基于VC和Pro/Toolkit凸輪實(shí)體模型的參數(shù)化二次開(kāi)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(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)，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(dòng)，制造困難，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)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(jì)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(jiǎn)稱(chēng)Pro/E)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用其提供的二次開(kāi)發(fā)工具Pro/TOOLKIT，以VC++為開(kāi)發(fā)環(huán)境并結(jié)合凸輪設(shè)計(jì)方面的一些特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出一套基于Pro/E的凸輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)能大大提高盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)的工作效率，減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)缺陷的產(chǎn)生[2]。

針對(duì)現(xiàn)代凸輪設(shè)計(jì)中凸輪輪廓線(xiàn)難以在計(jì)算機(jī)中快速描繪，本文采用參數(shù)化驅(qū)動(dòng)方法，先將凸輪分類(lèi)，在不同凸輪類(lèi)中設(shè)置各參數(shù)值，先生成凸輪輪廓線(xiàn)，接下來(lái)再通過(guò)輪廓線(xiàn)生成凸輪實(shí)體，即使用參數(shù)控制凸輪的生成[3]。再通過(guò)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(chē)床上的加工。

1 凸輪實(shí)體模型參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題

1.1 凸輪特征分析

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架所組成，其中凸輪是一個(gè)具有曲線(xiàn)輪廓或凹槽的主動(dòng)件，作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并推動(dòng)從動(dòng)件作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。無(wú)論哪一種凸輪都依靠其外緣的輪廓曲線(xiàn)或凹槽曲線(xiàn)進(jìn)行工作，所以凸輪機(jī)構(gòu)能否按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律良好的工作，主要取決于凸輪的輪廓曲線(xiàn)。因此，對(duì)凸輪輪廓曲線(xiàn)的研究是進(jìn)行凸輪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

以從動(dòng)件做正弦加速度運(yùn)動(dòng)(擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng))為例，從動(dòng)件做正弦加速度運(yùn)動(dòng)的盤(pán)形凸輪，其推程、回程方程分別為：

式中：S—從動(dòng)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(duì)話(huà)框技術(shù)

利用Pro /TooLKIT可以開(kāi)發(fā)出具有Pro/E 風(fēng)格的對(duì)話(huà)框，能向用戶(hù)提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)話(huà)框資源編寫(xiě)起來(lái)繁瑣，一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)話(huà)框資源就會(huì)用去很多的時(shí)間，對(duì)于稍為復(fù)雜的對(duì)話(huà)框更是無(wú)能為力。MFC具有強(qiáng)大的編制對(duì)話(huà)框能力，編制簡(jiǎn)單，但Pro/TOOLKIT并不提供對(duì)MFC的支持，在Pro/T00LKIT中并不能直接應(yīng)用MFC對(duì)話(huà)框。本文通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)開(kāi)發(fā)Pro/TOOLKIT與MFC的接口，利用MFC強(qiáng)大的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)話(huà)框的開(kāi)發(fā)，在Pro/E環(huán)境中生成MFC對(duì)話(huà)框，方便自然、快捷的進(jìn)行人機(jī)交互[4]。

2 盤(pán)形凸輪的三維參數(shù)化實(shí)體造型及實(shí)例

2.1 凸輪的程序設(shè)計(jì)流程

為了提高盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度，采用面向?qū)ο蠓椒?，將其全部的設(shè)計(jì)過(guò)程封裝到系統(tǒng)內(nèi)部，顯示給用戶(hù)的只是一些人機(jī)交互界面。用戶(hù)從界面上可以對(duì)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行查詢(xún)和更改，然后將修改后的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部程序傳遞給Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)三維零件造型顯示出來(lái)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)流程圖

表1 盤(pán)形凸輪基本參數(shù)

具體設(shè)計(jì)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(xiàn)。

3）繪制一條由分段理論輪廓線(xiàn)組成的封閉曲線(xiàn)，即完整的凸輪理論輪廓線(xiàn)

4）通過(guò)步驟3生成的凸輪理論輪廓線(xiàn)，拉伸生成凸輪實(shí)體。

2.2 調(diào)試、運(yùn)行

1）啟動(dòng)Pro/E，打開(kāi)凸輪設(shè)計(jì)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(duì)話(huà)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(jì)，如果對(duì)結(jié)果不滿(mǎn)意，可以返回第二步從新輸入?yún)?shù)，重新進(jìn)行盤(pán)形凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

圖2 生成的凸輪模型

3 結(jié)論

通過(guò)VC++編程語(yǔ)言，調(diào)用Pro/TOOLKIT接口，實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)技術(shù)在Pro/E中與盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)的充分結(jié)合，依據(jù)Pro/TOOLKIT中制作并激活用戶(hù)菜單和MFC對(duì)話(huà)框界面的方法，創(chuàng)建系統(tǒng)的用戶(hù)菜單和界面，解決了Pro/E和MFC的通信問(wèn)題，利用MFC類(lèi)庫(kù)中的屬性頁(yè)制作方法創(chuàng)建了復(fù)雜的對(duì)話(huà)框界面，完成系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)及尺寸驅(qū)動(dòng)的方法完成了盤(pán)形凸輪零件的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，用戶(hù)只需對(duì)人機(jī)交互界面上的尺寸參數(shù)進(jìn)行更改，便可以自動(dòng)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(guó)防工業(yè)出版社,1985.

[2]劉文生,王延利.基于Pro/E圓柱齒輪實(shí)體模型參數(shù)化二次開(kāi)發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)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(jì)與仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2005(1)：11-14.

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