Toolkit的弧面分度凸轮的CAD系统开发.pdf

第 2 期 总 第 165 期 2011 年 4 月 机 械 工 程 与 自 动 化 M E C H A N IC A L E N G IN E E R 1N G A U T 0 M A T IO N No 2 A pr 文章 编号 1672 6413 2011 02 0031 03 基于 Pro T ool ki t 的弧面分度 凸轮 的 C A D 系统开发 高洪明 刘 1 南京航 空航 天大学 机 电学院 江 苏 南京 210016 2 苏 贺 炜 南京工业职业技术学院 机械工程系 江苏 南京 210046 摘要 弧面分度 凸轮设计 繁琐 为此利用Pro T ool ki t 在P ro E ngi neer 平 台上开发 了一个弧面分度 凸轮 的设计 系统 以辅助 设计人员进行设计 简化设计过程 通过对 凸轮 的参数化设计 并利用计算机 自动生成 凸轮轮廓 曲面数 据点的方法 完成 了对孤面分度 凸轮 的设计 关键词 弧面凸轮 P ro T ool ki t Pro Engi neer 二次开发 中图分 类号 T H 132 47 T P 391 72 文献标识码 A 0 引 言 弧面分度凸轮轮廓曲面是较为复杂的不可展空间 曲面 其人工设计非常繁琐 整个设计过程包括从动 件运动规律的选择 结构设计 机构运动参数及几何 参数的计算 工作 曲面的设计等 最后绘制机构的装 配图和零件图 本文利用P ro E ngi neer 的二次开发模 块Pro T ool ki t 开发 了一个弧面分度凸轮 的辅助设计 模块 将弧面分度凸轮的设计参数化 大大简化了设 计过程 缩短了产品设计周期 1 弧面分度凸轮的设计及计算 弧面分度凸轮的工作轮廓曲面是不可展的空间曲 面 不能用展开成平面廓线的方法设计 按照空间包 络曲面的共轭原理 凸轮的工作廓面与从动盘滚子间 的共轭接触点必须满足以下条件 在共轭接触位置 两曲面上的两对应共轭接触点必须重合 在共轭接 触点处 两曲面间的相对运动速度必须垂直于其公法 线 两曲面在共轭接触点处必须相切 不产生干涉 且在共轭接触点的领域亦无 曲率干涉 根据以上 3 个 基本条件 可以对从动盘上滚子 圆柱面共轭的弧面分 度凸轮工作轮廓曲面进行推导 如图 1 所示 在弧面分度凸轮上建立如下坐标系 均按右手法则建立 1 与凸轮 l 相连的动坐标系 OIX Y 其原点 O 取在凸轮中心 z 轴通过凸轮中心 O 并垂直于凸轮转 动轴线 的平面上 图 1 c 为此平面截面示意图 Y 轴与 轴组成 的平面垂直于凸轮转动轴线 轴即凸 轮 的转动轴线 选择 的箭头方 向时 面对 箭头 看 凸轮为逆时针转动 2 与转盘 2 相连的动坐标系 02X Y 其原点 0 取在转盘转动中心 z 轴沿滚子的 自转轴线 即转盘 的径 向线 轴与 z 轴组成的平面为滚子的中心平 面 与转盘旋转平面平行 轴即转盘的转动轴线 垂 直 于纸 平 面向外 一一一 j 一1 o f 一 1 一 f g O a c 图 1弧面凸轮的设计 坐标系 由于篇幅关系 本文中略去具体推导过程 详见文 献 1 第166 页 172 页 最终推导出弧面分度凸轮工 作曲面的方程式如下 1一 2c o s osO py 2si n o s0 z 2si n O C c osO Y 1 一一 2c osfsi n0 Py 2si nfsi n 0 2c os0 C si n0 1一 p x zsi nq y 2c os 其中 P 为凸轮分度期廓线的旋向符号 左旋P 一 1 右旋P 一一1 C 为凸轮和转盘间的中心距 z Y 为滚子 圆柱工作面上共轭接触点在 S 坐标系中的三 维坐标 按共轭接触方程式共有两组数值 0 为齿轮的 收稿 日期 2010 09 20 修回 日期 2010 11 02 作者简介 高洪明 1986一 男 湖南常德人 在读硕士研究生 主要研究方 向 机械 C A D C A M 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 32 机 械 工 程 与 自 动 化 2011 年 第 2 期 转角 在凸轮分度期开始处 一0 面对 轴箭头看 逆时针 向量度为正 O 护 0j 为凸轮分度期的转 