Inventor机械设计实战教程管路设计.docx
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Inventor机械设计实战教程管路设计
AIP2008实战教程–14
第14章管路设计
在Inventor中的三维管路设计功能，大体上包括以下内容：
设计规则设置、在装配中添加管路
和管件、对管路设计结果进行编辑或调整、使用或者创建管件库…典型结果参见图14-1。
图14-1管路设计实例
完成管路设计后，设计数据除了用Inventor现有功能继续处理之外，还可以使用其他数据格式
输出，在另外一些专业的管路设计工程图处理系统中做最后的处理，例如处理成管路专业的工程图，
参见图14-2。
图14-2管路设计结果工程图实例
这样的结果，可以先用Inventor提供的功能将管路保存为ISOGEN的.PCF文件（描述要处理的管
路组件的文本文件），并可以传递到具有ISOGEN功能的软件中，并在其中自动创建图14-2模样的工
程图。
目前管路设计的主要的功能是：
♦创建和编辑三维管路设计装配模型文件；
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♦自定义符合专业设计标准的三维管路设计样式参数；
♦自动或手动生成弯管、硬管和带管路连接件的软管；
♦创建或编辑管线时添加管线节点；
♦修改、编辑现有的管线和管路；
♦使用管路元件库在设计中放置管路连接件；
♦自定义管路设计中使用的连接件，并添加到库中；
♦使用库，完成管件和管路；
♦将管路设计结果数据保存为ISOGEN的.PCF文件或者文本格式的弯曲表；
♦在浏览器中操控管路设计结果。
对于管路设计功能，Inventor安装盘中带有比较详细的教程，而帮助系统中也带有详细的解释
（参见图14-3）。
因此本章将仅从中国标准相关的管路设计应用技术上展开讨论，多数解释性的讨
论将不会展开，请读者结合Inventor自带的教程和帮助系统，全面了解管路设计。
图14-3三维布管在线支持
1.管路设计
1.1管路设计环境
开始标准的装配模型,在装配模型确实已经被保存的前提下，在“部件面板”工具面板中单击“创
建管路…”工具按钮后（参见图14-4左），弹出图14-15所示的对话框，要求用户指定三维布管管
路和新建管路的文件名和存放位置，默认被保存在当前项目的工作空间中，确认后，设计环境切换
到三维布管环境。
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图14-4创建管线流程
设置三维布管的样式，然后单击“三维布管”工具面板的“新建管线”工具（参见图14-4中），
如果选用的是软管样式，弹出“创建软管”对话框，要求用户输入软管部件的文件名和位置（参见
图14-6上）；如果选用的是硬管样式，弹出“创建管线”对话框，要求用户输入管线的文件名和位
置（参见图14-6下），确认后就可以进入管线环境。
图14-5指定管路名和位置图14-6指定管线名和位置
单击“管线”工具面板的“管线”工具就可以进行管线设计了（参见图14-4右），用户也可以
在“管线”环境中设置管线样式。
1.2三维布管浏览器
三维布管管路的浏览器参见图14-7，添加到装配中的所
有三维布管零部件均包含在主管路子装配中。
这些零部件包括单条管路及其关联的管线、配件、管段和
布线点。
其中每条管路都包含一个“原始坐标系”文件夹、一
条或多条管线、填充或手动插入的所有管段或配件。
管线中包
含指定的布线点。
管路设计结果的管路和管件会按创建的先后顺序添加到
浏览器中。
1.3指定全局设置
在顶级装配处于激活状态时，在浏览器中的“三维布管管
路”上单击鼠标右键，选择“三维布管设置”，弹出“三维布
管设置”对话框，参见图14-8。
图14-7三维布管浏览器
