proe二次開發(fā)在機床主軸組件中的應用

2013-08-10 by:ProE/Croe培訓中心來源:仿真在線

proe是三維CAD/CAM 系統(tǒng),可以為工業(yè)產品設計提供完整的解決方案。為了使proe軟件能夠在企業(yè)特定產品設計中最大限度地發(fā)揮潛力,創(chuàng)造效益,企業(yè)必須跟據自身的特點,對軟件進行本地化的工作,即需要對proe進行二次開發(fā),進而成為用戶適用的CAD/CAM應用系統(tǒng)。

下面主要研究proe軟件中的三種二次開發(fā)工具:族表,程序,Pro/Toolkit的應用。其中,研究利用族表工具進行零件庫建立的方法與步驟,并進行零件庫的管理和調用;利用Pro/Toolkit接口開發(fā)出典型的齒輪、軸的參數化設計系統(tǒng);利用Program(程序)進行產品的裝配設計。其次,以CA6140車床主軸組件的三維建模為例,探討了基于以上幾種二次開發(fā)工具及Top-Down的設計方法在產品設計中的應用。

1 proe的二次開發(fā)方式

proe軟件在提供強大的設計、分析、制造功能的同時,也為用戶提供了多種二次開發(fā)工具。常用的二次開發(fā)工具有:族表(Family Table),用戶定義特征(UDF),Program,J-link, Pro/TOOLKⅡ等。

1.1 族表(Family Table)

族表本質上是相似零件(組件或特征)的集合,但在一兩個方面稍有不同,如大小、長度或局部特征等。通過族表可以方便地管理具有相同或相近結構的零件,特別適用于標準零件的管理。族表通過建立通用零件,然后在其基礎上對各參數加以控制生成派生零件。整個族表通過電子表格來管理。所以又被稱為表格驅動。

使用族表可以實現下列功能:

(1)產生和存儲大量簡單而細致的對象;

(2)將零件標準化,既省時又省力;

(3)從零件文件中生成各種零件,而無需重新構造;

(4)可以對零件產生細小的變化而無需用關系改變模型。

族表提高了標準化元件的用途,用它可以在proe中表示實際的零件清單。此外,使用族表使得組件中的零件和子組件容易互換,因為來自同一族表的模型相互之間具有互換性。

1.2 用戶定義特征(User Define Feature,UDF)

用戶定義特征(UDF)是指用戶將已經創(chuàng)建的特征(可以為多個特征)自定義為一單獨的特征,并允許像加入標準特征一樣將其加入到以后的設計中去。一個UDF包括選定的特征、所有相關尺寸、選定特征之間的所有關系以及在零件上放置UDF的參照等內容。與族表法類似, UDF也要先構建零件模型,零件創(chuàng)建完成后定義要包含的幾何特征、參考基準、可變尺寸及可變尺寸的符號,然后將這些信息存在一個后綴為“gph”的文件中,之后就可以在程序中利用該文件。通過給參數賦值來改變特征的尺寸,得到所需要的衍生特征。UDF適用于特定產品中的特定結構,可以作為一個特征添加到現有零件上,有利于設計者根據產品特征快速生成幾何模型。

1.3 程序(Program)

proe軟件對于每個模型都有一個主要設計步驟和參數列表——即Program。它記錄了一個零件的繪制過程及該零件包含的所有特征信息,其中有主要設計步驟和編輯后可用于編程的參數。它是由類似Basic的高級語言構成的,用戶可以根據設計需要來編輯模型的Program,使其作為一個程序來工作。通過運行該程序,系統(tǒng)通過人機交互的方法來控制系統(tǒng)參數、特征出現與否和特征的具體尺寸等。利用此工具可以在裝配設計中記錄整個裝配的全過程,通過添加一定的關系式,可以實現裝配中零部件的自動裝配、自動替換,零部件自動抑制等。

1.4 J-link

J-link是proe中自帶的基于JAVA語言的二次開發(fā)工具。用戶通過JAVA編程實現在軟件proe中添加功能。它是一種用來擴展、定制和自動處理proe功能的強大工具。J-link是一個面向對象,獨立于平臺且向上兼容的基于Java的應用程序接口。

1.5 Pro/TOOLKⅡ

Pro/TOOLKⅡ是PTC公司為proe軟件提供的客戶化開發(fā)工具包,即應用程序接口(API)。其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼擴充proeNGINEER系統(tǒng)的功能,開發(fā)基于proe系統(tǒng)的應用程序模塊,從而滿足用戶的特殊要求。用戶還可以利用Pro/TOOLKⅡ提供的對話框、菜單以及VC的可視化界面技術,設計出方便實用的人機交互界面,從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/TOOLKIT工具包提供了開發(fā)proe所需的函數庫文件和頭文件,使用戶編寫的應用程序能夠安全控制和訪問proe,并可以實現應用程序模塊與proe系統(tǒng)的無縫集成。

