軸承端蓋零件的參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計及NC加工仿真

史永芳++焦力博

摘 要： 軸承端蓋零件在機(jī)械行業(yè)中使用非常廣泛，但是其種類繁多，設(shè)計及繪圖非常煩瑣，效率低下。從參數(shù)化的設(shè)計技術(shù)出發(fā)，基于Pro/ENGINEER軟件平臺，應(yīng)用Pro/Toolkit和VC++對其進(jìn)行二次開發(fā)，建立了軸承端蓋零件三維參數(shù)化造型系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠通過修改相應(yīng)尺寸參數(shù)生成不同的零件模型，再根據(jù)生成的零件模型利用Pro/Engineer設(shè)計出對應(yīng)的模具，并采用Mastercam軟件對已經(jīng)設(shè)計好的模具進(jìn)行數(shù)控加工仿真。

關(guān)鍵詞： 軸承端蓋； 參數(shù)化造型； 二次開發(fā)； 數(shù)控加工仿真

中圖分類號： TN876?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）21?0127?03

Parameterization system design of bearing cover parts and NC machining simulation

SHI Yongfang1， JIAO Libo2

（1. College of Science and Technology， China Three Gorges University， Yichang 443002， China； 2. Sinohydro Bureau 5 Co.， Ltd.， Chengdu 610000， China）

Abstract： The bearing cover parts are widely used in machinery industry， but its variety is numerous， the design and plotting are very cumbersome， and has low efficiency. From the designing technology view of parameterization， and based on Pro/Engineer software platform， the parts were conducted with secondary development by Pro/Toolkit and VC++， and the 3D parameterization modeling system of the bearing cover parts was established. The corresponding mould was designed by Pro/Engineer according to the generated parts model. The designed mould was proceeded with NC machining simulation by Mastercam software.

Keywords： bearing cover； parameterization modeling； secondary development； NC machining simulation

0 引 言

軸承端蓋作為最常見的部件被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械，但在其建模過程中，存在形狀多種多樣，設(shè)計過程重復(fù)率較高，效率低等問題。針對以上實際問題，設(shè)計人員借助CAD/CAM技術(shù)可迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)計方案的確定、分析、設(shè)計，為生產(chǎn)企業(yè)以高技術(shù)、低成本占領(lǐng)市場提供技術(shù)保障。國際上也出現(xiàn)了多種CAD/CAM/CAE軟件，其中Pro/Engineer造型能力強(qiáng)，兼容性好；而Mastercam在3D繪圖與加工方面具有強(qiáng)大的功能，并且擁有良好的性價比及高可靠的加工性能，使其在模具行業(yè)的加工環(huán)節(jié)中根深蒂固。目前先基于Pro/Engineer平臺，利用其提供的Pro/Toolkit和VC++ 6.0語言，設(shè)計、開發(fā)端蓋類零件三維參數(shù)化造型系統(tǒng)。再根據(jù)所生成的零件模型利用Pro/Engineer設(shè)計出對應(yīng)的模具轉(zhuǎn)到Mastercam中得到加工程序，兩者的配合使用是模具行業(yè)中普遍的工作模式。這樣能減少重復(fù)性勞動，提高效率，帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)的設(shè)計思路

本系統(tǒng)主要針對軸承端蓋類零件的參數(shù)化設(shè)計及數(shù)控加工仿真進(jìn)行，當(dāng)用戶選擇不同的樣式后應(yīng)用程序可以在基礎(chǔ)模型上自動生成相應(yīng)的端蓋，然后將生成的模型轉(zhuǎn)換到Mastercam中進(jìn)行數(shù)控加工仿真。系統(tǒng)思路如圖1所示。所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有： Visual C++動態(tài)鏈接庫設(shè)計技術(shù)，Pro/Toolkit程序設(shè)計技術(shù)，端蓋類零件參數(shù)化建模技術(shù)以及Mastercam數(shù)控加工仿真技術(shù)等。

2 端蓋三維參數(shù)化造型系統(tǒng)開發(fā)及實例

2.1 總體方案

為了方便使用，根據(jù)零件的設(shè)計要求新建了一組參數(shù)用于完全控制該三維模型的形狀和大小。本系統(tǒng)利用交互方式采用在Pro/Engineer主菜單上添加菜單條和菜單按鈕。單擊菜單按鈕彈出相應(yīng)的用戶對話框界面，輸入三維實體模型相對應(yīng)的主要參數(shù)，重新生成所需零件三維實體模型。實現(xiàn)過程如圖2所示。

2.2 環(huán)境設(shè)置[1]

環(huán)境配置分為三大步：首先聲明在VC中將要使用到的函數(shù)的頭文件的路徑；然后導(dǎo)出這些函數(shù)的庫的路徑；最后還要指明具體使用到的庫，單擊【確定】完成文件配置。通過擴(kuò)展名為.dat的注冊文件實現(xiàn)應(yīng)用程序的注冊以運(yùn)行創(chuàng)建好的Pro/Toolkit應(yīng)用程序。

2.3 用戶界面設(shè)計

用戶界面包括Pro/Engineer界面菜單和用于用戶參數(shù)輸入的MFC對話框。

（1） 菜單的設(shè)計

菜單是主要的用戶界面，菜單條是Pro/E菜單體系的最頂層菜單，其創(chuàng)建方法是：直接調(diào)用ProMenubarMenuADD（）命令函數(shù)向Pro/Engineer添加所需的菜單，要實現(xiàn)函數(shù)的功能，就必須將菜單中的按鈕和命令捆綁起來，用命令調(diào)用某個函數(shù)來實現(xiàn)按鈕的功能。菜單在Pro/Engineer界面上的生成代表動態(tài)鏈接庫加載成功。當(dāng)為Pro/E添加菜單后，還應(yīng)對其設(shè)置相應(yīng)的動作函數(shù)[2]ProCmdActionAdd（）。