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♦默认状态下，编辑顶级装配中的普通零件或位置表达，三维布管自动更新。
为节省内存，
可以勾选“所有三维布管延时更新”，以后所有三维布管延时更新，同时将禁用三维布管
特有的大多数命令。
图14-8全局设置
♦三维布管工程图时，可以指定是继续使用R9BOM表（默认）还是
移植R9或更早版本的
使用当前的BOM表。
在当前BOM中，导管零件的原材料说明存储在新的库存编号特性中。
在R9BOM表中，导管零件的原材料说明存储在零件代号特性中。
♦件名（例如
导管零件保存时默认使用带有基于时间随机生成的13位数字后缀的文
pipipe.1183597497609.ipt）。
启用“提示输入导管文件名”选项后，可以自定义导管文
件命名。
1.4三维管路设计体验
参见图14-9，这是个很简单的例子。
已有了两个接头，各自有三个准备焊接上管子的圆柱头部；
两个接头的位置已经被装配约束确定。
要求设计出连接管子，连接关系如图所示。
图14-9简单实例
在传统设计中，这也不是个很轻松的设计，但是有了Inventor的支持，可能会相当轻松地完成
这个设计任务，而且在日后的设计调整了接头位置后管子跟随改变，管子零件模型和工程图、管路
装配图和设计数据统计等等这一系列传统设计中相当麻烦的事情，也能轻松地完成。
下面将以这个
简单的例子为线索，介绍管路设计的功能。
♦打开原始装配
打开“14-01.IAM”。
♦启用管路设计功能
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在“部件面板”中点击“创建管路…”，之后弹出图14-10的界面；在其中输入三维布管管路和
管路文件的名称和存放位置后“确定”。
图14-10管子文件位置设置图14-11三维布管设计环境
♦设置管路设计规范
进入三维布管设计环境，工具面板和浏览器会将切换成如图14-11的样子。
三维布管面板中有
“三维布管样式”、“新建管线”、“填充管线”等功能。
设置管路设计规范，要在工具面板中点击“三维布管样式”功能，在其中选择“带折弯的管
件”，这就是我们习惯上的“硬管弯曲”的设计规范；选择一种样式，右键“激活”，然后再选择右
键菜单的“编辑”，更改“规则”选项卡中的“折弯半径”，将“默认半径”大小设置成40mm，“确
定”。
界面参见图14-12。
图14-12三维布管样式界面
♦创建管线
按照Inventor的规则，管路设计的第一步是创建管路的中心
路径“管线”。
5图14-13管线工具面板
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在“三维布管”工具面板中启用“新建管线”功能，在弹出的对话框中输入管线的文件名和位
置，确认，工具面板将切换成图14-13的样子，有“三维布管样式”、“管线”、“导出布线”、
“移动管段”和“固定工作点”等功能。
点击工具面板的“管线”工具，之后选定接头和管线结构方案，完成自动布线设计。
整个过程参见\14\01.AVI。
♦调整管线位置关系
显然，这个结果是不合适的，因为各个管线有重叠的部分，需要调整管线的位置。
有两种方法：
大致移动自动管段：
使用“管线”工具面板上的“移动管段”工具（参见图14-14），可以大致移动自动区域中的
管段。
如果有其他方案，则会显示“选择其他”工具，可以从中选择所需的方案。
精确移动自动管段：
选定要调整的线，在右键菜单中选择“编辑位置”（参见图14-15），然后用光标指定编辑方向，
输入距离后确认。
图14-14管线工具面板图14-15管线工具面板
整个过程调整参见\14\02.AVI。
♦管线实体化
管线确定之后，可以在右键菜单中选择“完成编辑”，回到管路装配
状态下。
在“三维布管”工具面板中启用“填充管线”（参见图14-16）。
