AGW和proe的平面凸輪參數(shù)化三維建模技術(shù)

2013-07-24 by:ProE/Croe培訓(xùn)中心來(lái)源:仿真在線

0 引言

凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、食品機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)、自動(dòng)化儀表以及各種輕工機(jī)械中。凸輪機(jī)構(gòu)之所以得到了如此廣泛的應(yīng)用,是因?yàn)樗嬗袀鲃?dòng)、導(dǎo)向及控制機(jī)構(gòu)的各種功能,可以驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。正是由于凸輪機(jī)構(gòu)的這一特點(diǎn),決定了在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)首先要考慮從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。也就是說(shuō),必須根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定凸輪的輪廓曲線,這就給凸輪的三維實(shí)體建模帶來(lái)了很大難度。因此,利用機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)凸輪時(shí),既要考慮凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,又要考慮不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律作用下凸輪輪廓的變化,這也是凸輪參數(shù)化三維建模的意義所在。

本文利用機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件proengineer Wildfire 4.0對(duì)盤(pán)形平面凸輪進(jìn)行了三維建模。在生成凸輪輪廓曲線時(shí),采用了尺寸驅(qū)動(dòng)和參數(shù)化的方法,輸人不同的結(jié)構(gòu)參數(shù),相應(yīng)以得到了不同的凸輪輪廓。同時(shí),利用Visual Basic6.0設(shè)計(jì)了獨(dú)立的程序界面,通過(guò)接口程序Automation Gateway 4.2(AGW)驅(qū)動(dòng)proengineer實(shí)現(xiàn)了平面凸輪輪廓的參數(shù)化設(shè)計(jì)。這種方法簡(jiǎn)單、快捷,不僅可以大大提高PROE二次開(kāi)發(fā)的效率,同時(shí)對(duì)于平面凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化三維建模而言也是一種行之有效的設(shè)計(jì)方法。

1 設(shè)計(jì)方法

通常,在設(shè)計(jì)凸輪時(shí),先根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,然后根據(jù)這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪的輪廓。傳統(tǒng)的凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法有作圖法和解析法兩種,以解析法最為常用,解析法是基于反轉(zhuǎn)法的原理,先求出凸輪輪廓曲線方程式,再精確計(jì)算出凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。

以偏心直動(dòng)滾子從動(dòng)件為例,設(shè)凸輪機(jī)構(gòu)的偏距為e;基圓半徑為r₀;轉(zhuǎn)向系數(shù)η,當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)δ為1,轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)為一1;經(jīng)過(guò)滾子中心的從動(dòng)件導(dǎo)路線偏于Y軸正側(cè)時(shí)δ為1,偏于Y軸負(fù)側(cè)時(shí)δ為一1。令

則凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程為:

凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線有很多種,常見(jiàn)的有等速度曲線、等加速度曲線、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線、擺線運(yùn)動(dòng)曲線、修正正弦運(yùn)動(dòng)曲線、修正梯形運(yùn)動(dòng)曲線、3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線、4-5-6-7多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線、3-4-5單停曲線等,每種曲線對(duì)應(yīng)一組公式,該公式用于計(jì)算當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過(guò)勢(shì)角時(shí)滾子中心將移動(dòng)的距離s。以3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線為例,其公式為:

其中,h為凸輪升程,φ為終止角。

2 平面凸輪的proe三維建模方法

下面以直動(dòng)滾子3-4-5階多項(xiàng)式凸輪來(lái)說(shuō)明凸輪的具體創(chuàng)建過(guò)程。

設(shè)凸輪推桿升程為30mm,升程角為70⁰,遠(yuǎn)休止角為110⁰ ,回程角為50⁰,近休止角為130⁰,基圓半徑為40mm,推桿滾子半徑為10mm,凸輪的中央孔徑為20mm,厚度為30mm,偏距為5mm。具體步驟簡(jiǎn)述如下:

(1)新建文件,命名為cam.prt。

(2)利用【程序】命令輸人原始參數(shù)。選擇【工具】/[程序】命令,在INPUT和END INPUT語(yǔ)句中間輸人凸輪的默認(rèn)設(shè)計(jì)參數(shù),即升程h、基圓半徑r、滾子半徑r,凸輪中央圓孔半徑ro、凸輪的厚度width以及凸輪的4個(gè)轉(zhuǎn)角fail~fai4等。

