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基于Pro_E的计算机辅助组合机床总体设计系统开发.pdf基于Pro_E的计算机辅助组合机床总体设计系统开发.pdf -- 1 元

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2008年7月第36卷第7期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSJul12008Vol136No17收稿日期20080229作者简介李月琴1957,女,河南省获嘉县人,学士,副教授,高级工程师。主要从事机械设计及CAD/CAM的教学和科研工作。电话13523035076,Emaillyq905zzuli1etu1cn。基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统开发李月琴1,郭志强1,何培英1,张文辉211郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州45000221郑州锅炉有限责任公司,河南郑州450001摘要设计了基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统结构,论述了该系统的实现方法及开发步骤,给出了系统的总体框架和开发的关键技术。该系统既能使设计人员从自动化和智能化的角度上利用先进设计手段,又能充分利用历史设计经验,从而缩短组合机床的设计周期,并在很大程度上减少了设计人员的重复性劳动。关键词Pro/E平台计算机辅助设计组合机床实现方法中图分类号TP391172文献标识码B文章编号10013881200871473DevelopmentofComputerAidedModularMachineToolIntegratedDesignSystemBasedonPro/ELIYueqin1,GUOZhiqiang1,HEPeiying1,ZHANGWenhui211Dept.ofMech.ScienceandEng1,ZhengzhouInstituteofLightIndustry,ZhengzhouHenan450002,China2.ZhengzhouBoilerCompanyLimited,ZhengzhouHenan450001,ChinaAbstractTheframeworkofcomputeraidedmodularmachinetoolintegrateddesignsystembasedonPro/Ewasdesigned.Theimplementationmethodanddevelopingprocessofthissystemwasdiscussed,itsoverallframeworkandkeytechniqueswereintro2duced.Thissystemcanhelpdesignersutilizeadvanceddesigntechnologyandhistoricaldesignexperiencemoreautomaticallyandin2telligently.Usingthissystem,thedesigncycleofmodularmachinetoolwillbeshorteddramaticallyandtherepeatedworkbydesign2erswillbereduced.KeywordsPro/EComputeraideddesignModularmachinetoolImplementationmethod0引言组合机床加工是现代企业实现大批量生产的常用手段,尤其在壳体类零件的大批量生产中,为保证产品质量、提高生产率、降低成本,组合机床起着非常重要的作用。但组合机床设计是一项复杂而繁琐的工作,传统设计方法周期长,工作量大,设计效率低。采用当前应用较多的通用商品化软件设计组合机床,效率虽然有所提高,但与机床产品的设计和更新周期相比,仍然不能满足要求,许多资源信息和设计经验不能够再利用。因此,采用先进的设计技术和手段,加快设计速度,提高设计质量,缩短开发周期,是提高组合机床设计效率、降低企业成本、提高竞争力的有效途径。随着计算机辅助设计技术的飞速发展,利用计算机辅助设计技术,开发出实用的计算机辅助组合机床系统是解决这一问题的有效方法和手段。