之后Inventor将按照样式中指定的规则，自动创建相关的管子和接
头等实体模型。
结果模型参见14-01a.IAM。
图14-16填充管线
2.管线基础知识
管路是具有相同或不同样式的多条管线的一种集合，多条管线组合在一起形成一个完整的流向
系统。
管线是一种路径，用于确定装配中流向系统的形状，确定管路的库组件沿该路径的智能布置。
有了管线后，就可以基于三维布管样式和定义的通过装配的管线路径，使用资源中心库标准件填充
管线。
2.1刚性管线
刚性管线分为两种：
硬管和弯管。
刚性管线样式（“带配件的硬管”和“带折弯的管件”）可以设置导管零件和弯头。
管线可以包含管段、管接头、45度和90度的弯头、垫圈、坡口焊的间隙以及自定义折弯。
管
接头用于连接直管管段，弯头用于连接每个转向处。
如果激活了对焊样式并设置为显示间隙，则将
为坡口焊（而不是配件）显示直管管段和方向更改点之间的间隙。
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刚性管线可以是一系列的自动布线区域和参数化布线区域。
自动布线区域的创建用在几何约束
不重要的位置，可以将自动布线区域转换为一系列连续的草图管段；使用“三维正交布线”工具创
建参数化布线区域是为了将管线约束到现有几何图元或尺寸。
2.1-1自动布线
在定义管线时，选择几何图元后，Inventor基于选定点计算多种自动布线方案，并显示“选择
其他”工具，同时显示每种布线方案的管线长度和管段数，参见图14-17。
单击绿色箭头循环显示
可用的方案，切换到合适的方案后单击中间的绿色按钮，完成自动布线。
图14-17不同的自动布线方案图14-18修改布线方案
如果以后的编辑中要切换为其他的自动布线方案，需要先激活管线环境，在浏览器的“自动布
线”节点上单击鼠标右键，选择“备用管线方案”，可以根据需要使用“选择其他”工具切换自动
区域方案。
参见图14-18和模型14-02.IAM。
2.1-2参数化布线
借助“三维正交布线”工具，可以使用几何约束、尺寸、自定义折弯、点捕捉和旋转捕捉来手
动定义草图布线点。
如果现有几何图元（例如顶点、线性几何图元、平面和定位特征，包括工作点、工作轴和工作
平面）可以有助于在管线系统中进行布线，则可以应用相应的几何约束和尺寸约束来定义设计。
还
可以从草图布线点绘制构造线，然后使用“常规尺寸”工具准确定位共面管段。
2.2柔性软管管线
柔性软管管线最多可以包含三个部分：
起始配件、软管管段和结束配件。
参见模型14-03.IAM。
一个柔性软管的起始配件和结束配件均必须具有两个接头点。
柔性软管管线也可以仅由抑制两
种配件的软管组成；或者由抑制其中一个配件的软管组成。
在创建软管管线时可以在该管线中插入中间布线点，更好的控制软管形状。
可以在标准部件几何图形之间创建柔性软管管线，也可以从放入现有管线的配件中开始创建柔
性软管管线，以创建分支。
2.3布线点
管线通过选择至少两个布线点来创建。
可以手动定义布线点，在刚性管线中，还可以在自动布
线中自动生成布线点。
管线通常起始于：
♦圆形几何图元，例如面、孔和圆柱切口
♦位于装配中的工作点
♦任何零部件上的顶点
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♦激活管线中的现有自由终端布线点
♦现有配件
选择圆形几何图形或工作点时，管线仍然保持与这些点的关联性。
如果模型几何图形发生改变，
则管线也将自动更新。
“管线”工具面板和快捷菜单上提供了用于布线点的各种编辑工具，具体取决于特定的管线创
建机制和管线类型。
例如，如果编辑的是刚性管线，则可以对草图布线点应用“约束”工具、“通用
尺寸”工具和节点右键菜单的“三维移动/旋转”工具。
但是，对于自动布线，只能在合适的位置应
