液壓支架立柱的三維參數(shù)化建模

任 潔，郝明銳

（1.太原工業(yè)學(xué)院 機械工程系，山西 太原 030008；2.中國煤炭科工集團 太原研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在機械設(shè)計和機械制造中，對機件進行優(yōu)化分析、仿真、實驗等都需要依托于機件的三維模型。而在機械設(shè)計中，三維模型的實際大小或者尺寸并不是一成不變的，要根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進行不斷的調(diào)整。這就要求三維建模時設(shè)置一些參數(shù)，使之改變參數(shù)后可以快速地生成新的模型［1］，所以參數(shù)化三維建模在現(xiàn)代機械優(yōu)化設(shè)計中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文就是針對這一問題，對所研究的液壓支架立柱進行了參數(shù)化的三維建模。

1 建模軟件的介紹

針對本課題中參數(shù)化要求的特點，選用的建模軟件為Pro/E，因為它最大的特點便是參數(shù)化［2］，而且在后續(xù)的分析中所用的軟件ANSYS，可以在安裝時實現(xiàn)與Pro/E軟件的無縫連接［3］，如圖1所示。

圖1 Pro/E軟件和ANSYS的無縫連接

2 基于Pro/Engineer的立柱參數(shù)化三維建模

2.1 參數(shù)化建模介紹

Pro/E軟件最大的特點就是強大的二次開發(fā)功能，Pro/E軟件中自帶有Pro/Toolkit，可以很方便地實現(xiàn)各種庫函數(shù)及頭文件的調(diào)用［4］。本課題中使用了C＋＋語言來完成課題所需的針對Pro/E軟件的二次開發(fā)［5］。參數(shù)化設(shè)計的流程圖見圖2。

2.2 菜單欄的制作

本課題的參數(shù)化建模，首先需要在Pro/E的菜單欄中添加自定義的菜單和下拉子菜單。制作Pro/E的菜單欄是二次開發(fā)中最基本的通用技術(shù)，需要使用編程語言編繪源文件程序和文本文件，并且注冊運行程序成功［6］。本文中采取的方法是手動注冊，需要強調(diào)的是注冊文件的后綴一定要寫成.dat格式，以保證其正確運行。

圖2 參數(shù)化設(shè)計流程圖

本文中所用的注冊文件如下：

因篇幅問題，編譯程序在此文中不做詳細展示。制作完成的菜單欄如圖3所示。

圖3 菜單欄

2.3 對話框的制作

做出菜單欄后，還要有對話框進行人機對話才能實現(xiàn)零件的三維參數(shù)化建模。目前對話框主要有UI對話框和 MFC對話框兩種形式［8］，兩者的比較見表1。本文采用MFC對話框進行制作，制作的一般過程見圖4。

表1 UI對話框和MFC對話框的比較

圖4 創(chuàng)建MFC對話框的一般過程

2.4 立柱零件的參數(shù)化建模

對零件進行參數(shù)化建模首先需要在零件中提取出相應(yīng)的參數(shù)［9］，然后按照需要對這些參數(shù)進行更改，最后根據(jù)參數(shù)的變化重新生成變化后的模型［10］。建模過程如圖5所示。

圖5 零件的參數(shù)化建模實現(xiàn)過程

本文以液壓支架立柱的外缸為例介紹參數(shù)化建模的過程。首先在Pro/E軟件中建立外缸的三維模型并且指定設(shè)計的參數(shù)和其之間的相互關(guān)系，如圖6所示；接著利用C＋＋建立人機交互界面用以寫入設(shè)計模型中提取出的相應(yīng)參數(shù)，并且利用自帶的Pro/Toolkit調(diào)用軟件中的底層函數(shù)將其傳輸?shù)絇ro/E建立好的模型中；然后進行菜單欄和對話框的制作并開發(fā)生成可執(zhí)行文件，實現(xiàn)模型和用戶界面之間的無縫連接［11］。

圖6 外缸提取的參數(shù)

在執(zhí)行文件加載了二次開發(fā)的菜單欄之后，選擇自定義菜單欄【支架參數(shù)化設(shè)計】中的下拉菜單【外缸參數(shù)化設(shè)計】，會出現(xiàn)如圖7所示的提示對話框，選擇確定出現(xiàn)如圖8所示的外缸參數(shù)化建模對話框，在對話框中輸入相關(guān)參數(shù)，即可生成新的外缸模型。原外缸模型和更新后的外缸模型對比如圖9和10所示。

圖7 提示選擇對話框

圖8 外缸參數(shù)提取并建模對話框

圖9 原外缸三維模型

液壓支架立柱的其他零件模型見圖11和圖12，裝配完成的液壓支架立柱三維模型見圖13。

圖10 更新參數(shù)后的外缸三維模型

圖11 中缸三維模型圖

圖12 活柱三維模型

圖13 液壓支架立柱的三維模型

3 結(jié)論

基于Pro/E的二次開發(fā)，本文對液壓支架立柱進行了參數(shù)化建模，包括菜單條的制作和對話框的制作，并以液壓支架立柱的外缸為例，列出了詳細的參數(shù)化建模的步驟，為之后的仿真分析等打下了基礎(chǔ)。

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