角 为滚子的位置角 它是滚子中心和转盘 中心的连 线 o 与定坐标轴 OOX 问的夹角 由O0 Z 起逆时针向 量 度 为正 1 2 Pro E 下计 算机 辅助 设计 模块 的开发 2 1 整体 设计 思路 将 弧 面 分 度 凸 轮 的 设 计 过 程 封 装 到 Pro E ngi neer 系统 内部 设计人员就可以通过在可视化对 话框中输入凸轮参数 选择凸轮运动规律 从而生成 三维模型 便于及时查看设计效果 如不满意可以随 时修改 大大提高了设计效率 使设计变得更加方便 具体工作流程见图 2 图 2 弧 面 凸轮 设 计 工 作 流 程 图 2 2 M FC 下 Pro T ool ki t 应 用程序设 计 M FC 是 微 软公 司 为 C 编 程 人 员提 供 的一 个类 库 以 C 类的方式封装 了W i ndow s 的 A PI 并包含 了应用程序框架 可以减少程序开发人员 的工作量 M FC 可以充分利用 V C 开发环境提供的先进技术 工具 实现界面的可视化设计 相比于P ro T ool ki t 自 身的 U I 对话框 使用 M F C 的对话框界面布局上更加 容易 修改 调试也更加方便 完成 弧 面 分度 凸轮 的Pro T ool ki t应 用 程 序 主 要 分 为 以下 几步 1 创建菜单信息 文件并 添加到程序 菜单是 Pro E ngi neer 的主要用户界 面 Pro T ool ki t 提供 了 一 系列菜单操作函数 方便创建和管理菜单 编程人 员要定制 自己需要的菜单 首先必须创建相应 的菜单 信息文件 之后 就可以利用Pro T ool ki t 提供的菜单 操作函数 ProM enubarM enuA dd ProCm dA c ti onA dd P roM enubarm enuP ushbuttonA dd 等添加应用程序 中 用户所需的菜单项 l2 2 创建 M F C 可视化对话框 打开 V C 在 V i sual C 集成开发环境下创建一个Pro T ool ki t 应用程序 的基本框架 设置好包含文件及库文件路径 并添加 所需库文件 接着创建如图 3 图 5 所示的参数对话 框 创建好对话框后 用 Cl assW i zard 创建对话框类 并定义对话框相应的消息响应函数 图 3 参数对话框 1 图 4 参数对话框 2 图 5 参 数 对 话 框 3 3 编程实现 Pro E ngi neer 下弧面分度凸轮的参 数化设计 首先 在创建框架 的 app 文件 中加入Pro T ool ki t 应用 程序 的初始 化 函数 user i ni ti al i z 以及 终止同步模式的Pro T ool ki t 应用程序时的调用 函数 user term i nate 并在 头 文件 中包含 程序所 需 的P ro T ool ki t 头 文件 接下来就可以在 user i ni ti al i z 函数 中利用P ro 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2011 年第 2 期 高洪明 等 基于 P ro T ool ki t 的弧面分度凸轮的 C A D 系统开发 33 T ool ki t 工具包提供 的菜单操作 函数添加先前创建 的 菜单信息了 应用程序在P ro E ngi neer 中注册成功后 的效果见图 6 图 6 栗 单 效 果 添加完 菜单 项之后 还要依次完成菜单 的响应 函 数 实现凸轮的参数化设计功能 首先 我们来完成 轮毂的参数化设计功能 要实现轮毂的参数化设计先 要建立一个轮毂 的模型 并在Pro E ngi neer 设置好其 参 数 对 象 在 Pro T ool ki t 应 用 程 序 中 可 以 调 用 P roParam eterIni t 函数来获取参数指针 以便修改模 型参数 在轮毂参数对话框中输入相应设计参数 就 可以直接生成用户所需的轮毂模型 轮毂生成后 最 后完成 凸轮的工作曲面设计 根据 凸轮工作 曲面方程 式 编写代码计算轮廓曲面上坐标点并输出 轮廓曲 面坐标点的部分计算代码如下 for a 0 a m tad a a 2 CO S st m c s i n st