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)學院 ，機械工程學院，武漢 430023）

0 引言

由于凸輪機構可以將凸輪輪廓的旋轉運動轉變?yōu)閺膭蛹膹碗s運動，且具有結構緊湊、體積小、剛性好、可傳遞較大轉矩等特點，因而被廣泛應用于機械領域。但是，由于凸輪機構是高副運動，制造困難，使其應用范圍受到一定限制。隨著計算機輔助設計/計算機輔助制造(CAD/CAM)技術的日益普及，新材料和熱處理新工藝的發(fā)展，凸輪的設計和制造己變得十分方便和準確[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)境并結合凸輪設計方面的一些特點開發(fā)出一套基于Pro/E的凸輪參數(shù)化設計系統(tǒng)。系統(tǒng)能大大提高盤形凸輪設計的工作效率，減輕設計人員的工作量，提高設計質量，減少設計缺陷的產生[2]。

針對現(xiàn)代凸輪設計中凸輪輪廓線難以在計算機中快速描繪，本文采用參數(shù)化驅動方法，先將凸輪分類，在不同凸輪類中設置各參數(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)化設計的關鍵問題

1.1 凸輪特征分析

凸輪機構由凸輪、從動件和機架所組成，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)轉動，并推動從動件作直線往復運動或擺動。無論哪一種凸輪都依靠其外緣的輪廓曲線或凹槽曲線進行工作，所以凸輪機構能否按預期的運動規(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行凸輪設計的關鍵問題。

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

式中：S—從動件位移；h—行程；δ—轉角；δ0—推程角；δ1—回程角。

1.2 Pro/ENGINEER調用MFC對話框技術

利用Pro /TooLKIT可以開發(fā)出具有Pro/E 風格的對話框，能向用戶提供人機交互界面，進行簡單的人機交互。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，對于稍為復雜的對話框更是無能為力。MFC具有強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、快捷的進行人機交互[4]。

2 盤形凸輪的三維參數(shù)化實體造型及實例

2.1 凸輪的程序設計流程

為了提高盤形凸輪機構設計的自動化程度，采用面向對象方法，將其全部的設計過程封裝到系統(tǒng)內部，顯示給用戶的只是一些人機交互界面。用戶從界面上可以對盤形凸輪機構的幾何參數(shù)進行查詢和更改，然后將修改后的數(shù)據(jù)通過內部程序傳遞給Pro/E數(shù)據(jù)庫，再通過三維零件造型顯示出來。系統(tǒng)的設計流程如圖1所示，設定各參數(shù)值為表1所示。

圖1 程序設計流程圖

表1 盤形凸輪基本參數(shù)

具體設計步驟如下：

1）在Pro/Engineer的Program編輯器中設定凸輪零件各參數(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 調試、運行

1）啟動Pro/E，打開凸輪設計模板Cam.prt,加載應用程序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）查看設計，如果對結果不滿意，可以返回第二步從新輸入?yún)?shù)，重新進行盤形凸輪的參數(shù)化設計。

圖2 生成的凸輪模型

3 結論

通過VC++編程語言，調用Pro/TOOLKIT接口，實現(xiàn)二次開發(fā)技術在Pro/E中與盤形凸輪設計的充分結合，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)建了復雜的對話框界面，完成系統(tǒng)的界面設計。利用參數(shù)化設計及尺寸驅動的方法完成了盤形凸輪零件的參數(shù)化驅動設計，用戶只需對人機交互界面上的尺寸參數(shù)進行更改，便可以自動更形凸輪零件。

[1]管榮法,湯從心.凸輪與凸輪機構基礎[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 的弧面分度凸輪機構參數(shù)化設計與仿真[J].機械設計,2005(1)：11-14.

[4]鐘元,劉勝青,等.Pro/E調用MFC對話框技術[J].機械,2003(1)：50-52.