基于ProE的轴承CAD系统的开发.pdf

2 0 0 4 年第3 期 总第1 5 9 期 4 3 引言 三维工程软件P r o / E 是采用参数化设计的、基 于特征的实体模型化系统，并且具有单一数据库功 能。工程设计人员可以采用具有智能特性的基于特 征的功能去生成模型，由于它是建立在统一基层上 的数据库上， 所以还可以轻易改变模型。 其余参数化 和全相关功能强大的实体造型技术为设计提供了很 大的方便， 缩短了设计周期。 但在使用过程中， 每个 企业在一定时期内的产品大都是不变的，这样每次 建模势必造成重复劳动和劳动资源的浪费，也不便 于技术资源的管理。因此，有必要在P r o / E 平台下 开发具有本企业特色的 C A D系统。 一、开发技术 P r o / E 不仅提供强大的设计、分析、制造功能， 还为用户提供了多种二次开发工具。常用的二次开 发工具有族表（F a m i l y T a b l e ） 、用户定义特征 （U D F ） 、P r o / P r o g r a m 、J - L i n k ．P r o / T O O L K I T 等。由于P r o / E 是参数化设计，用户可以运用强大 的数学运算方式， 建立各尺寸参数间的关系式， 通过 相似的模型可自动计算出应有的外型，各尺寸就不 需逐一修改， 减少了错误发生。 然而， 对于一些特定 产品计， 这一功能便显得有些力不从心。 因为它需要 解决大型数据库的建立问题。 另外， 如果仅利用其原 有的参数化功能， 使用起来比较麻烦， 也影响与用户 的交互性。 可以把它与其他开发技术混合运用， 发挥 它的简单实用的优势，又运用其他工具弥补它的缺 陷。在这里，笔者选用了P T C 为P r o / E 软件提供的 用户化工具箱P r o / T O O L K I T 。 P r o / T O O L K I T 为用户程序或软件第三方程序 提供了与P r o / E 的无缝连接。它提供了1 个C 的函 数库，该函数库能够使用户或第三方的应用程序以 基于 P r o / E的轴承 C A D系统的开发 河南科技大学机械电子工程学院 4 7 1 0 0 3 李宝栋 颉谭成 徐彦伟 王红茹 党保华 摘 要 介绍 P r o / E及其二次开发工具，探讨了V C 环境下基于 P r o / T O O L K I T的 P r o / E 的二次开发技术，在此基础上 设计了一套轴承三维参数化C A D 系统，并介绍了系统开发中的关键技术。 关键词 P r o / E 的二次开发 P r o / T O O L K I T 轴承 C A D 一种可控制的、安全的方式访问数据库，是P r o / E 自带的功能最强大的二次开发工具，是P r o / E 应用 程序开发者的A P I 。P r o / T O O L K I T 是采用功能强大 的面向对象的方法来编写的， 它最基本的2 个概念是 对象和行为。因为在P r o / E 和应用程序之间传递信 息的数据结构对应用程序是不可见的，而只能通过 P r o / T O O L K I T中的函数来访问，所以利用P r o / T O O L K I T 工具箱，通过调用其自身所带的函数，可 以在原软件的基础上实现功能扩充。 V C 6 . 0是一个功能强大的开发工具，在 V C 6 . 0 环境下对P r o / E 进行二次开发，这样就可 直接利用M F C 类库，特别是人机交互界面设计时直 接进行对话框的可视化设计和对数据库的调用。 P r o / E 系统、P r o / T O O L K I T 应用程序与M F C 应用 程序的通信方式是接口实现的关键之一。本文提出 采用动态链接库（D L L ）方式实现三者之间的通信。 因为通信是通过直接的函数调用实现的，所以有执 行速度快的优点。因而，直接利用V C 6 . 0 的应用 程序设计向导和类向导来进行P r o / T O O L K I T应用 程序设计、创建、调试，无疑是一种更佳的选择。 二、应用实例 本系统以深沟球轴承设计方法为基础，采用最 新国家标准和机械行业标准，对内部结构以降低噪 音为目标进行改进设计。在V C 6 . 0 环境下对P r o / E 进行二次开发， 设计出一套轴承的三维参数化设计 系统。 1 、创建实体模型 建立实体模型之前，需要确定轴承的基本结构 特征， 并将这些特征典型化和概念化， 使建立的模型 尽量准确地反映轴承的基本特征。零件的特征主要 通过参数和几何约束关系来相互关联。尺寸之间的 4 4 精密制造与自动化 使用 CWinAPP类来生成一个 DLL工程 （b e a r i n g . d l l ） ，工程类型选用共享M F C 的常规D L L 选项。然后在此工程中加入P r o / T O O L K I T 程序，主 要是函数u s e r _ i n i t i a l i z e 的代码。 用户初始化函数 u s e r _ i n i t i a l i z e 用来初始化P r o / T O O L K I T 应用程序 且创建图形窗日。该函数包含对P r o / E 菜单的修改 等操作。 与其对应的是用户中断函数u s e r _ t e r m i n a t e ，它用来结束P r o / T O O L K I T 应用程序。 利用M F C强大的功能实现对话枢的开发，方 便、 快捷地进行人机交互。 当轴承型号确定下来后， 从数据库中检索出的滚动轴承的外形尺寸（轴承公 称外径， 轴承公称内径、 轴承公称宽度、 内外圈公称 倒角）并显示于编辑框中。 本系统采用M i c r o s o f t 公司的A c c e s s 数据库系 统， 所设计的数据库包括滚动轴承类型、 轴承标准外 形尺寸、 各种参数允差、 轴承结构参数的尺寸公差、 形位公差、 轴承表面粗糙度等。 