基于VC和Pro/Toolkit凸輪實體模型的參數(shù)化二次開發(fā)

劉文生，包宗明

LIU Wen-sheng, BAO Zong-ming

（武漢工業(yè)學(xué)院 ，機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430023）

0 引言

由于凸輪機(jī)構(gòu)可以將凸輪輪廓的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹膹?fù)雜運(yùn)動，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、剛性好、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩等特點，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域。但是，由于凸輪機(jī)構(gòu)是高副運(yùn)動，制造困難，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)的日益普及，新材料和熱處理新工藝的發(fā)展，凸輪的設(shè)計和制造己變得十分方便和準(zhǔn)確[1]。

以PTC公司的CAD/CAM軟件Pro/Engineer (以下簡稱Pro/E)為開發(fā)平臺，應(yīng)用其提供的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT，以VC++為開發(fā)環(huán)境并結(jié)合凸輪設(shè)計方面的一些特點開發(fā)出一套基于Pro/E的凸輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。系統(tǒng)能大大提高盤形凸輪設(shè)計的工作效率，減輕設(shè)計人員的工作量，提高設(shè)計質(zhì)量，減少設(shè)計缺陷的產(chǎn)生[2]。

針對現(xiàn)代凸輪設(shè)計中凸輪輪廓線難以在計算機(jī)中快速描繪，本文采用參數(shù)化驅(qū)動方法，先將凸輪分類，在不同凸輪類中設(shè)置各參數(shù)值，先生成凸輪輪廓線，接下來再通過輪廓線生成凸輪實體，即使用參數(shù)控制凸輪的生成[3]。再通過集成于該系統(tǒng)內(nèi)的直接生成二維工程圖的功能，得到凸輪的二維圖紙，以利于在數(shù)控車床上的加工。

1 凸輪實體模型參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵問題

1.1 凸輪特征分析

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架所組成，其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的主動件，作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，并推動從動件作直線往復(fù)運(yùn)動或擺動。無論哪一種凸輪都依靠其外緣的輪廓曲線或凹槽曲線進(jìn)行工作，所以凸輪機(jī)構(gòu)能否按預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律良好的工作，主要取決于凸輪的輪廓曲線。因此，對凸輪輪廓曲線的研究是進(jìn)行凸輪設(shè)計的關(guān)鍵問題。

以從動件做正弦加速度運(yùn)動(擺線運(yùn)動)為例，從動件做正弦加速度運(yùn)動的盤形凸輪，其推程、回程方程分別為：

式中：S—從動件位移；h—行程；δ—轉(zhuǎn)角；δ0—推程角；δ1—回程角。

1.2 Pro/ENGINEER調(diào)用MFC對話框技術(shù)

利用Pro /TooLKIT可以開發(fā)出具有Pro/E 風(fēng)格的對話框，能向用戶提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行簡單的人機(jī)交互。但是目前這種方法還不太完善，功能有限，而且對話框資源編寫起來繁瑣，一個簡單的對話框資源就會用去很多的時間，對于稍為復(fù)雜的對話框更是無能為力。MFC具有強(qiáng)大的編制對話框能力，編制簡單，但Pro/TOOLKIT并不提供對MFC的支持，在Pro/T00LKIT中并不能直接應(yīng)用MFC對話框。本文通過動態(tài)鏈接庫開發(fā)Pro/TOOLKIT與MFC的接口，利用MFC強(qiáng)大的功能實現(xiàn)對話框的開發(fā)，在Pro/E環(huán)境中生成MFC對話框，方便自然、快捷的進(jìn)行人機(jī)交互[4]。

2 盤形凸輪的三維參數(shù)化實體造型及實例

2.1 凸輪的程序設(shè)計流程

為了提高盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的自動化程度，采用面向?qū)ο蠓椒ǎ瑢⑵淙康脑O(shè)計過程封裝到系統(tǒng)內(nèi)部，顯示給用戶的只是一些人機(jī)交互界面。用戶從界面上可以對盤形凸輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行查詢和更改，然后將修改后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部程序傳遞給Pro/E數(shù)據(jù)庫，再通過三維零件造型顯示出來。系統(tǒng)的設(shè)計流程如圖1所示，設(shè)定各參數(shù)值為表1所示。

圖1 程序設(shè)計流程圖

表1 盤形凸輪基本參數(shù)

具體設(shè)計步驟如下：

1）在Pro/Engineer的Program編輯器中設(shè)定凸輪零件各參數(shù)。并輸入各參數(shù)值。

2）利用Pro/Engineer的Equationg功能分段繪制凸輪的理論曲線。

3）繪制一條由分段理論輪廓線組成的封閉曲線，即完整的凸輪理論輪廓線

4）通過步驟3生成的凸輪理論輪廓線，拉伸生成凸輪實體。

2.2 調(diào)試、運(yùn)行

1）啟動Pro/E，打開凸輪設(shè)計模板Cam.prt,加載應(yīng)用程序CamDesign。

2）表2-1所示為凸輪模板的幾何控制參數(shù)，在對話框中分別輸入不同的參數(shù)，單擊【建立模型】按鈕就可以生成不同的凸輪模型如圖2所示。

3）查看設(shè)計，如果對結(jié)果不滿意，可以返回第二步從新輸入?yún)?shù)，重新進(jìn)行盤形凸輪的參數(shù)化設(shè)計。

圖2 生成的凸輪模型

3 結(jié)論

通過VC++編程語言，調(diào)用Pro/TOOLKIT接口，實現(xiàn)二次開發(fā)技術(shù)在Pro/E中與盤形凸輪設(shè)計的充分結(jié)合，依據(jù)Pro/TOOLKIT中制作并激活用戶菜單和MFC對話框界面的方法，創(chuàng)建系統(tǒng)的用戶菜單和界面，解決了Pro/E和MFC的通信問題，利用MFC類庫中的屬性頁制作方法創(chuàng)建了復(fù)雜的對話框界面，完成系統(tǒng)的界面設(shè)計。利用參數(shù)化設(shè)計及尺寸驅(qū)動的方法完成了盤形凸輪零件的參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計，用戶只需對人機(jī)交互界面上的尺寸參數(shù)進(jìn)行更改，便可以自動更形凸輪零件。

[1]管榮法,湯從心.凸輪與凸輪機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社,1985.

[2]劉文生,王延利.基于Pro/E圓柱齒輪實體模型參數(shù)化二次開發(fā)[J].制造業(yè)自動化,2005(8)：25-27.

[3]葛文杰, 張王金.基于Pro/E 的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計與仿真[J].機(jī)械設(shè)計,2005(1)：11-14.

[4]鐘元,劉勝青,等.Pro/E調(diào)用MFC對話框技術(shù)[J].機(jī)械,2003(1)：50-52.