基于Pro_E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)開發(fā).pdf

2008年7月第36卷第7期機床與液壓MACHINETOOL&HYDRAULICSJul12008Vol136No17收稿日期:2008-02-29作者簡介:李月琴(1957),女,河南省獲嘉縣人,學士,副教授,高級工程師。主要從事機械設計及CAD/CAM的教學和科研工作。電話E-mail:lyq905zzuli1etu1cn?；赑ro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)開發(fā)李月琴1,郭志強1,何培英1,張文輝2(11鄭州輕工業(yè)學院機電工程學院,河南鄭州450002；21鄭州鍋爐有限責任公司,河南鄭州450001)摘要:設計了基于Pro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu),論述了該系統(tǒng)的實現(xiàn)方法及開發(fā)步驟,給出了系統(tǒng)的總體框架和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)既能使設計人員從自動化和智能化的角度上利用先進設計手段,又能充分利用歷史設計經(jīng)驗,從而縮短組合機床的設計周期,并在很大程度上減少了設計人員的重復性勞動。關(guān)鍵詞:Pro/E平臺；計算機輔助設計；組合機床；實現(xiàn)方法中圖分類號:TP391172文獻標識碼:B文章編號:1001-3881(2008)7-147-3DevelopmentofComputerAidedModularMachineToolIntegratedDesignSystemBasedonPro/ELIYueqin1,GUOZhiqiang1,HEPeiying1,ZHANGWenhui2(11Dept.ofMech.ScienceandEng1,ZhengzhouInstituteofLightIndustry,ZhengzhouHenan450002,China；2.ZhengzhouBoilerCompanyLimited,ZhengzhouHenan450001,China)Abstract:TheframeworkofcomputeraidedmodularmachinetoolintegrateddesignsystembasedonPro/Ewasdesigned.Theimplementationmethodanddevelopingprocessofthissystemwasdiscussed,itsoverallframeworkandkeytechniqueswereintro2duced.Thissystemcanhelpdesignersutilizeadvanceddesigntechnologyandhistoricaldesignexperiencemoreautomaticallyandin2telligently.Usingthissystem,thedesigncycleofmodularmachinetoolwillbeshorteddramaticallyandtherepeatedworkbydesign2erswillbereduced.Keywords:Pro/E；Computeraideddesign；Modularmachinetool；Implementationmethod0引言組合機床加工是現(xiàn)代企業(yè)實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的常用手段,尤其在殼體類零件的大批量生產(chǎn)中,為保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本,組合機床起著非常重要的作用。但組合機床設計是一項復雜而繁瑣的工作,傳統(tǒng)設計方法周期長,工作量大,設計效率低。采用當前應用較多的通用商品化軟件設計組合機床,效率雖然有所提高,但與機床產(chǎn)品的設計和更新周期相比,仍然不能滿足要求,許多資源信息和設計經(jīng)驗不能夠再利用。因此,采用先進的設計技術(shù)和手段,加快設計速度,提高設計質(zhì)量,縮短開發(fā)周期,是提高組合機床設計效率、降低企業(yè)成本、提高競爭力的有效途徑。隨著計算機輔助設計技術(shù)的飛速發(fā)展,利用計算機輔助設計技術(shù),開發(fā)出實用的計算機輔助組合機床系統(tǒng)是解決這一問題的有效方法和手段。