本文根据组合机床的设计特点,以三维参数化软件Pro/E为设计平台,开发了基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统,该系统以实用和通用为原则,以标准化和开放性为目标,实现对组合机床总体设计全过程的支持。1系统总体结构组合机床是一种根据被加工零件结构形状及工艺要求,以大量的标准化、系列化通用部件为基础,配以少量专用零部件组成的专用高效自动化技术装备。基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统应为设计人员提供一个良好的设计服务环境,应具备快速获取相关信息、检索定位、分析计算、生成和存储、输入和输出、图形设计和处理以及良好的人机交互等功能。因此,开发基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统时参考人工设计组合机床的过程,同时兼顾计算机处理设计问题的特点,融三维参数化图形技术、交互式界面设计技术和数据库管理技术于一体,采用基于标准件和历史实例变异或创成,以及人机交互的混合设计方式,面向对象,建立了与组合机床总体设计相关的工艺信息、标准零部件、专用零部件和组合机床历史实例数据库及机床功率、夹具夹紧力计算、定位误差分析程序库。根据组合机床的分类特点,利用VC610语言开发机床总体方案设计的各个模块并通过对工艺信息和工艺参数的计算、分析和处理,采用几何尺寸约束和装配约束的三维参数化关联技术,由系统实现对各个标准零部件的自动检索、匹配和选择专用零部件设计则可由设计者根据加工工艺要求进行交互式全新设计,也可以根据所加工零件的工序信息与工序信息资料库中已有的零件工序信息进行比较,对吻合程度较高的类似专用零部件实例或组合机床历史实例进行检索、引用、修改或变异设计,最终形成组合机床三维实体模型。机床的二维工程图诸如工序图、加工示意图、机床总体联系尺寸图及其它零部件图可在Pro/E环境中由机床的三维模型直接生成后经整理获得。整个系统按功能分为5个主要模块零件工序信息提取模块、计算分析模块、标准零部件选择模块、专用零部件设计模块、数据库管理模块。系统总体结构如图1所示。图1系统总体结构零件工序信息提取模块。主要是通过人机交互的方式获取与所设计机床相关的工序信息,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、进给量、进刀深度、夹具的夹紧方式、工件的定位基准等。计算分析模块。利用计算分析程序进行机床功率、夹具夹紧力大小及定位元件结构尺寸计算和定位误差分析等,承担系统的设计计算功能。标准零部件选择模块。该模块根据组合机床国家标准,利用Pro/E三维参数化技术建库,存放诸如各种标准动力头系列,滑台系列、底座、立柱、主轴箱等系列,建立开放性接口,可以自动或手动检索、选择这些具有典型功能的标准零部件进行组合或替换,创成全新机床,也允许设计者将新的标准件存入库中备查。专用零部件设计模块。检索典型历史零部件或机床方案进行变异、修改或替换设计。直至将最终方案零部件的工序信息存入工艺信息资料库,三维零部件存入专用零部件和机床历史实例库中成为历史实例备查,该模块设置有开放性接口,用户可以随时检索和调用库中资源,也可以随时把完成的专用零部件或机床添加到库中,以增强系统有效利用历史设计经验的能力。数据库管理模块。建立零件工序信息提取模块、计算分析模块、标准零部件选择模块、专用零部件设计模块的联系和通信,对庞大的系统数据进行管理,实现设计系统的快速查询、调用、更新和修改,此外,系统还提供了刀具、夹具等专用零部件的分类图形和技术信息的处理和管理功能。2系统实现方法211系统开发平台本系统以三维软件Pro/E野火版为开发平台,利用软件所提供的二次开发工具Pro/Toolkit和VisualC610进行开发,建立工序信息资料库、标准零部件库、专用零部件和机床实例库并编程实现各种计算,利用交互设计方法,实现参数化图形及信息传输的管理,并将组合机床设计系统嵌入Pro/E环境,完成各类组合机床的设计及工程图输出。212系统实现方法21211开发框架本系统借助于VC610的集成开发环境进行应用程序源文件的开发和编译。Pro/E野火版的二次开发工具Pro/Toolkit封装了许多针对Pro/E底层资源调用的库函数与头文件。