2 基于族表工具的標準件庫建立

根據標準件的相似性原理,首先確定能夠完整表示該系列標準件所有零件特征的復合零件,根據該復合零件可以派生出此系列標準件中的任一個零件。復合零件是在proe環(huán)境下創(chuàng)建的三維零件模型,也稱之三維零件樣板。在三維零件樣板的基礎上確定一組設計參數來控制零件的形狀和拓撲關系,建立零件族表設計參數的系列尺寸,通過添加不同的系列尺寸來自動生成零件的三維模型,創(chuàng)建一系列的常用標準件,即標準件庫。

2.1 族表創(chuàng)建標準件步驟

(1)建立樣板零件。按手冊上的國標尺寸建立尺寸間關系,創(chuàng)建一個作為原型零件的標準模型,并在該模型上產生欲作為基因參數的特征、尺寸等項目。

(2)在菜單中選取“工具—族表”,進入族表菜單。

(3)在彈出的族表窗口中單擊“增加/刪除表列按鈕”,彈出“族項目對話框”,在族項目中選擇要增加的項目,包括尺寸、特征及組等。

(4)使用特征收集器的功能加入特征、尺寸、參數、部件,參照模型、組、陣列表等內容供子零件產生變化。

(5)驗證子零件的正確性。為使每個子零件均可以順利產生,需要驗證子零件。若有檢驗失敗,則需檢查錄入的數據,修改后再進行檢驗直到全部成功為止。

2.2 設計實例

下面以一種全螺紋螺栓GB5781-86為例說明族表創(chuàng)建過程。

(1) 首先建立螺栓的樣板零件。以螺栓GB5781-86M10×30為樣板零件,添加螺栓長度,螺紋外徑,螺栓頭大小等參數,以及其關系式,通過拉伸,旋轉,剪切等特征工具創(chuàng)建樣板零件螺栓M10×30。然后保存為luoding prt。將上面創(chuàng)建的零件打開,刪除外螺紋特征,如圖1所示。因為螺栓本身就是標準件,畫出外螺紋僅是示意其外形,只需要創(chuàng)建修飾螺紋就行。

圖1 螺栓上螺紋簡化修飾螺紋

(2) 選擇<工具> <族表> ,在族表窗口中單擊增加/刪除表列按鈕,彈出族項目對話框,在族項目中選擇“尺寸”項目,將螺栓的長,螺紋外徑等添加到族表項目中。

(3) 通過手動輸入或利用Excl表格編輯器輸入各組尺寸的數值,如圖2所示。

圖2 完成的族表

(4) 對即將生成的族表進行校驗,驗證零件的正確性。至此,一個簡單的零件族表圖庫就完成了,其他的零件按照此方法亦可創(chuàng)建其族表。當打開帶有族表的文件時,會出現如圖3所示的對話框。可以按名稱或者按參數選擇所需的標準件。

圖3 族表零件的使用

2.3 零件庫創(chuàng)建和使用

利用族表工具,按照上述過程,可以創(chuàng)建螺栓、螺母、鍵、銷、鉚釘、齒輪、軸承等標準零件件庫。有了這些在proe中建立的模型文件,為了在產品設計過程中更好、更方便、更快捷地調用這些零件,需要解決零件庫進行管理和調用問題。在此對零件庫件進行分類,如國標零件庫,通用零件庫,其他零件庫等,其中國標零件庫又可以分為齒輪、聯接緊固件及滾動軸承幾大類,并分別建立目錄存放這些文件,如果需要增加零件庫只需添加目錄即可。

2.3.1 創(chuàng)建菜單文件

為了實現在proe中直接調用這些個零件庫,首先需要建立所有目錄及子目錄的菜單文件(MNU文件)。也就是如果當前目錄名為Library,需要在這個目錄下創(chuàng)建一個跟當前目錄同名的菜單文件Library MNU。下面為Library目錄的結構:

\\Library<總庫目錄>

\\GB_Library<國標標準件庫>

\\General_Library<通用件庫>

\\Other_Library<其他零件庫>

\\Library.mnu<菜單文件>

下面是Library.MNU的文件格式:

Library總庫目錄<分類描述,中間不能有空格。>

#<兩個”#”表示兩個硬回車,其后為分類的具體內容>

/GB_Library<子分類,字庫的名稱>

國標標準件庫<子分類描述,此行也可無內容>

#<一個硬回車,進入下一個子分類>

……

/Other_Library

其他零件庫

在子目錄下也可以繼續(xù)創(chuàng)建子目錄。用上面的方法依次創(chuàng)建所有的目錄和子目錄及對應的菜單文件(MNU 文件) ,注意在每一個目錄下面必須有一個同目錄名一樣的菜單文件。

2.3.2 將零件庫掛上系統(tǒng)

為了能在proe中直接使用所創(chuàng)建的零件庫,需要在配置文件CONFIG中設置: pro_library_dir D:\\<后面是零件庫的目錄路徑>;啟動proe,在打開文件對話框中可以看到零件庫已經掛上。至此,零件庫就可以使用了。

利用這種方法,用戶可以方便創(chuàng)建標準零件庫,并在需要時隨時進行添加。在一定程度上大大減輕了產品設計中的工作量,提高了產品設計效率。

3 基于Pro/TOOLKⅡ開發(fā)典型零件設計系統(tǒng)

Pro/TOOLKⅡ工具包提供了開發(fā)proe所需的函數庫文件和頭文件,使用戶編寫的程序能夠安全的控制和訪問proe,并可以實現應用程序模塊與proe系統(tǒng)的無縫集成,是proe自帶的功能最強大的二次開發(fā)工具。

3.1 Pro/TOOLKIT二次開發(fā)基本過程

(1) 編寫源文件。源文件包括資源文件和程序源文件:資源文件包括菜單資源文件、窗口信息資源文件、對話框資源文件(分別用來完成創(chuàng)建和修改proe菜單、窗口信息和對話框等功能)等;程序源文件指所要編寫的C語言程序,是整個Pro/Toolkit程序開發(fā)的核心部分。

(2) 程序的編譯和連接。為編寫好的源程序進行編譯和連接,生成Pro/Toolkit應用程序。采用C編譯器和連接器創(chuàng)建可執(zhí)行程序(文件后綴名為EXE)或動態(tài)連接庫(文件后綴名為DLL)程序,這兩種都能夠在proe運行。

(3) 應用程序的注冊、運行。編譯連接成功生成的可執(zhí)行程序必須在proe中進行注冊才能運行。注冊Pro /Toolkit應用程序,就是向proe系統(tǒng)提供該程序的相關信息,指定proe應用程序的可執(zhí)行文件、菜單資源文件和對話框資源及信息資源文件的位置、以及此程序所依據的Pro/Toolkit的版本信息等。為此,需要編寫一個應用程序注冊文件,其作用就是在應用程序的注冊完成以后,通知proe開始運行該程序。

3.2 齒輪和軸類零件的參數化設計系統(tǒng)開發(fā)實例

系統(tǒng)實現的原理是利用proe中的二次開發(fā)工具Pro/Toolkit,采用三維模型與程序控制相結合的方式。三維模型不是由程序創(chuàng)建,而是利用交互方式生成。在已創(chuàng)建的零件三維模型(三維模型樣板)基礎上,進一步根據零件的設計要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設計參數。參數化程序針對該零件的設計參數進行編程,實現設計參數的檢索、修改和根據新的參數值生成新的三維模型的功能。

由于本文是先由系統(tǒng)菜單調用UI交互對話框,然后從對話框中輸入所需零件的參數,由程序讀取各參數的值,賦給零件各個參數,實現零件的再生。故需在程序里實現如下主要過程:

//裝入對話框資源、將其調入內存

status=ProU IDialogCreate("spur","spur");

//定義“OK”按鈕的功能,使該按鈕調用函數spurOK ProU IPushbuttonActivateActionSet("spur","Ok",spurOK,NULL);

//設置Cancel按鈕激活函數,使該按鈕調用函數Usr~CancelAction

ProU IPushbuttonActivateActionSet ("spur","Cancel",Usr~CancelAction,NULL);

//顯示和激活對話框

status=ProU IDialogActivate(dialog_name, & ActiveDialog_status);

//從內存清除對話框資源

status=ProU IDialogDestroy(dialog_name);

//將零件(直齒齒輪)zhichi prt調入內存

ProMdlRetrieve(L"D:\\\\LYLixiang\\\\canshu\\\\gear

\\\\parts\\\\zhichi prt",PRO_PART,& part);

//顯示零件

ProMdIDisp lay(part);

//獲取零件ID

ProMdlIdGet(part,& i);

//初始化零件特征

ProModelitemInit(part,i,PRO_PART,& featur);