本文根據(jù)組合機床的設計特點,以三維參數(shù)化軟件Pro/E為設計平臺,開發(fā)了基于Pro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng),該系統(tǒng)以實用和通用為原則,以標準化和開放性為目標,實現(xiàn)對組合機床總體設計全過程的支持。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組合機床是一種根據(jù)被加工零件結(jié)構(gòu)形狀及工藝要求,以大量的標準化、系列化通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用零部件組成的專用高效自動化技術(shù)裝備。基于Pro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)應為設計人員提供一個良好的設計服務環(huán)境,應具備快速獲取相關(guān)信息、檢索定位、分析計算、生成和存儲、輸入和輸出、圖形設計和處理以及良好的人機交互等功能。因此,開發(fā)基于Pro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)時參考人工設計組合機床的過程,同時兼顧計算機處理設計問題的特點,融三維參數(shù)化圖形技術(shù)、交互式界面設計技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)于一體,采用基于標準件和歷史實例變異或創(chuàng)成,以及人機交互的混合設計方式,面向?qū)ο?建立了與組合機床總體設計相關(guān)的工藝信息、標準零部件、專用零部件和組合機床歷史實例數(shù)據(jù)庫及機床功率、夾具夾緊力計算、定位誤差分析程序庫。根據(jù)組合機床的分類特點,利用VC610語言開發(fā)機床總體方案設計的各個模塊并通過對工藝信息和工藝參數(shù)的計算、分析和處理,采用幾何尺寸約束和裝配約束的三維參數(shù)化關(guān)聯(lián)技術(shù),由系統(tǒng)實現(xiàn)對各個標準零部件的自動檢索、匹配和選擇；專用零部件設計則可由設計者根據(jù)加工工藝要求進行交互式全新設計,也可以根據(jù)所加工零件的工序信息與工序信息資料庫中已有的零件工序信息進行比較,對吻合程度較高的類似專用零部件實例或組合機床歷史實例進行檢索、引用、修改或變異設計,最終形成組合機床三維實體模型。機床的二維工程圖諸如工序圖、加工示意圖、機床總體聯(lián)系尺寸圖及其它零部件圖可在Pro/E環(huán)境中由機床的三維模型直接生成后經(jīng)整理獲得。整個系統(tǒng)按功能分為5個主要模塊:零件工序信息提取模塊、計算分析模塊、標準零部件選擇模塊、專用零部件設計模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)零件工序信息提取模塊。主要是通過人機交互的方式獲取與所設計機床相關(guān)的工序信息,如被加工零件的加工方法、材料、尺寸大小、加工精度,切削速度、進給量、進刀深度、夾具的夾緊方式、工件的定位基準等。計算分析模塊。利用計算分析程序進行機床功率、夾具夾緊力大小及定位元件結(jié)構(gòu)尺寸計算和定位誤差分析等,承擔系統(tǒng)的設計計算功能。標準零部件選擇模塊。該模塊根據(jù)組合機床國家標準,利用Pro/E三維參數(shù)化技術(shù)建庫,存放諸如各種標準動力頭系列,滑臺系列、底座、立柱、主軸箱等系列,建立開放性接口,可以自動或手動檢索、選擇這些具有典型功能的標準零部件進行組合或替換,創(chuàng)成全新機床,也允許設計者將新的標準件存入庫中備查。專用零部件設計模塊。檢索典型歷史零部件或機床方案進行變異、修改或替換設計。直至將最終方案零部件的工序信息存入工藝信息資料庫,三維零部件存入專用零部件和機床歷史實例庫中成為歷史實例備查,該模塊設置有開放性接口,用戶可以隨時檢索和調(diào)用庫中資源,也可以隨時把完成的專用零部件或機床添加到庫中,以增強系統(tǒng)有效利用歷史設計經(jīng)驗的能力。數(shù)據(jù)庫管理模塊。建立零件工序信息提取模塊、計算分析模塊、標準零部件選擇模塊、專用零部件設計模塊的聯(lián)系和通信,對龐大的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行管理,實現(xiàn)設計系統(tǒng)的快速查詢、調(diào)用、更新和修改,此外,系統(tǒng)還提供了刀具、夾具等專用零部件的分類圖形和技術(shù)信息的處理和管理功能。