實(shí)體管路。此方法重點(diǎn)在于建立用于連接管線的特征點(diǎn)，特征點(diǎn)的建立可以選取空間內(nèi)已有的點(diǎn)，也可以根據(jù)尺寸要求新建特征點(diǎn)，若新建特征點(diǎn)則需要建立一些輔助平面和輔助軸。因此，對(duì)于一些空間走向比較復(fù)雜的管路來說，建立特征點(diǎn)的過程會(huì)相對(duì)復(fù)雜一些，所以此方法比較適用于連接特征點(diǎn)比較明確，空間走向相對(duì)簡(jiǎn)單的管路建模。管道特征法和軌跡掃描法在編輯修改上都較為繁瑣。

　　2.3、管道模塊法

　　管路模塊法是利用Pro/E 軟件的管道模塊來建模。其功能非常強(qiáng)大，主要分為規(guī)范化創(chuàng)建管路和非規(guī)范化創(chuàng)建管路。規(guī)范化創(chuàng)建管路主要適用于工業(yè)大型管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)或大型工業(yè)管網(wǎng)的建立。此方法需要前期建立主類別文件、管接頭庫(kù)文件和工程數(shù)據(jù)庫(kù)文件等數(shù)據(jù)庫(kù)文件，前期數(shù)據(jù)庫(kù)建立得越詳細(xì)對(duì)于后期的系統(tǒng)建立越方便。通過設(shè)置管路的Config 文件并結(jié)合RSD 布線系統(tǒng)的使用還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化創(chuàng)建管路。非規(guī)范化創(chuàng)建管路主要是指機(jī)械管路設(shè)計(jì)或是設(shè)備、裝置配套系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)。此方法主要是將管路系統(tǒng)作為整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的一個(gè)組件來設(shè)計(jì)。首先要建立與管路系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的部件的模型，然后建立管路中所需要的各種管接頭或管件的模型，包括閥門、彎頭、法蘭、密封圈等，常用的管接頭或管件可以建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)方便調(diào)用，第三步定義管線的規(guī)格參數(shù)，第四步繪制管線同時(shí)插入所需要的管接頭，最后生成管路實(shí)體。管路系統(tǒng)以組件的形式裝配到總系統(tǒng)中，進(jìn)行查看或編輯，根據(jù)需要查看管路信息，最終生成工程圖投入加工。此次真空裝置管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是采用非規(guī)范化創(chuàng)建管路的建模方法。

3、應(yīng)用實(shí)例

　　3.1、背景介紹

　　根據(jù)科研工作的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)加工了一套容積為45m³ 的真空裝置，配備了5 臺(tái)K-900C 的油擴(kuò)散泵作為主抽泵，工作真空度要求達(dá)到1.3×10^-3 Pa。為了裝置能夠正常使用，需要設(shè)計(jì)一套管路系統(tǒng)與之匹配。通常我們使用的真空裝置管路系統(tǒng)主要包括真空管路系統(tǒng)，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，工藝排風(fēng)系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。由于工作場(chǎng)地面積有限，同時(shí)考慮到空間布局的緊湊性和工藝使用要求，裝置需要靠一側(cè)墻壁放置，裝置后側(cè)擴(kuò)散泵出口法蘭的邊緣距墻壁只有400 mm，四大系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)組放置在另外的輔助間。我們要在裝置與輔助機(jī)組之間，設(shè)計(jì)布置各個(gè)系統(tǒng)的管路。由于空間有限，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為必須通過Pro/E 軟件進(jìn)行模擬裝配，給出精確的尺寸，方便施工人員安裝。

　　3.2、管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

圖1 管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

　　此流程最重要的部分是管路方案設(shè)計(jì)和管路參數(shù)計(jì)算，在設(shè)計(jì)過程中利用Pro/E 的參數(shù)化建模功能結(jié)合管路參數(shù)的計(jì)算結(jié)果調(diào)整修改設(shè)計(jì)方案，形成最終的方案。

　　3.3、管路建模方法

　　第一步，創(chuàng)建總裝配體，命名并保存。第二步，建立已有真空裝置和工作場(chǎng)地的模型，可將零部件很多的真空裝置進(jìn)行收縮包絡(luò)，收縮包絡(luò)是多個(gè)零件表面的集合體，用于管道零部件的安裝和定位。將它們作為默認(rèn)組件裝入總裝配體。

圖2 真空裝置布局示意圖　圖3 真空裝置局部尺寸示意圖

　　第三步，根據(jù)工藝使用要求建立管道零部件的模型，包括各種閥門、過渡接管、波紋管、法蘭、密封圈、三通等。在零件和各管道接口上創(chuàng)建坐系，坐標(biāo)系要求在管道中心線上，與外端面留有偏距，偏距用來確定管子的確切終止位置，坐標(biāo)系Z軸朝向接頭外側(cè)(管子的進(jìn)入位置)。

圖4 創(chuàng)建坐標(biāo)系的真空閥門示意圖

　　第四步，創(chuàng)建管道裝配體，四個(gè)系統(tǒng)可分別命名并保存。在管道裝配體中裝配與真空裝置連接的第一個(gè)零部件———過渡接管(五個(gè)過渡接管對(duì)應(yīng)五個(gè)油擴(kuò)散泵)。

圖5 創(chuàng)建管道裝配體示意圖

　　第五步，定義管路參數(shù)，包括管路材料、截面形狀、外徑壁厚、折彎半徑、折彎角度等，根據(jù)管路的尺寸規(guī)格可以建立管線庫(kù)，以備使用。第六步，管道布線，首先設(shè)置起點(diǎn)，然后根據(jù)方案繪制管線，通過指定坐標(biāo)系相對(duì)偏移進(jìn)行布線，可以手工拖動(dòng)或輸入具體值，此方法對(duì)于后期的方案修改十分便利。

　　第七步，在需要的位置插入三通、法蘭等管件，最后生成管路實(shí)體。將四個(gè)分系統(tǒng)裝配體裝入總裝配體中。

圖6 繪制管線示意圖　圖7 最終方案示意圖

　　四套系統(tǒng)中，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的管路較短，并且是由五節(jié)管路連接到一起的，所以此部分建模是利用管道特征法完成的。方案最終確定后再進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，出加工圖。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的管路系統(tǒng)在安裝過程中很多都是高空作業(yè)，并且空間狹小，施工人員需要完全按照?qǐng)D紙進(jìn)行零部件加工和現(xiàn)場(chǎng)裝調(diào)。

4、結(jié)論

　　利用Pro/E 軟件的管道模塊完成真空裝置管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)工作的效率，尤其在方案設(shè)計(jì)階段，編輯修改起來十分便利。Pro/E 軟件的管道模塊的特點(diǎn)：1. 方便定義管理多種管線;2.布線方法靈活、多樣、便捷;3.便于提取管路信息;4. 可建立不同種類的管件庫(kù)，便于隨時(shí)調(diào)用;5.適用于管路較為復(fù)雜的裝配設(shè)計(jì)。