轴承数据库系统包含 了计算模块所需要的各种数据， 用V i s u a l C 6 . 0 编 写程序，使用D A O 与A c c e s s 数据库接口，使在计算 优化过程中方便的、 迅速的、 准确的访问和调用各种 数据。 计算模块根据降低噪音的需求， 对其他主要参 数进行优化，由最后代化确定的参数自动生成轴承 三维模型。 主要代码如下 ⋯⋯ U p d a t e D a t a （t r u e ） ； P r o M d l R e t r i e v e L ″⋯\ \ b e a r i n g . a s m ″， P R O _ M D L _ A S S E M B L Y ， a s m ； P r o M d l I d G e t （a s m ， i ） ； P r o M o d e l i t e m I n i t （a s m ，i ， P R O _ A S S E M B L Y ， f e a t u r e ） ； / / 模型调入 ⋯⋯ / / 参数修改 P r o S o l i d R e g e n e r a t e （ （P r o S o l i d ）a s m ， P R O _ B _ T R U E ） ； P r o M d l D i s p l a y （a s m ） ； P r o M d l W i n d o w G e t （a s m ， i ） P r o W i n d o w A c t i v a t e （i ） ； U p d a t e D a t a （f a l s e ） ； / / 再生并显示参数经过修改后的零件或组件 3 、注册运行应用程序 按照规定格式编写注册文件和菜单资源文件。 把注册文件名改为P r o t k . d a t ， 并保存于P r o / E 安装 目录的\ t e x t 目录。这样当P r o / E 启动时程序就自 动注册的，使运用更加方便。 4 、主要技术参数计算 主参数约束条件如下 钢球直径约束 Kw minD −d Dw Kwmax D− d 式中，系数Kw可变相关表获得。 钢球组中心圆百径约束 0.5D d Dpw 0.515D d 钢球个数约束 填球角 180o 2sin −1 Dw1/Dpw 1≤ Z ≤ φmax 2sin −1 Dw1/Dpw 1 主参数Dw1，Z和Dpw选取的优化过程应在满 足上述约束条件的前提下，以低噪音为目标，使C r 尽可能取最大值。由优化后产生的主参数计算轴承 结构参数。 三、结论 利用P r o / T O O L K I T 对P r o / E 进行二次开发， 建立 P r o / T O O L K I T 程序来修改实体模型的参数列 表， 即可获得满足要求的轴承模型， 避免了每当外部 条件改变时均需重新建模的重复繁琐劳动，可大大 提高此种轴承的设计、 开发效率。 为克服参数化列表 尺寸参数过多造成的修改困难，利用V C 建立了符合 关系分为两种①自定义的各种外部参数与零件被 约束尺寸之间的关系；②模型内部特征之间的内部 约束关系，即零件几何元素之间的约束关系（如平 行、垂直、相切、同心等） 。由于在创建实体模型时 这些几何约束关系被同时创建，问此当模型被修改 时， 这些关系自动保持不变。 一个特征往往可以有多 种创建方法，在设计时必须考虑如何表达该特征与 其它特征之间的关系。理想的设计结果必须能准确 表达固定的几何约束关系，且易于修改。设计轴承 时， 应在遵循上述要求的前提下创建轴承的内圈、 外 圈、滚动体、保持架和装配模型。 2 、建立工程文件 本系统通过V C动态连接库实现M F C 应用程序 的调用。其调用关系如图1 所示 图1 调用关系 下转第2 2 页 2 2 精密制造与自动化 4 、旋滚比 滚珠绕接触面法线的自旋运动将导致摩擦发热。 旋滚比是滚珠在套圈滚道接触处的自旋运动角速度 与滚动角速度的比值。 转速超高， 旋滚比越大， 则滑 动越剧烈， 摩擦发热越多， 对轴承寿命越不利。 德国 G M N 公司的精密球轴承产品样本中注明, 高转速下, 当旋滚比大于0 . 2 5 时， 开始对轴承寿命有不良影响。 图1 3 为旋滚比特性随转速而变化的曲线。 转速 越高， 旋滚比越大。 同样条件下， 钢球轴承的旋滚比 要比陶瓷球轴承高出约5 0 ％。 三、结论 （l ） 建立了滚动轴承的分析计算模型， 并在0 ～ 1 5 万转／分速度范围内对陶瓷球混合轴承与钢球轴 承进行了全面的对比分析。 （2 ） 高转速状态下， 轴承的动态性能发生了显著 变化。 轴承内圈发生了较大的轴向位移， 呈现先小幅 下降后急剧上升的趋势；轴承刚度也随转速升高而 非线性变化， 总的趋势也是先减小而后增大， 且变化 范围较大。过大的且不断增长的离心力是导致上述 变化的最主要因素。 （3 ）陶瓷球混合轴承几乎所有的性能参数均明 显优于传统的钢球轴承，在高速工况的工程领域中 具有强大的生命力。 参考文献 [ 1 ] 周延祜， 李中行. 电主轴技术讲座， 第二讲 电主轴的基本 参数和结构． 制造技术与机床． 2 0 0 3 . N o . 7 6 4 ～6 7 [ 2 ] 李松生， 裴翠红， 工永坚. 高速精密角接触球轴承支承特性 分析． 轴承. 2 0 0 1 . N o . 2 1 1 ～1 4 [ 3 ] 杜迎辉， 邱明， 蒋兴奇. 高速精密角接触球轴承刚度计算． 轴承．2 0 0 1 ．N o ．