2系統(tǒng)實現(xiàn)方法211系統(tǒng)開發(fā)平臺本系統(tǒng)以三維軟件Pro/E野火版為開發(fā)平臺,利用軟件所提供的二次開發(fā)工具Pro/Toolkit和VisualC+610進行開發(fā),建立工序信息資料庫、標準零部件庫、專用零部件和機床實例庫并編程實現(xiàn)各種計算,利用交互設計方法,實現(xiàn)參數(shù)化圖形及信息傳輸?shù)墓芾?并將組合機床設計系統(tǒng)嵌入Pro/E環(huán)境,完成各類組合機床的設計及工程圖輸出。212系統(tǒng)實現(xiàn)方法21211開發(fā)框架本系統(tǒng)借助于VC+610的集成開發(fā)環(huán)境進行應用程序源文件的開發(fā)和編譯。Pro/E野火版的二次開發(fā)工具Pro/Toolkit封裝了許多針對Pro/E底層資源調(diào)用的庫函數(shù)與頭文件。通過這些庫函數(shù)與頭文件可以很方便地在VC+環(huán)境下進行二次開發(fā),系統(tǒng)開發(fā)框架如圖2所示。圖2系統(tǒng)開發(fā)框架21212系統(tǒng)開發(fā)的步驟利用Pro/Toolkit對Pro/E進行二次開發(fā)包括3個步驟,即用VC+語言編寫源文件,并生成可執(zhí)行文件；編寫可執(zhí)行文件在Pro/E中的注冊文件；編寫用來定義菜單項、菜單項提示等信息的文本文件等。841機床與液壓第36卷3關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)的核心在于解決好下面幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。(1)組合機床系統(tǒng)與Pro/E的無縫集成組合機床系統(tǒng)與Pro/E的無縫集成是通過Pro/E軟件提供的二次開發(fā)接口,采用同步模式的動態(tài)連接庫dll來實現(xiàn)的。首先在C語言編輯環(huán)境中,編譯和生成一個連接Pro/E和組合機床系統(tǒng)的Pro/Toolkit應用程序,然后將此應用程序在Pro/E中進行注冊,這樣機床系統(tǒng)就像是Pro/E本身的程序模塊一樣,調(diào)用起來方便、協(xié)調(diào)。用C+語言編寫開發(fā)的交互式用戶對話框與中間接口Pro/Toolkit應用程序的集成同樣圖3集成方式采用動態(tài)鏈接庫DLL方式實現(xiàn),Pro/E系統(tǒng)、Pro/Toolkit應用程序和交互式用戶對話框應用程序的無縫集成是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一,三者之間的通信如圖3所示。(2)用戶菜單開發(fā)多數(shù)設計者使用系統(tǒng)時習慣于命令菜單和交互式對話框,因此,在基于Pro/E的二次開發(fā)過程中,添加用戶的自定義菜單是最基本和最常用的技術(shù),同時菜單在Pro/E標題欄上的生成又代表著動態(tài)鏈接庫加載的成功。基于Pro/E的用戶菜單開發(fā),首先應用Pro/Toolkit提供的一系列函數(shù),利用C+語言編寫源文件,然后編寫用來定義菜單項、菜單項提示等信息的文本文件,圖4為組合機床總體設計系統(tǒng)的菜單及菜單項按鈕。圖4系統(tǒng)菜單及菜單項按鈕(3)交互式用戶界面設計交互式用戶界面以人機聯(lián)合決策的方式完成組合機床工序信息提取、標準零部件的自動選擇、專用零部件和機床歷史實例的檢索和調(diào)用、機床夾具夾緊力計算、定位誤差分析等。整個界面利用Pro/Toolkit提供的用戶對話框操作函數(shù)和Pro/E資源進行開發(fā)。交互式用戶界面設計主要包括對話框資源文件編寫和相應的控制程序設計兩大部分,對話框資源文件功能是設計對話框元件的組成、外觀、屬性等,控制程序用C+語言編寫,用來實現(xiàn)載入對話框資源,顯示對話框、設置動作和退出對話框等功能。組合機床總體設計系統(tǒng)用戶界面以列表形式將標準零部件或?qū)Ｓ昧悴考皺C床歷史實例等按照所屬機床類型在對話框左側(cè)顯示,而右側(cè)為系統(tǒng)計算和自動選取標準零部件部分。圖5為組合鉆床設計的交互式對話框,左側(cè)以列表形式列出了標準動力頭、滑臺、側(cè)底座、中間底座、主軸箱以及專用零部件、機床歷史實例等,可以非常方便地由設計者在表中自主選擇,標準零部件的選擇也可以通過右側(cè)按鈕由系統(tǒng)根據(jù)所計算的動力頭功率自動選取。圖5交互式用戶界面(4)標準零部件的自動調(diào)用技術(shù)為實現(xiàn)相匹配標準零部件的準確自動檢索和調(diào)用,標準零部件圖形庫與工序信息資料庫以及相匹配的標準零部件之間都建立了一一對應關(guān)系。