用“移动节点”工具、“移动管段”工具和管段右键菜单的“编辑位置”工具。
2.3-1刚性布线点
除了自由终端布线点，刚性管线中的每个布线点通常与配件关联。
采用对焊样式的刚性管线是
一个例外。
在这种情况下，可在管线零部件之间显示间隙。
有效的点选择由样式、接头数据和要执
行的操作控制。
为了更好地控制管线的方向，可以使用三维草图管线工具手动定义任意数量的中间布线点。
有
一些相应的工具，可以用来对自动布线区域和参数化布线区域中的布线点进行编辑。
系统生成的自动布线点始终随着在编辑过程中对管线所做的更改而自动更新。
参数化布线区域
中的草图布线点没有被完全约束，也可以动态更新。
2.3-2软管布线点
在软管管线中，中间布线点用于控制样条曲线的形状。
为了更好地控制管线的方向和形状，可以在指定的起始配件与结束配件或者起点与终点之间选
择任意数量的点。
有效的中间布线点包括：
♦任何圆形零部件（例如圆弧、孔和柱形剪裁）上的中心点；
♦显示的零件或装配工作点；
♦任何部件零部件上的顶点；
♦偏离表面的点；
♦“三维正交管线”工具中的直线延长器显示的点。
通过选择偏离表面的任意点或使用“三维正交管线”工具创建的管段工作点不会随模型几何图
元中的更改而更新。
基于中心点、工作点和顶点的管段工作点将在模型改变时更新。
要重定位软管布线点，可以放置几何约束或使用“重定义”工具调整现有几何图元的偏移距离。
编辑软管长度不影响相邻软管布线点的位置。
2.4“三维正交布线”工具
在刚性类型的管线中创建管线点，或者为不含起始配件或结束配件的柔性软管管线放置节点时，
将激活“三维正交布线”工具。
将光标移动到“三维正交布线”工具的方向轴上时，有效点（构成所允许长度的连接的点）显
示为绿色的点；无效点即不在样式标准所设置的范围内的点显示为黄色的“X”；满足最小长度要求，
但不足以匹配其他配件或折弯的选择显示为蓝色的点。
可以根据需要使用键盘上的加号键（+）或减号键（-）改变“三维正交布线”工具的尺寸。
单击标准工具栏的“格式>激活的标准…”，选择“文档设置”对话框的“造型”选项卡，可以
在“三维捕捉间距”项目中设置旋转角度增量。
2.4-1用于创建硬管的工具元素
硬管样式处于激活状态时，所有元素均将显示在“三维正交布线”工具中，可以执行以下操作：
♦围绕本地轴自由旋转；
♦以90°或45°为增量改变方向；
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♦从参照的几何图形创建点；
♦选择自选定边偏移的点。
首次出现“三维正交布线”工具时，仅显示直线延长器。
使用直线延长器，可以选择自选定点
偏移的点。
沿该线选择点后，“三维正交布线”工具的其他元素就会显示在选定点处。
“三维正交布线”工具中针对带有配件的硬管所提供的元素（参见图14-19）包括：
方向轴
旋转箭头
45度角度控制器
图14-19硬管三维正交布线元素
♦方向轴：
显示下一个布线点的有效方向。
单击线，可以在该方向添加一个节点。
与“点捕
捉”工具共同使用，可以捕捉参照几何图元和方向轴的交点。
♦旋转箭头：
显示下一个布线点的旋转可能性，可以自由旋转。
与“旋转捕捉”工具共同使
用，可以将方向轴旋转到参照几何图形的某个方向。
♦45度角度控制器：
以45度为增量改变方向。
仅当激活样式中设置了45度布管方向时此选
项才可用。
如果改变了一次方向，单击选定轴上显示的单个箭头，可以返回到原来的角度
位置（参见图14-20）。
图14-2045度角控制器
2.4-2用于创建弯管的工具元素
当“带折弯的管件”样式类型处于激活状态
时，将显示方向轴和旋转箭头以及创建折弯管路
的特定元素（旋转控制柄和半径箭头），参见图
14-21。
旋转控制柄
除了能够围绕本地轴自由旋转、从参照的几
何图元创建点以及选择自选定边偏移的点外，还
半径箭头可以：