(3)插人凸輪輪廓曲線方程。選擇【插人】/【模型基準(zhǔn)】/【曲線】命令,選取【從方程】選項(xiàng)后,再單擊【完成】選項(xiàng)。則系統(tǒng)自動(dòng)彈出記事本應(yīng)用程序,輸人描述第一段凸輪理論輪廓曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式,然后選擇記事本程序主菜單中的【文件】/【保存】命令退出記事本應(yīng)用程序。

(4)生成凸輪輪廓曲線。系統(tǒng)成功創(chuàng)建了凸輪的第一段理論輪廓曲線。重復(fù)步驟3,繼續(xù)創(chuàng)建凸輪剩余的第2、3、4、5、6段理論輪廓曲線。

(5)拉伸草圖輪廓,完成凸輪參數(shù)化建模。選擇【插人】/【拉伸】命令或者單擊工具欄中的拉伸按鈕后,拉伸指定輪廓至指定高度,完成凸輪實(shí)體建模。

(6)生成凸輪的實(shí)際輪廓。掃描一個(gè)與理論凸輪輪廓曲面距離為滾子半徑長(zhǎng)度的曲面,并向外拉伸去除材料,得到凸輪的實(shí)際輪廓曲面。

(7)生成凸輪中心孔。利用拉伸去除,生成凸輪中心孔,完成凸輪的建模,

(8)指定尺寸關(guān)聯(lián)。選擇【工具】/【關(guān)系】命令,則系統(tǒng)彈出【關(guān)系】對(duì)話框,在該對(duì)話框中的【查找范圍】選項(xiàng)組中選擇【特征】選項(xiàng),將系統(tǒng)默認(rèn)生成的特征尺寸指定為步驟2中預(yù)先設(shè)定的凸輪輪廓參數(shù)變量。

這樣,利用【再生】方法,給參數(shù)變量輸人不同的數(shù) 值、關(guān)聯(lián)尺寸便生成了新的凸輪輪廓,從而實(shí)現(xiàn)了凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3 VB通過(guò)AGW對(duì)proe進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方法

3.1 利用AGW進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的基本方法

通過(guò)上述方法生成的凸輪輪廓,利用proe自身的【再生】功能,亦可實(shí)現(xiàn)凸輪的參數(shù)化建模,但整個(gè)建模過(guò)程不能脫離proe軟件的操作,給操作帶來(lái)諸多不便。而利用VB開(kāi)發(fā)獨(dú)立的程序界面或獨(dú)立的軟件包,將參數(shù)賦給AGW服務(wù)器,再由AGW驅(qū)動(dòng)proe生成凸輪模型,這種方法不但直觀且簡(jiǎn)潔明了,操作也十分簡(jiǎn)便。

3.2 Automation GATEWAY(AGW)軟件簡(jiǎn)介

Automation GATEWAY (AGW)是RAND公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)proeNGINEER軟件的二次開(kāi)發(fā)工具,與proeNGINEER系統(tǒng)自帶的二次開(kāi)發(fā)工具Pro/TOOLKIT相比具有簡(jiǎn)單易用等優(yōu)點(diǎn)。Automa-tion GATEWAY在Visual Basic和proeNGINEER之間起到了橋梁和紐帶的作用,通過(guò)AutomationGATEWAY就可以利用Visual Basic訪問(wèn)proeNGINEER底層數(shù)據(jù)庫(kù),自動(dòng)實(shí)現(xiàn)proeNGINEER任務(wù)、創(chuàng)建用戶(hù)界面、完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù),也可以將任何支持 ActivX的應(yīng)用程序與proeNGINEER建立直接聯(lián)系。利用Visual Basic,可以使Microsoft Office產(chǎn)品(如Word,Excel和Explorer)和proeNGI-NEER對(duì)象之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

Automation GATEWAY最顯著的特點(diǎn)是可以用簡(jiǎn)單易用的VB建立我們所需要的應(yīng)用程序,利用這個(gè)程序可以控制proeNGINEER模型的建立過(guò)程,從而很方便地建立適合本單位的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

3.3 基于VB的程序界面設(shè)計(jì)

在凸輪Pro/program建模的的基礎(chǔ)上,利用VB建立一組參數(shù)設(shè)定界面,在界面中輸人相應(yīng)的參數(shù)值,程序傳遞參數(shù)給AGW,再由AGW驅(qū)動(dòng)proeNGINEER,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所輸人的參數(shù)值生成新的凸輪模型。

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