通过这些库函数与头文件可以很方便地在VC环境下进行二次开发,系统开发框架如图2所示。图2系统开发框架21212系统开发的步骤利用Pro/Toolkit对Pro/E进行二次开发包括3个步骤,即用VC语言编写源文件,并生成可执行文件编写可执行文件在Pro/E中的注册文件编写用来定义菜单项、菜单项提示等信息的文本文件等。841机床与液压第36卷3关键技术系统开发的核心在于解决好下面几个关键技术问题。1组合机床系统与Pro/E的无缝集成组合机床系统与Pro/E的无缝集成是通过Pro/E软件提供的二次开发接口,采用同步模式的动态连接库dll来实现的。首先在C语言编辑环境中,编译和生成一个连接Pro/E和组合机床系统的Pro/Toolkit应用程序,然后将此应用程序在Pro/E中进行注册,这样机床系统就像是Pro/E本身的程序模块一样,调用起来方便、协调。用C语言编写开发的交互式用户对话框与中间接口Pro/Toolkit应用程序的集成同样图3集成方式采用动态链接库DLL方式实现,Pro/E系统、Pro/Toolkit应用程序和交互式用户对话框应用程序的无缝集成是系统开发的关键技术之一,三者之间的通信如图3所示。2用户菜单开发多数设计者使用系统时习惯于命令菜单和交互式对话框,因此,在基于Pro/E的二次开发过程中,添加用户的自定义菜单是最基本和最常用的技术,同时菜单在Pro/E标题栏上的生成又代表着动态链接库加载的成功。基于Pro/E的用户菜单开发,首先应用Pro/Toolkit提供的一系列函数,利用C语言编写源文件,然后编写用来定义菜单项、菜单项提示等信息的文本文件,图4为组合机床总体设计系统的菜单及菜单项按钮。图4系统菜单及菜单项按钮3交互式用户界面设计交互式用户界面以人机联合决策的方式完成组合机床工序信息提取、标准零部件的自动选择、专用零部件和机床历史实例的检索和调用、机床夹具夹紧力计算、定位误差分析等。整个界面利用Pro/Toolkit提供的用户对话框操作函数和Pro/E资源进行开发。交互式用户界面设计主要包括对话框资源文件编写和相应的控制程序设计两大部分,对话框资源文件功能是设计对话框元件的组成、外观、属性等,控制程序用C语言编写,用来实现载入对话框资源,显示对话框、设置动作和退出对话框等功能。组合机床总体设计系统用户界面以列表形式将标准零部件或专用零部件及机床历史实例等按照所属机床类型在对话框左侧显示,而右侧为系统计算和自动选取标准零部件部分。图5为组合钻床设计的交互式对话框,左侧以列表形式列出了标准动力头、滑台、侧底座、中间底座、主轴箱以及专用零部件、机床历史实例等,可以非常方便地由设计者在表中自主选择,标准零部件的选择也可以通过右侧按钮由系统根据所计算的动力头功率自动选取。图5交互式用户界面4标准零部件的自动调用技术为实现相匹配标准零部件的准确自动检索和调用,标准零部件图形库与工序信息资料库以及相匹配的标准零部件之间都建立了一一对应关系。这种映射关系建立的基础是需要按照一定的规则来建立图形库和工序信息资料库,然后在编程时予以确定和连接。连接的操作方法先根据标准零部件名在标准零部件图形库选取所要连接的零部件,然后根据标准零部件的工艺和装配特点确定检索或调用时的若干控制参数,然后在Pro/Toolkit编程环境下,通过零部件文件名再打开该零部件图形文件,把获得的控制参数导入该零部件族的相应图形中。标准部件之间的对应关系,在编程时通过几何尺寸和装配尺寸连接,但要注意,编程时的图形文件名以及各控制参数必须和数据库中的保持绝对一致,否则不能保证准确的自动检索和调用。5数据库操作技术数据库的作用主要是存储机床设计时所用的各种数据和保存设计过程中产生的各种中间信息。组合机床设计过程所用到的数据主要包括三大类一类是标准零部件、专用零部件和机床历史实例等图形管理数据和有关属性信息,为设计人员提供充足的图形资源,避免重复性劳动另一类是设计中所用的各类加下转第163页右下方941第7期李月琴等基于Pro/E的计算机辅助组合机床总体设计系统开发一方面要截断电磁换向阀A口和B口的通路,另一方面要降低液控单向阀控制油口的压力。经过认真分析后,采取在液控单向阀411、412和电磁换向阀511、512处叠加阀块的改造措施来解决其故障。其中,对液压系统原理图做出如下调整把电磁换向阀511、512的油口T连接到系统泄漏口L上,使电磁铁111DT、112DT得电时,液控单向阀411、412的控制油口X和系统泄漏口L相连,从而消除了背压,保证了液控单向阀411、412的正常工作。