zl m p x 2 si n am y2 COS am fpri ntf fp d t fXt fXt fXn j x1 yl z1 在应用程序 中按步骤输入所需参数 输出曲面坐 标点数据 生成凸轮工作轮廓面的坐标点文件后 在 Pro E ngi neer 中将坐标点文件导入 便可混合生成凸 轮轮廓面 在P ro E ngi neer 中完成剩下的建模 将工 作 曲面补充完整并实体化 裁掉多余部分 最终得到 弧面分度凸轮的三维模型 最后效果如图 7 所示 图 7 凸轮最终效果 J 3 结束 语 fpri ntf fp Begi Sec ti l nBe gi C rve d i 本文介绍了利用 PT C 提供的Pro T ool ki t 工具包 t a m rad 在Pro E ngi neer 下进行弧面分度凸轮辅助设计系统 ParaW orkLaw 1aw 根据从动件运动规律求参数 开发的全过程 完成了凸轮轮毂的参数化设计以及计 i 一 af 求 子角 移 一 算凸轮工作曲面轮廓的编程 在开发的应用程序中 设 rat af 18 0 pi 求 角 速 度 比 磊 薷 藉 am ai ax I 求 滚 子 位 置 角 旭 l 土 叶日 兰 日 匕 工 l l q H 1b叶 D爿 J 1HlJ L工J t pi 180 凸轮的工作轮廓面的点云数据 在Pro E ngi neer 中导 for rr rs rr re rr rr 2 入这些坐标点数据就能构建出凸轮工作曲面 使得 凸 轮的设计变得更加简单方便 大大提高了设计效率 缩 短了产品生产周期 i f si de fi atan m P rr m C rr COS am rat HH 上 一 p i 参考文献 1 fi atan 一 D 一 一 am ra1 1 邹慧 君 殷 鸿梁 间歇运 动机构设 计与应 用创新 M 北 求滚子圆柱形工作面点坐标 京 机械 工业 出版社 2008 2 m 2 李世 国 Pro T ool ki t 程序设 计 M 北京 机械 工业 出版 y2 m r COS fi 社 2 00 3 z2 m r si n fi I 3 张继春 Pro E 二次开发实用教程 M 北京 北京大学 求凸轮工作轮廓曲面点坐标 出版社 2003 l x2 st 一 一 P Y2 si n am c os st z2 4 邹筝 康晓林 袁 建洲 等 V i s ual C 6 0 实用教程 M si n st 一 c c 0 北京 电子工业出版社 2008 D evel opm ent 0f C A D System B ased on P ro Tool ki t fo r A rc S u rfa c ed In d ex i n g C a m G A O H o ng m i n g LIU S u H E Wei 1 C ol l ege of M ec hani c al and E l ec tri c al E ngi neeri ng N anji n g U ni versi ty of A eronautic s an d A stron auti c s N anjin g 210016 C hi na 2 D epartm ent of M ec han ic al E ngi neeri ng N anji n g Insti tute of Indu stry T ec hnol og y N anji ng 21 0046 C hi na A b stra c t B ec au se of the desi g n of a rc su rfac ed i n de xi ng c am s i s v ery d i ffi c u l t th i s p ape r d evel op ed an arc su rfac e i nd ex i n g c a m desi gn system based on Pro T ool ki t to hel p desi gni ng and si m pl i fy the proc ess of desi gn Based on the param etri c desi gn i dea by u se o f a