基于Pro/E的SLS快速成型機(jī)鋪粉裝置的參數(shù)化設(shè)計(jì)

黨新安， 劉 野， 楊立軍

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

Pro/Program功能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工具[1,2]，利用這一功能可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，通過此程序功能可以方便地控制特征的出現(xiàn)與否、特征的尺寸以及特征的個(gè)數(shù)等操作，從而得到不同尺寸形狀的元件.目前，對(duì)于Pro/E參數(shù)化的研究與應(yīng)用較少，主要是針對(duì)單個(gè)零部件的研究.直接金屬燒結(jié)快速成型技術(shù)是近幾年剛剛興起的一項(xiàng)成型技術(shù)，因其具有可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不需要成型模具以及生產(chǎn)周期短等的特點(diǎn)，而具有廣闊的發(fā)展前景.利用Pro/Program功能對(duì)直接金屬燒結(jié)快速成型技術(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，可提高其設(shè)計(jì)靈活性，有助于改善其結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量.

1 Pro/Program功能參數(shù)化造型的主要步驟

Pro/Program功能參數(shù)化造型的主要步驟[3]如下：

(1)對(duì)主要的零部件進(jìn)行三維造型，并對(duì)主要的元件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，其中主要是確定各尺寸參數(shù)與驅(qū)動(dòng)尺寸之間的關(guān)系，并利用編輯設(shè)計(jì)功能建立起尺寸關(guān)聯(lián).

(2)完成所有零部件的三維造型，以及主要零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)之后，在組件模式下完成裝配體的裝配，并使裝配體在Pro/Program中的“程序”功能下確定各個(gè)獨(dú)立可變參數(shù).

(3)根據(jù)裝配體的結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)各主要零部件之間的裝配關(guān)系，獲得各零部件之間的參數(shù)協(xié)調(diào)關(guān)系，然后利用“編輯程序”功能中的execute語(yǔ)句，根據(jù)協(xié)調(diào)關(guān)系，對(duì)各主要零部件的驅(qū)動(dòng)尺寸參數(shù)之間進(jìn)行耦合.

(4)對(duì)裝配體的驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行重新賦值，各零部件根據(jù)參數(shù)值間的耦合關(guān)系，以及自身的關(guān)系約束，將新的參數(shù)值轉(zhuǎn)化為自身的相應(yīng)的參數(shù)值，重新造型.

1.電機(jī) 2.皮帶 3.粉床 4.軌道 5.皮帶 6.支撐板 7.電機(jī) 8.鋪粉滾圖1 鋪粉裝置整體結(jié)構(gòu)效果圖

2 直接金屬燒結(jié)快速成型機(jī)[4]的鋪粉裝置的主要結(jié)構(gòu)

在工況下的鋪粉裝置[5]整體結(jié)構(gòu)效果圖如圖1所示.鋪粉運(yùn)動(dòng)是通過鋪粉滾沿著軌道的直線運(yùn)動(dòng)以及鋪粉滾自身的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.支撐板6固定在皮帶2上，通過電機(jī)1的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道上的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，電機(jī)7固定在支撐板上，并通過皮帶5帶動(dòng)鋪粉滾，實(shí)現(xiàn)鋪粉滾[6]的自身轉(zhuǎn)動(dòng).

3 主要零部件的程序設(shè)計(jì)

通過使用Pro/Program的“程序”中編輯設(shè)計(jì)功能對(duì)主要的零部件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，Pro/Program程序類似于VB語(yǔ)言，當(dāng)生成零部件或者是裝配體時(shí)主要有如下內(nèi)容：①在INPUT與END INPUT之間輸入提示信息，提示輸入相關(guān)參數(shù)；②在RELATIONS與END RELATONS之間輸入?yún)?shù)之間的關(guān)系式，進(jìn)行尺寸關(guān)聯(lián)；③在每個(gè)ADD FEATURE與END ADD之間代表著一個(gè)特征，包含該特征的建立過程以及參數(shù)設(shè)置.當(dāng)零件模型建立后，系統(tǒng)就會(huì)記錄整個(gè)模型的建立過程，可以通過編輯設(shè)計(jì)來(lái)編輯產(chǎn)生新的程序內(nèi)容，從而形成新的零件模型.

根據(jù)上述內(nèi)容，對(duì)鋪粉裝置的主要零部件:鋪粉滾、支撐板、軌道、軌道配合、同步帶、帶輪以及帶輪支撐等均進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，由于篇幅有限，這里主要以鋪粉滾和軌道為例，詳細(xì)介紹對(duì)兩者的參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要程序內(nèi)容.