改造后的光整机下支承辊液压伺服系统原理图见图2。采取此改造措施时,根据液控单向阀411、412和电磁换向阀511、512的结构,并参照其安装底板图纸设计阀块,将设计好的阀块叠加到下支承辊原液压系统的阀块上。在电磁换向阀511、512处叠加的阀块,堵死了电磁换向阀的A口,并从所叠加阀块的侧面接通控制油来控制液控单向阀411、412,同时把电磁换向阀511、512的回油口从所叠加阀块的侧面引出,连接到系统的泄漏管路上。在液控单向阀411、412处叠加的阀块,堵死了液控单向阀的控制油口,从所叠加阀块的侧面接控制油路到电磁换向阀511、512所叠加的阀块上。系统经过叠加阀块改造后,电磁换向阀的A口和B口被隔离,同时液控单向阀也工作正常。4结论光整机液压伺服系统经过上述改造后,工作状况良好,达到了设计要求。光整机投入使用多年来,该液压系统工作正常,大大改善了镀锌板的表面质量,取得了很好的经济效益。总结该系统的改造过程有两点体会,一是液控单向阀使用时,要充分考虑其现场的安装情况,进而决定控制油口的引入位置,防止由于控制油压力过高而使液控单向阀失去其自身的功能,从而导致系统故障。二是在液压阀块的制作中,要仔细认真,防止由于阀块制作错误而导致液压系统故障。参考文献【1】成大先.机械设计手册单行本.四版.液压传动M.化学工业出版社,2004.上接第142页返工率、制造周期等将会大大减少,这必将对我国工程机械的成本降低、效能提高以及更新换代等产生很大的影响,虚拟样机技术在我国工程机械的设计与研究中将会发挥越来越大的作用。参考文献【1】MSC.Software.MSC.ADAMSFSP基础培训教程M.北京清华大学出版社,2004.【2】MSC.Software.MSC.ADAMS/View高级培训教程M.北京清华大学出版社,2004.【3】V.soboni.DesignoptimizationofmechanicalsystemsJ.ProductTechnologyGroupMechanicalDynamics,inc.1989.【4】吴庆呜,梅华锋,张志强.基于ADAMS的连杆机构多体动力学仿真研究J.工程设计学报,20056344347.【5】韩宝菊,肖任贤.基于ADAMS的装载机工作装置的动力学分析与仿真J.机械工程及自动化,20062116118.【6】陈立平,张云清,任卫群,等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程M.北京清华大学出版社,2005.【7】郑凯,胡仁喜,陈鹿民,等.ADAMS2005机械设计高级应用实例M.北京机械工业出版社,2006.【8】王国强,张进平,马向丁.虚拟样机及其在ADAMS上的实践M.西安西北大学出版社,2002.【9】马乐,赵克利,翟洪岩.大型矿用挖掘机工作装置仿真J.计算机辅助工程,20069361363.上接第149页工工序信息等数据,如各种加工方法的切削速度、进给量、进刀深度等第三类是用于机床功率计算、夹具夹紧力计算、误差分析等程序数据。所有这些数据分别类属于4个数据库,各数据库由程序关联和通信,通过交互界面的形式呈现,设计者根据输入的参数或属性信息实现数据库操作。4结束语组合机床设计是一项复杂而繁琐的工作,本系统既能使设计人员从自动化和智能化的角度上利用先进设计手段,又能充分利用历史设计经验,从而缩短组合机床的设计周期,并在很大程度上减少了设计人员的重复劳动。参考文献【1】刘万强,李迎春,等.基于SolidEdge的组合机床总体设计三维造型系统的研制J.机床与液压,20059150152.【2】王旭华,廖文和,刘德仿.基于知识的组合机床总体方案CAD系统的研究J.组台机床与自动化加工技术,200224547.【3】李春梅,崔凤奎.组合机床模块化设计CAD系统J.河南科技大学学报自然科学版,2004,255912.【4】孙建军,李玉翔,肖放.组合机床通用部件参数化绘图系统设计J.天津工业大学学报,2001,2054849.361第7期柴光远等液压AGC系统改造
编号:201311161754424813    大小:488.33KB    格式:PDF    上传时间:2013-11-16
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