♦使用旋转控制柄创建任意角度的折弯；
♦使用半径箭头更改折弯半径。
图14-21带折弯管件三维正交布线元素
2.4-3用于创建软管的工具元素
对于没有起始配件或结束配件的柔性软管管线，其“三维正交布线”工具的元素与为弯头类型
的管线提供的工具元素类似。
参见图14-22。
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差别在于：
中间所做的每个选择都将创建用于控制软管管段形状的管线点，而不是创建一个精
确的圆弧，所有也就没有控制折弯半径的半径箭头，也可以选择从选定表面偏移的点。
图14-22软管三维正交布线元素
2.4-4使用“捕捉”定义点
当激活“三维正交布线”工具并选中了右键菜单中的“点捕捉”和“旋转捕捉”（参见图4-23），
可以通过捕捉模型上的点、边或面来定义方向轴的方向和布线点。
使用“旋转捕捉”来改变方向轴的方向时，先拖动旋转箭头，同时将光标停留在要捕捉的边或
点上，将在亮显的边或点和方向轴之间显示虚线，参见图14-24左。
使用“点捕捉”定义点时，将光标停留在边或面上时，在亮显的几何图元和方向轴的之间出现
虚线，并在它们的交点处显示预览点，单击选定的几何图形，点即被创建，参见图14-24右。
结果参见模型14-04.IAM。
图14-23右键菜单图14-24旋转捕捉和点捕捉实例
2.4-5输入精确值
可以输入角度和距离的精确值。
输入的值是从激
活位置到当前节点的距离或角度。
如果在“三维正交布线”工具的方向轴上捕捉点，
则输入的值为从该捕捉点到要添加的所需节点的距
离。
输入的值必须符合管段长度的设置规则，否则系
统将提示重新输入值,参见图14-25。
10图14-25管材长度提示
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要输入精确值，请在光标悬停在“三维正交布线”工具的方向轴或旋转箭头上时，开始键入值。
也可以通过单击鼠标右键并选择“输入距离/角度”来输入值。
对于带折弯的管件样式，也可以输入精确的折弯半径。
新半径仅影响下一个折弯。
以后所有的
折弯都将使用“三维布管样式”对话框中所设置的默认半径。
3.管线工具
若要开始创建管线，必须激活单条管路单击“三维布管”工具面板的“新建管线”工具，然后
进入管线环境，参见图14-26。
图14-26新建管线
除了“三维正交布线”工具外，还有各种草图管线工具，可以协助进行管线设计。
可以通过连
接两个或多个点、引导管线穿过圆口并绕过路径中的现有几何图形来创建管线。
3.1基本工具
在管线模式下，使用“管线”工具添加新管线或继续编辑现有管线。
在确定管线的设计时，用户可以：
♦确定是需要手动定义管线方向还是系统自动计算方案；
♦标识用作起点和终点的圆形几何图形（或工作点）；
♦分析管线为穿过或环绕现有几何图形所需的转向处；
♦创建内嵌的定位特征（例如工作平面相交处的工作点）来引导管线路径；
♦为草图管段放置约束或尺寸；
♦将自动布线区域转换为参数化布线区域，以便可以进行更多的编辑。
可以尽可能地按所需结果定义管线，然后再进行调整，也可以使用所需的精确距离和尺寸进行
创建。
为了加快创建速度并打算进行动态编辑和更新，只要几何约束不重要，就允许系统自动创建
布线点。
如果管线一定要通过特定方向并约束到现有几何图元，则手动定义布线点。
3.2折弯工具
弯管和柔性软管样式允许用户创建符合最小折弯半径的弯曲管线。
通常使用以下工具在带配件的硬管管线中手动创建折弯：
♦“三维正交布线”工具处于激活状态时，选择右键菜单的“自定义弯曲”工具，“三维正
交布线”工具上出现“旋转控制柄”和“半径箭头”元素，创建管材管线时适用，参见图
图14-27自定义弯曲
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14-27；