//初始化各參數

ProParameterInit(& feature,L"TEETH",& param1);

……

//讀取對話框各編輯框的輸入數值

ProU IInputpanelIntegerGet ("spur","teethnum",& teethnum1);

……

//為各變量賦值

value1.type=PRO_PARAM_INTEGER;

value1.value.i_val=teethnum1;

……

//設置各個參數的值

ProParameterValueSet(& param1,& value l);

……

//零件再生

ProSolidRegenerate((ProSolid)part,PRO_B_TRUE);

//關閉對話框

ProU IDialogExit(dialog,1);

首先生成程序可執(zhí)行文件,并編寫注冊文件,在proe中進行注冊,這時就可以看到proe的菜單項中多了一個“ProE二次開發(fā)”的菜單。下拉菜單里有齒輪、軸參數化設計系統(tǒng)菜單及幫助菜單,如圖4所示。

圖4 參數化設計下拉菜單示例

從下拉菜單中單擊選中任何一個菜單都會彈出一個對話框來,如圖5的齒輪參數設計對話框,共有9種不同樣式的齒輪,其中都有三維模型樣板文件,在圖5所示的任何一種類型的齒輪的圖像上單擊鼠標,便調用另一個對話框函數,其中可以對齒數,模數,壓力角,寬度進行設定。圖6為輸入一組參數后系統(tǒng)從parts文件夾調入齒輪的模型,然后賦予新的參數值,再生成模型。軸的參數化設計系統(tǒng)使用過程亦如此。

圖5 齒輪參數化設計系統(tǒng)對話框

圖6 參數化驅動的齒輪設計實例

4 Pro/Program在裝配中的應用

4.1 程序設計的流程

在零件或組件的設計過程當中,若已完成零組件的構建或仍在建構零組件中,則proe系統(tǒng)隨時將零組件的信息寫入程序中,若選取〈工具〉下拉菜單下的〈程序〉,則出現〈顯示設計〉〈編輯設計〉〈例證〉三個選項。程序設計在編輯設計打開的記事本中進行。如圖7所示設計流程。

圖7 程序設計流程圖

4.2 Program應用實例

程序在機床主軸組件的裝配過程仿真中的應用,主要結合proe中的骨架結構圖模塊(Skeleton)來進行,在程序編輯設計中的RELATIONS(關系)END RELATIONS段添加條件語句,實現裝配過程的仿真,從而實現裝配中的碰撞和干涉的檢查功能。

機床主軸組件的建立利用到了自頂向下的設計思想,首先建立好整個組件裝配體的骨架Skeleton,骨架其實就是產品裝配的構架,可以理解為用簡單的幾何線條來描述復雜的幾何結構,是一個裝配體的3D布局,它是在組件中創(chuàng)建的。由于機床主軸組件骨架的建立,主要考慮到沿主軸軸向的長度方向上各軸承,齒輪等的定位,建立的骨架模型中體現了裝配的路徑,即沿軸向的簡單的直線。裝配的仿真和裝配中的零部件碰撞和干涉的檢查即是沿軸線實現的。如圖8所示,列出了主軸前端圓盤,前端法蘭盤、螺母、支承軸承裝配仿真全過程,實現過程的基本原理很簡單,首先建立裝配的組件文件,再建立骨架文件,其中骨架文件定好了各零件的主要定位基準面,如圖8中的圓盤、前端支承軸承的定位基準面。然后插入裝配元件圓盤、法蘭盤、前端螺母、軸承。并使他們的軸線對齊主軸軸線。然后添加其定位面的關系式。關系式必須帶進程標識。最后不斷點擊再生圖標。以圓盤為例,其關系式如下:

RELATIONS

if D3:1>=0

D3:1=D3:1-30

endif

……

END RELATIONS

設定參數值為d3:1,每做一次再生,參數d3:1就減少30,相對應圓盤就沿軸線走30,從而實現動態(tài)仿真。

圖8 圓盤,前端法蘭盤、螺母、支承軸承裝配仿真過程

利用Program可實現裝配過程的動態(tài)仿真,如在安裝前端螺母到主軸固定位置的過程中,若通過proe本身的安裝模塊,利用軸線和端面對齊,即可安裝上;但是這樣只能表現裝配體裝配之前和之后的兩種狀態(tài),至于安裝過程中通過何種路徑進行,則無法體現,對裝配過程中零部件間的干涉和碰撞也無法進行檢查,不能保證設計的合理性。利用Program,可以實現裝配過程的動態(tài)仿真以及裝配過程中的全局干涉檢查。

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