基于VC和Pro/Toolkit凸轮实体模型的参数化二次开发

刘文生，包宗明

LIU Wen-sheng, BAO Zong-ming

（武汉工业学院 ，机械工程学院，武汉 430023）

0 引言

由于凸轮机构可以将凸轮轮廓的旋转运动转变为从动件的复杂运动，且具有结构紧凑、体积小、刚性好、可传递较大转矩等特点，因而被广泛应用于机械领域。但是，由于凸轮机构是高副运动，制造困难，使其应用范围受到一定限制。随着计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术的日益普及，新材料和热处理新工艺的发展，凸轮的设计和制造己变得十分方便和准确[1]。

以PTC公司的CAD/CAM软件Pro/Engineer (以下简称Pro/E)为开发平台，应用其提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT，以VC++为开发环境并结合凸轮设计方面的一些特点开发出一套基于Pro/E的凸轮参数化设计系统。系统能大大提高盘形凸轮设计的工作效率，减轻设计人员的工作量，提高设计质量，减少设计缺陷的产生[2]。

针对现代凸轮设计中凸轮轮廓线难以在计算机中快速描绘，本文采用参数化驱动方法，先将凸轮分类，在不同凸轮类中设置各参数值，先生成凸轮轮廓线，接下来再通过轮廓线生成凸轮实体，即使用参数控制凸轮的生成[3]。再通过集成于该系统内的直接生成二维工程图的功能，得到凸轮的二维图纸，以利于在数控车床上的加工。

1 凸轮实体模型参数化设计的关键问题

1.1 凸轮特征分析

凸轮机构由凸轮、从动件和机架所组成，其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的主动件，作等速连续转动，并推动从动件作直线往复运动或摆动。无论哪一种凸轮都依靠其外缘的轮廓曲线或凹槽曲线进行工作，所以凸轮机构能否按预期的运动规律良好的工作，主要取决于凸轮的轮廓曲线。因此，对凸轮轮廓曲线的研究是进行凸轮设计的关键问题。

以从动件做正弦加速度运动(摆线运动)为例，从动件做正弦加速度运动的盘形凸轮，其推程、回程方程分别为：

式中：S—从动件位移；h—行程；δ—转角；δ0—推程角；δ1—回程角。

1.2 Pro/ENGINEER调用MFC对话框技术

利用Pro /TooLKIT可以开发出具有Pro/E 风格的对话框，能向用户提供人机交互界面，进行简单的人机交互。但是目前这种方法还不太完善，功能有限，而且对话框资源编写起来繁琐，一个简单的对话框资源就会用去很多的时间，对于稍为复杂的对话框更是无能为力。MFC具有强大的编制对话框能力，编制简单，但Pro/TOOLKIT并不提供对MFC的支持，在Pro/T00LKIT中并不能直接应用MFC对话框。本文通过动态链接库开发Pro/TOOLKIT与MFC的接口，利用MFC强大的功能实现对话框的开发，在Pro/E环境中生成MFC对话框，方便自然、快捷的进行人机交互[4]。

2 盘形凸轮的三维参数化实体造型及实例

2.1 凸轮的程序设计流程

为了提高盘形凸轮机构设计的自动化程度，采用面向对象方法，将其全部的设计过程封装到系统内部，显示给用户的只是一些人机交互界面。用户从界面上可以对盘形凸轮机构的几何参数进行查询和更改，然后将修改后的数据通过内部程序传递给Pro/E数据库，再通过三维零件造型显示出来。系统的设计流程如图1所示，设定各参数值为表1所示。

图1 程序设计流程图

表1 盘形凸轮基本参数

具体设计步骤如下：

1）在Pro/Engineer的Program编辑器中设定凸轮零件各参数。并输入各参数值。

2）利用Pro/Engineer的Equationg功能分段绘制凸轮的理论曲线。

3）绘制一条由分段理论轮廓线组成的封闭曲线，即完整的凸轮理论轮廓线

4）通过步骤3生成的凸轮理论轮廓线，拉伸生成凸轮实体。

2.2 调试、运行

1）启动Pro/E，打开凸轮设计模板Cam.prt,加载应用程序CamDesign。

2）表2-1所示为凸轮模板的几何控制参数，在对话框中分别输入不同的参数，单击【建立模型】按钮就可以生成不同的凸轮模型如图2所示。

3）查看设计，如果对结果不满意，可以返回第二步从新输入参数，重新进行盘形凸轮的参数化设计。

图2 生成的凸轮模型

3 结论

通过VC++编程语言，调用Pro/TOOLKIT接口，实现二次开发技术在Pro/E中与盘形凸轮设计的充分结合，依据Pro/TOOLKIT中制作并激活用户菜单和MFC对话框界面的方法，创建系统的用户菜单和界面，解决了Pro/E和MFC的通信问题，利用MFC类库中的属性页制作方法创建了复杂的对话框界面，完成系统的界面设计。利用参数化设计及尺寸驱动的方法完成了盘形凸轮零件的参数化驱动设计，用户只需对人机交互界面上的尺寸参数进行更改，便可以自动更形凸轮零件。

[1]管荣法,汤从心.凸轮与凸轮机构基础[M].北京：国防工业出版社,1985.

[2]刘文生,王延利.基于Pro/E圆柱齿轮实体模型参数化二次开发[J].制造业自动化,2005(8)：25-27.

[3]葛文杰, 张王金.基于Pro/E 的弧面分度凸轮机构参数化设计与仿真[J].机械设计,2005(1)：11-14.

[4]钟元,刘胜青,等.Pro/E调用MFC对话框技术[J].机械,2003(1)：50-52.