（2） 對話框的設(shè)計

Pro/Toolkit應(yīng)用程序可以使用Pro/Engineer提供的UI對話框，也可以使用VC++ 6.0提供的對話框。而VC++ 6.0編寫對話框比較簡單，比較直觀，并且可以使用MFC類庫，使應(yīng)用程序中的參數(shù)傳遞比較方便。由于編寫的應(yīng)用程序是DLL形式，因此在調(diào)用對話框前應(yīng)加上：AFX_MANAGE_ STATE（AfxGetStaticModuleState（））。

2.4 端蓋參數(shù)化程序設(shè)計

采用參數(shù)化的方式，用戶只需要輸入?yún)?shù)值，便能生成所需的新的零件模型，而不需要重復(fù)建立模型。程序的執(zhí)行順序為：

（1） 獲取零件原始模型。通過執(zhí)行若干程序段，便可以將已經(jīng)建立好的模型直接打開，以便獲取和更改模型參數(shù)。

（2） 當(dāng)原始模型打開后，輸入新的參數(shù)對原來的參數(shù)進(jìn)行替換，該過程可通過若干程序段實現(xiàn)。

（3） 模型的參數(shù)更新完成后，對模型進(jìn)行重新生成便可以得到需要的零件模型。將程序調(diào)試完成后就可以用端蓋的參數(shù)化造型系統(tǒng)實現(xiàn)端蓋模型的創(chuàng)建。

2.5 端蓋參數(shù)化造型系統(tǒng)的實現(xiàn)

先啟動Pro/Engineer，在菜單欄中依次選擇【工具】、【輔助應(yīng)用程序】，對程序進(jìn)行手動注冊，注冊完成后，菜單按鈕出現(xiàn)在菜單欄。再設(shè)計端蓋：單擊【端蓋設(shè)計】和【凸緣悶蓋】等菜單按鈕，則會彈出相應(yīng)端蓋的設(shè)計對話框，在對話框中輸入?yún)?shù)值生成相應(yīng)零件模型；單擊【獲取原始模型】按鈕，會彈出端蓋設(shè)計對話框，來打開這類零件的原始模型，如圖3所示；對對應(yīng)的尺寸參數(shù)進(jìn)行修改，單擊【生成新模型】按鈕便可以得到所需要的新的零件模型，另存之。

3 模具設(shè)計

端蓋三維造型完成后，利用Pro/Engineer系統(tǒng)下的制造、模具型腔模塊進(jìn)行模具組件設(shè)計[3]，它包括參考模具的布局、收縮率的設(shè)置、毛坯工件的設(shè)計、分型面的設(shè)計、分割體積塊、抽取模具元件、鑄模及開模幾大部分，得到如圖4所示的開模效果圖。保存文件為“*.igs”格式，以方便導(dǎo)入Mastercam進(jìn)行加工仿真。

4 數(shù)控加工仿真

Mastercam在基于PC平臺的CAD/CAM軟件一體化中廣泛地實現(xiàn)了“COM”（對接）功能、可編輯的后處理程式及良好的機(jī)床適應(yīng)性，以上一步生成的端蓋模具為例進(jìn)行數(shù)控加工仿真。

4.1 設(shè)置刀具路徑

刀具路徑的設(shè)置如下：

（1） 打開Mastercam軟件后選擇已經(jīng)保存好的IGES文件并打開；在主菜單欄中選擇【機(jī)床類型】，在刀具路徑管理器中進(jìn)行【材料設(shè)置】[4]。

（2） 在主菜單欄中選擇【刀具路徑】，依次運(yùn)用【外形銑削】、【面銑】、【曲面粗加工】、【曲面精加工】等命令得到刀具路徑。

4.2 驗證仿真

將刀具設(shè)定好后便可以通過系統(tǒng)的驗證功能檢查工件的加工過程，以檢驗加工過程中是否會有加工缺陷[5]。

在【操作管理】工具欄中點(diǎn)擊對加工過程進(jìn)行驗證，其過程如圖5所示。

4.3 后置處理

Mastercam系統(tǒng)配置的通用后置處理提供了一種功能數(shù)據(jù)庫模型，用戶可以對其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改和編譯，定制出適應(yīng)某一數(shù)控機(jī)床的專用后置處理程序。該系統(tǒng)后置處理文件稱為PST文件，它定義了NC程序格式、切削加工參數(shù)、輔助工藝指令，設(shè)置了接口功能參數(shù)等。在【操作管理】工具欄中點(diǎn)擊生成NC代碼，保存為【.NC】文件，如圖6所示。

在實際生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床的性能因廠家設(shè)計而各異，若要使Mastercam軟件生成的數(shù)控加工程序滿足不同機(jī)床的編程要求，編程人員需要對后置處理文件進(jìn)行修改，以滿足加工要求。

5 結(jié) 語

本文根據(jù)Pro/E提供的程序方法，建立了端蓋類零件參數(shù)化模型；依據(jù)在Pro/Toolkit中制作并激活用戶菜單的方法，結(jié)合VC++技術(shù)，完成了系統(tǒng)的界面設(shè)計；實現(xiàn)了端蓋類零件的建模。利用Mastercam系統(tǒng)將所生成的NCI刀具路徑文件轉(zhuǎn)成了能被CNC機(jī)床所使用的NC代碼，并利用Communic傳輸功能進(jìn)行了NC代碼的傳輸，縮短編程人員的編程時間。特別是對復(fù)雜零件的數(shù)控程序編制，可大大提高程序的正確性和安全性，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

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