AGW和proe的平面凸輪參數化三維建模技術

2013-07-24 by:ProE/Croe培訓中心來源:仿真在線

0 引言

凸輪機構廣泛應用于紡織機械、印刷機械、食品機械、內燃機、自動化儀表以及各種輕工機械中。凸輪機構之所以得到了如此廣泛的應用,是因為它兼有傳動、導向及控制機構的各種功能,可以驅動從動件實現復雜的運動規律。正是由于凸輪機構的這一特點,決定了在設計凸輪輪廓時首先要考慮從動件的運動規律。也就是說,必須根據從動件的運動規律來確定凸輪的輪廓曲線,這就給凸輪的三維實體建模帶來了很大難度。因此,利用機械三維設計軟件設計凸輪時,既要考慮凸輪機構從動件的運動規律,又要考慮不同運動規律作用下凸輪輪廓的變化,這也是凸輪參數化三維建模的意義所在。

本文利用機械三維設計軟件proengineer Wildfire 4.0對盤形平面凸輪進行了三維建模。在生成凸輪輪廓曲線時,采用了尺寸驅動和參數化的方法,輸人不同的結構參數,相應以得到了不同的凸輪輪廓。同時,利用Visual Basic6.0設計了獨立的程序界面,通過接口程序Automation Gateway 4.2(AGW)驅動proengineer實現了平面凸輪輪廓的參數化設計。這種方法簡單、快捷,不僅可以大大提高PROE二次開發的效率,同時對于平面凸輪機構參數化三維建模而言也是一種行之有效的設計方法。

1 設計方法

通常,在設計凸輪時,先根據工作要求確定從動件的運動規律,然后根據這一運動規律設計凸輪的輪廓。傳統的凸輪輪廓的設計方法有作圖法和解析法兩種,以解析法最為常用,解析法是基于反轉法的原理,先求出凸輪輪廓曲線方程式,再精確計算出凸輪輪廓曲線上各點的坐標值。

以偏心直動滾子從動件為例,設凸輪機構的偏距為e;基圓半徑為r₀;轉向系數η,當凸輪轉向為順時針時δ為1,轉向為逆時針時為一1;經過滾子中心的從動件導路線偏于Y軸正側時δ為1,偏于Y軸負側時δ為一1。令

則凸輪理論輪廓曲線的直角坐標參數方程為:

凸輪從動件的運動規律曲線有很多種,常見的有等速度曲線、等加速度曲線、簡諧運動曲線、擺線運動曲線、修正正弦運動曲線、修正梯形運動曲線、3-4-5多項式運動曲線、4-5-6-7多項式運動曲線、3-4-5單停曲線等,每種曲線對應一組公式,該公式用于計算當凸輪自初始位置轉過勢角時滾子中心將移動的距離s。以3-4-5多項式運動曲線為例,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

下面以直動滾子3-4-5階多項式凸輪來說明凸輪的具體創建過程。

設凸輪推桿升程為30mm,升程角為70⁰,遠休止角為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。選擇【工具】/[程序】命令,在INPUT和END INPUT語句中間輸人凸輪的默認設計參數,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個轉角fail~fai4等。

(3)插人凸輪輪廓曲線方程。選擇【插人】/【模型基準】/【曲線】命令,選取【從方程】選項后,再單擊【完成】選項。則系統自動彈出記事本應用程序,輸人描述第一段凸輪理論輪廓曲線的數學表達式,然后選擇記事本程序主菜單中的【文件】/【保存】命令退出記事本應用程序。

(4)生成凸輪輪廓曲線。系統成功創建了凸輪的第一段理論輪廓曲線。重復步驟3,繼續創建凸輪剩余的第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,完成凸輪實體建模。

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

(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)指定尺寸關聯。選擇【工具】/【關系】命令,則系統彈出【關系】對話框,在該對話框中的【查找范圍】選項組中選擇【特征】選項,將系統默認生成的特征尺寸指定為步驟2中預先設定的凸輪輪廓參數變量。

這樣,利用【再生】方法,給參數變量輸人不同的數值、關聯尺寸便生成了新的凸輪輪廓,從而實現了凸輪的參數化設計。

3 VB通過AGW對proe進行二次開發的方法

3.1 利用AGW進行二次開發的基本方法

通過上述方法生成的凸輪輪廓,利用proe自身的【再生】功能,亦可實現凸輪的參數化建模,但整個建模過程不能脫離proe軟件的操作,給操作帶來諸多不便。而利用VB開發獨立的程序界面或獨立的軟件包,將參數賦給AGW服務器,再由AGW驅動proe生成凸輪模型,這種方法不但直觀且簡潔明了,操作也十分簡便。

3.2 Automation GATEWAY(AGW)軟件簡介

Automation GATEWAY (AGW)是RAND公司開發的針對proeNGINEER軟件的二次開發工具,與proeNGINEER系統自帶的二次開發工具Pro/TOOLKIT相比具有簡單易用等優點。Automa-tion GATEWAY在Visual Basic和proeNGINEER之間起到了橋梁和紐帶的作用,通過AutomationGATEWAY就可以利用Visual Basic訪問proeNGINEER底層數據庫,自動實現proeNGINEER任務、創建用戶界面、完全實現自動設計任務,也可以將任何支持 ActivX的應用程序與proeNGINEER建立直接聯系。利用Visual Basic,可以使Microsoft Office產品(如Word,Excel和Explorer)和proeNGI-NEER對象之間進行數據交換。

Automation GATEWAY最顯著的特點是可以用簡單易用的VB建立我們所需要的應用程序,利用這個程序可以控制proeNGINEER模型的建立過程,從而很方便地建立適合本單位的二次開發應用程序。

3.3 基于VB的程序界面設計

在凸輪Pro/program建模的的基礎上,利用VB建立一組參數設定界面,在界面中輸人相應的參數值,程序傳遞參數給AGW,再由AGW驅動proeNGINEER,系統會根據所輸人的參數值生成新的凸輪模型。

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