1 1 5 ～8 [ 4 ] B e r R . J o r g e n s e n ， Y u n g C . S h i n ． D y n a m i c s o f s p i n d l e - b e a r i n g s y s t e m s a t h i g h s p e e d s i n c l u d i n g c u t t i n g l o a d e f f e c t s M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g . M a y 1 9 9 8 , V o l . 1 2 0 3 8 7 ～3 9 4 [ 5 ] K W W a n g , Y C S h i n a n d C H C h e n . O n t h e n a t u r a l f r e q u e n c i e s o f h i g h - s p e e d s p i n d l e s w i t h a n g u l a r c o n t a c t b e a i n g s . J o u r n a l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S c i e n c e . 1 9 9 1 , V o l 2 0 5 1 4 7 ～ 1 5 4 [ 6 ] 黄昆， 徐同申. 1 5 万转超高速电主轴的研发. 轴承. 2 0 0 2 . N 5 4 ～5 [ 7 ] T e d r i c A . H a r r i s . R o l l i n g B e a r i n g A n a l y s i s . U . S . A J o h n W i l e y S o n s , I n c . 1 9 8 4 图1 1 轴向刚度特性 图1 2 径向刚度特性 图1 3 旋滚比特性 态刚度高，而且在高速状态下也表现出相对的稳定 性。正是由于轴承刚度随转速变化的特性以及高速 运转时温升导致转轴的热膨胀，在高速主轴中的预 紧载荷都是弹性可调的。 设计者习惯的参数输入界面， 在该界面中， 各参数已 概念化并有相应中文提示。 在输入框中填入参数后， V C 程序可自动进行计算和转换，然后按固定格式自 动生成数据文件，界面友好，操作方便。 上接第4 4 页 参考文献 [ 1 ] 李世国. P R O / T O O L K I T 程序设计 . 机械工业出版社. 2 0 0 3 . [ 2 ] 王 雷. P r o / E n g i n e e r 野火版 应用基础与产品造型实例 . 人民邮电出版社. 2 0 0 3 . 2 0 0 4 年第3 期 总第1 5 9 期 3 Dynamic Cbaracetristics Analysis of High Speed Angular- contact Ceramic and Steel Ball Bearing Abstract T h e d y n a m i c c h a c t e r i s t i c s o f t h e h i g h s p e e d A n g u l a r - c o n t a c t c e r a m i c b a l l b e a r i n g h a v e b e e n s t u d i e d a n d c o m p a r e d w i t h t h a t o f t h e s t e e l b a l l b e a r i n g w i t h t h e r o t a t i o n a l s p e e d r a n g i n g f r o m 0 t o 1 5 0 , 0 0 0 r / m i n . A c c o r d i n g t o r o l l i n g b e a r i n g a n a l y s i s t h e o r y , t h e b e a r i n g d y n a m i c e q u a t i o n s w e r e e s t a b l i s h e d a n d w e r e s o l v e d b y n u m e r i c m e t h o d . T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e b e a r i n g d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s c h a n g i n g n o n l i n e a r l y m a i n l y d e p e n d o n t h e r o t a t i o n a l s p e d a n d b a l l m a t e r i a l p r o p e r t y a t h i g h s p e e d . T h e a x i a l d i s p l a c e m e n t o f t h e b e a r i n g i n n e r r i n g i n i t i a l l y d e c r e a s e s a n d t h e n s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e s w h e n t h e r o t a t i o n a l s p e e d g r o w s h i g h e r . T h e s t i f f n e s s v a l u e , a l s o , i n i t i a l l y d r o p s a n d t h e n r i s e s c o n s i d