♦“管线”工具面板上的“过渡”工具（参见图14-28），在完成的管线中编辑参数化布线
区域时适用。
在管材管线中，当尚未手动定义折弯的位置需要折弯时，将使用管材额定直径两倍的默认折弯
半径。
例如参见模型14-05.IAM和图14-29，应用“与边平行”工具，使管线a平行于线性边b时，
且资源中心的定向配件（例如45度或90度弯头）不适用，在创建管线a时就用到折弯工具，折
弯半径25.4mm（管径12.7mm）。
线性边b管线a
图14-28过渡工具图14-29带配件的硬管折弯实例
在操作中如果错误删除了现有折弯，则使用“过渡”工具在原来的位置创建新的折弯。
3.3尺寸工具
在刚性管线中，与管线草图相关的尺寸类型通常有三种：
♦线性尺寸，例如管段的长度
♦半径尺寸，例如管材管线中自定义折弯和管件管线中常规折弯的折弯半径
♦角度尺寸，例如旋转角度
尺寸只应用于管线草图的参数化布线中。
自动布线区域始终随着部件的更改而动态更新，因此
管段的数量通常与新方案不同。
在应用“转换为草图”命令之前（参见图14-30），自动区域不会涉
及尺寸。
图14-30转换为草图图14-31右键菜单图14-32通用尺寸工具
激活“三维正交布线”工具，通过右键菜单中的“自动标注尺寸”工具（参见图14-31），可以
选择是否为后续的管线草图自动标注尺寸。
若要手动放置和编辑尺寸，单击“管线”工具面板上的
“通用尺寸”工具（参见图14-32），或在位双击现有尺寸。
注意“通用尺寸”工具不能创建折弯尺寸。
用户使用“过渡”工具在两个共面管段之间创建折
弯后，可以使用“通用尺寸”工具编辑折弯半径。
3.4平行和垂直工具
在创建草图管段过程中，将光标移动到“三维正交布线”工具的方向轴上，选择右键菜单的“与
边平行”或“垂直于表面”（参见图14-33），可以重新定位“三维正交布线”工具的方向轴，使
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其与装配中零件的边平行或与面垂直。
在此轴上
定义下一个布线点时，将对创建的管段添加平行
或垂直约束。
3.5其他工具
Inventor三维布管还提供了以下工具，来手
动定义管线草图：
♦“约束”工具
在管线草图上可以放置几何约束，以约束布
线点和管段。
可用的三维草图约束包括“垂直”、
“平行”、“相切”、“重合”、“共线”和“固
定”（参见图14-34），以达到在适当的方向创建
图14-33方向轴右键菜单
三维布管系统，连接布线点以及在不允许动态更
新的地方固定布线点。
♦“包含几何图元”工具
在管路部件中，如果现有的几何图元（例如顶点、线性几何图元、平面以及工作点、工作轴和
工作平面等定位特征）有助于在布线系统中定位，使用“包括几何图元”工具（参见图14-35）将
它们包括进来，并应用相应的几何约束和尺寸约束来帮助设计。
参考几何图元与源几何图元相关联。
图14-34约束工具图14-35包含几何图元图14-36布线点右键菜单
♦“绘制构造线”工具
使用布线点右键菜单的“绘制构造线”（参见图14-36），从草图布线点创建任意数量的构造
线，并放置尺寸，通常是构造线和相邻管段之间的夹角。
4.管路设计的相关功能
4.1三维布管样式的相关技术
三维布管样式影响管线设计的许多方面，包括从管线创建和编辑到管线填充。
它们用于确保三
维布管零部件应用的一致性。
例如，管材管路中的导管零件及配件通常对尺寸、布管方向及材料有
一定的要求。
使用三维布管样式，可以在一次操作中设置这些要求，然后将它们应用到设计中。
定义样式就是从资源中心库中指定构成管路的导管零件和配件，并制定布管期间要遵循的规则。
用户可以使用Inventor提供的三维布管样式，也可以根据其中一种样式或根据已发布的导管零
件和配件来创建自己的样式。
注意用户定义的
升级会员 