這種映射關(guān)系建立的基礎(chǔ)是需要按照一定的規(guī)則來建立圖形庫和工序信息資料庫,然后在編程時予以確定和連接。連接的操作方法:先根據(jù)標準零部件名在標準零部件圖形庫選取所要連接的零部件,然后根據(jù)標準零部件的工藝和裝配特點確定檢索或調(diào)用時的若干控制參數(shù),然后在Pro/Toolkit編程環(huán)境下,通過零部件文件名再打開該零部件圖形文件,把獲得的控制參數(shù)導入該零部件族的相應圖形中。標準部件之間的對應關(guān)系,在編程時通過幾何尺寸和裝配尺寸連接,但要注意,編程時的圖形文件名以及各控制參數(shù)必須和數(shù)據(jù)庫中的保持絕對一致,否則不能保證準確的自動檢索和調(diào)用。(5)數(shù)據(jù)庫操作技術(shù)數(shù)據(jù)庫的作用主要是存儲機床設計時所用的各種數(shù)據(jù)和保存設計過程中產(chǎn)生的各種中間信息。組合機床設計過程所用到的數(shù)據(jù)主要包括三大類:一類是標準零部件、專用零部件和機床歷史實例等圖形管理數(shù)據(jù)和有關(guān)屬性信息,為設計人員提供充足的圖形資源,避免重復性勞動；另一類是設計中所用的各類加(下轉(zhuǎn)第163頁右下方)941第7期李月琴等:基于Pro/E的計算機輔助組合機床總體設計系統(tǒng)開發(fā)一方面要截斷電磁換向閥A口和B口的通路,另一方面要降低液控單向閥控制油口的壓力。經(jīng)過認真分析后,采取在液控單向閥411、412和電磁換向閥511、512處疊加閥塊的改造措施來解決其故障。其中,對液壓系統(tǒng)原理圖做出如下調(diào)整:把電磁換向閥511、512的油口T連接到系統(tǒng)泄漏口L上,使電磁鐵111DT、112DT得電時,液控單向閥411、412的控制油口X和系統(tǒng)泄漏口L相連,從而消除了背壓,保證了液控單向閥411、412的正常工作。改造后的光整機下支承輥液壓伺服系統(tǒng)原理圖見圖2。采取此改造措施時,根據(jù)液控單向閥411、412和電磁換向閥511、512的結(jié)構(gòu),并參照其安裝底板圖紙設計閥塊,將設計好的閥塊疊加到下支承輥原液壓系統(tǒng)的閥塊上。在電磁換向閥511、512處疊加的閥塊,堵死了電磁換向閥的A口,并從所疊加閥塊的側(cè)面接通控制油來控制液控單向閥411、412,同時把電磁換向閥511、512的回油口從所疊加閥塊的側(cè)面引出,連接到系統(tǒng)的泄漏管路上。在液控單向閥411、412處疊加的閥塊,堵死了液控單向閥的控制油口,從所疊加閥塊的側(cè)面接控制油路到電磁換向閥511、512所疊加的閥塊上。系統(tǒng)經(jīng)過疊加閥塊改造后,電磁換向閥的A口和B口被隔離,同時液控單向閥也工作正常。4結(jié)論光整機液壓伺服系統(tǒng)經(jīng)過上述改造后,工作狀況良好,達到了設計要求。光整機投入使用多年來,該液壓系統(tǒng)工作正常,大大改善了鍍鋅板的表面質(zhì)量,取得了很好的經(jīng)濟效益。總結(jié)該系統(tǒng)的改造過程有兩點體會,一是液控單向閥使用時,要充分考慮其現(xiàn)場的安裝情況,進而決定控制油口的引入位置,防止由于控制油壓力過高而使液控單向閥失去其自身的功能,從而導致系統(tǒng)故障。二是在液壓閥塊的制作中,要仔細認真,防止由于閥塊制作錯誤而導致液壓系統(tǒng)故障。參考文獻【1】成大先.機械設計手冊(單行本).四版.液壓傳動M.化學工業(yè)出版社,2004.(上接第142頁)返工率、制造周期等將會大大減少,這必將對我國工程機械的成本降低、效能提高以及更新?lián)Q代等產(chǎn)生很大的影響,虛擬樣機技術(shù)在我國工程機械的設計與研究中將會發(fā)揮越來越大的作用。參考文獻【1】MSC.Software.MSC.ADAMSFSP基礎(chǔ)培訓教程M.北京:清華大學出版社,2004.【2】MSC.Software.MSC.ADAMS/View高級培訓教程M.北京:清華大學出版社,2004.【3】V.soboni.DesignoptimizationofmechanicalsystemsJ.ProductTechnologyGroupMechanicalDynamics,inc.1989.【4】吳慶嗚,梅華鋒,張志強.基于ADAMS的連桿機構(gòu)多體動力學仿真研究J.工程設計學報,2005(6):344-347.【5】韓寶菊,肖任賢.基于ADAMS的裝載機工作裝置的動力學分析與仿真J.機械工程及自動化,2006(2):116-118.【6】陳立平,張云清,任衛(wèi)群,等.機械