e r a b l y . T h e c e r a m i c b a l l b e a r i n g g a i n s s i g n i f i c a n t a d v a n t a g e s o v e r t h e s t e e l b a l l b e a r i n g i n h i g h s p e e d a p p l i c a t i o n s , s u c h a s l o w e r c o n t a c t s t r e s s , s m a l l e r d i s p l a c e m e n t o f t h e i n n e r r i n g , l e s s a l t e r i n g a m o u n t o f c o n t a c t a n g l e , d e c r e a s i n g e x t e n t o f v a r i a t i o n o f a x i a l a n d r a d i a l s t i f f n e s s a n d h i g h e r p e r f o r m a n c e s t a b i l i t y . Key words A n g u l a r - c o n t a c t b e a r i n g , C e r a m i c b a l l , D y n a m i c c h a t a c t e r i s t i c s Analysis on Grinding Errors Abstract H a v i n g d o n e s i t e - t e s t o f m u l t i p l e f a c t o r s i n f l u e n c i n g o n t h e c y l i n d r i c a l g r i n d i n g a c c u r a c y , t h e n a n a l y s e t h e a s c e r t a i n e d d a t a i n m u l t i p l e - e l e m e n t l i n e a r b y m e a n s o f c o m p u t e r . A s r e s u l t , t h e m a i n e r r o r r e s o u r c e i s f o u n d t h e t h e r m a l d e f o r m a t i o n o f t h e g r i n d i n g m a c h i n e , w h i c h p r o v i d e s t h e t h e o r y f o u n d a t i o n f o r i m p r o v i n g t h e d e s i g n o f m a c h i n e t o o l . Key words C y l i n d r i c a l g r i n d e r , E r r o r , D e f o r m a t i o n Wear Particle Recognition with Improved BP Algorithm Abstract T h i s a r t i c l e p r e s e n t s a n i m p r o v e d B P a l g o r i t h m , b a s e d o n w h i c h a n a u t o m a t e w e a r p a r t i c l e r e c o g n i t i o n m o d e l a n d i t s s y s t e m i s d e s i g n e d . T h e e x a m p l e s h o w s t h a t t h i s s y s t e m c a n p r o m o t o t h e a c c u r a c y o f w e a r p a r t i c l e s r e c o g n i t i o n a n d i m p r o v e t h e g e n e r a l i z a t i o n c a p a b i l i t y . Key words N e u r a l n e t w o r k , W e a r p a r t i c l e r e c o g n i t i o n , B P a l g o r i t h m Development of Bearing CAD System Based on Pro/E Abstract T h e p a p e r i n t r o d u c e s P r o / E a n d t h e t o o l s o f s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t . B a s e d o n V C a n d P r o / T O O L K I T , a 3 - d i m e n s i o n C A D S y s t e m o f b e a r i n g w a s d e v e l o p e d , a n d t h e k e y t e c h n i q u e s u s e d i n t h i s s y s t e m i s a l s o i n t r o d u c e d . Key words S e c o n d a r y d e v e l o p m e n t o f P r o / E , P r o / T O O L K I T , C A D s y s t e m o f b e a r i n g Development, Latent Achievement and Challenge of CAM System Abstract T h e d e v e l o p m e n t a n d r e q u i r e m e n t o f C A M s o f t w a r e , t h e m a j o r i m p r o v n m e n t s o f t h e l a t e s t C A M s o f t w a r e , a n d t h e m a j o r c h a l l e n g e s t h a t C A M s y s t e m i n c o r p o r a t i n g H S M w i l l m e e t a r e s u m m a r i z e d . Key words C A M , K E M , S F P , K S R Coordinates Unification of Multiple Graphics Date in Reverse Engineering Abstract F i r s t l y , t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h a t t h e j o i n t o f m u l t i p l e g r a p h i c s i s n e c e s s a r y i n r e v e r s e E n g i n e e r i n g . T h e n i t i l l u m i n a t e s c o n c r e t e i d e a a n d m e a n s o f c o o r d i n a t e s u n i f i c a t i o n i n d a t a s e t s i g n m e t h e d . F i n a l l y , t h i s p a p e r i n t r o d u c e s d a t a s t r u c t u r e o f c o o r d i n a t e s t r a n s f o r m a t l o n . Key words R e v e r s e E n g i n e e r i n g , M u l t i p l e g r a p h i c s d a t a , C o o r d i n a t e s u n i f i c a t i o n Application Research of BOM in Planning of Ination Resource of Machinery Manufacturing Enterprise Abstract A s t h e i n f o r m a t i o n i n t e r s e c t i o n o f m a n y s o f t w a r e s , B O M i s v e r y i m p o r t a n t i n i n f o r m a t i o n r e s o u r c e p l a n n i n g . A f t e r i n t r o d u c i n g t h e c o n c e p t o f B O M , t h e a u t h o r a l s o d i s c u s s e d h o w t o i n g r a t e C A D , C A P P , P D M a n d E R P b y B O M . Key words B O M , I n f o r m a t i o n r e s o u r c e p l a n n i n g , E R P , P D M , C A D , C A P P Latest Progress of Superhard Cuttint Tool Abstract S u p e r h a r d c u t t i n g t o o l i s a n a d v a n c e d c u t t i n g t o o l . I t h a s e x c e l l e n t c u t t i n g p e r f o r m a n c e a n d l o n g s e r v i c e l i f e . T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s i t s k i n d s , p r o p e r t i e s , f e a t u r e s a n d a p p l i c a t i o n s o f v a r i o u s p r o d u c t s a s w e l l a s m a j o r t r e n d s . Key words S u p e r h a r d c u t t i n g t o o l , D i a m o n d , C u b i c b o r o n n i t r i d e C B N , C u t t i n g p e r f o r m a n c e ABSTRACT KEYWORDS NO.3 2004