參數(shù)顯示下的鋪粉滾實(shí)體模型如圖2(a)所示.通過Pro/Program的“程序”中“編輯設(shè)計(jì)”功能對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行程序化設(shè)計(jì).鋪粉滾直接與材料粉末接觸的部分是，圖示中的d1段，由d1段完成鋪粉過程，所以對(duì)鋪粉滾的主要加工設(shè)計(jì)段也是d1段，所以以d1、d2作為驅(qū)動(dòng)尺寸，其余各段尺寸均是根據(jù)比例的關(guān)系進(jìn)行加工制造，相關(guān)程序內(nèi)容如下.

(a)鋪粉滾的實(shí)體模型 (b)軌道的實(shí)體模型圖2 參數(shù)顯示下的實(shí)體模型

鋪粉滾的參數(shù)化設(shè)計(jì)程序內(nèi)容為：

INPUT

roller_length number

roller_diameter number

END INPUT

RELATIONS

d1=roller_length

d2=roller_diameter

d3=2*d2/3

d4=30*d1/498

d7=d4

d8=d3

d9=d2

d10=14*d1/498

d18=360

d19=12*d1/498

d20=(d10-d19)/2

d21=13*d2/30

END RELATIONS

參數(shù)顯示下的軌道實(shí)體模型如圖2(b)所示.軌道是由截面拉伸特征和陣列孔特征組成，為了將尺寸參數(shù)表示清楚,并未給出整體立體圖,而是截面特征和陣列孔的特征圖.通過Pro/Program的“程序”中“編輯設(shè)計(jì)”功能對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行程序化設(shè)計(jì)，同樣根據(jù)軌道的設(shè)計(jì)加工方法，確定驅(qū)動(dòng)尺寸.程序中出現(xiàn)了“yes_no”的參數(shù)語(yǔ)言，主要是針對(duì)陣列孔的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并利用“if”語(yǔ)句，通過關(guān)聯(lián)尺寸d12、d23加以控制.相關(guān)程序內(nèi)容為：

INPUT

rack_length number

rack_heigth number

rack_width number

xz_control0 yes_no

xz_control1 yes_no

END INPUT

RELATIONS

d0= rack_length d

32= rack_heigth

d4= rack_width

d2=18*d4/2

………

d11=d2/2

d16=d8/2

d19=d1

if xz_control0==yes

d12=6

d18=d10

endif(語(yǔ)句用于控制陣列孔之間的距離)

END RELATIONS

完成零部件的程序編輯后，關(guān)閉程序，保存設(shè)計(jì)程序，重新輸入?yún)?shù)，檢驗(yàn)程序，更改尺寸值，觀察零件模型的變化情況.完成單個(gè)零部件的重點(diǎn)在于:一是根據(jù)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)品的特征，以及各零部件之間的裝配關(guān)系，確定其主要加工設(shè)計(jì)段，進(jìn)而確定哪些尺寸是驅(qū)動(dòng)尺寸，哪些尺寸是關(guān)聯(lián)尺寸；二是要確定尺寸之間的關(guān)系.

4 鋪粉裝置裝配體的程序設(shè)計(jì)

按照上述步驟，以及各個(gè)零件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系[7]，將各個(gè)裝配關(guān)系中可變參數(shù)的參數(shù)值轉(zhuǎn)化為各個(gè)零件的可變參數(shù)值，即根據(jù)裝配關(guān)系，確定各個(gè)零部件之間的參數(shù)之間的關(guān)系，然后利用裝配體和零部件之間的聯(lián)通橋梁EXECUTE語(yǔ)句，在裝配體程序中去執(zhí)行各個(gè)零部件的參數(shù)驅(qū)動(dòng)的命令.鋪粉裝置的裝配體的程序設(shè)計(jì)內(nèi)容如下(由于零部件較多，程序設(shè)計(jì)內(nèi)容也較多，仍然只列出鋪粉滾和軌道的EXECUTE語(yǔ)句)：

INPUT

length0 number

diameter0 number

thinkness1 number

thinkness2 number

diameter2 number

width3 number

heigth3 number

length4 number

thinkness5 number

small_radius5 number

large_radius5 number

length6 number

width7 number

END INPUT

RELATIONS

d26:6=diameter0*13/15

d14:18=small_radius5*2+4

END RELATIONS

execute part pufengunfubencanshuhuahou

roller_diameter=diameter0

roller_length=length0 end execute

……….

(execute語(yǔ)句將各零部件的參數(shù)與組件下的驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行耦合.)

execute part guidaocanshuhuahou

rack_length=length4

rack_heigth=heigth3*63/15

rack_width=width3*23/48

end execute

…………

對(duì)于直接金屬燒結(jié)快速成型技術(shù)，在燒結(jié)過程中，直接與金屬粉末接觸的是鋪粉滾，因此鋪粉滾的加工精度、裝配精度是成型制件的質(zhì)量與精度的重要影響參數(shù)，所以，必須選擇鋪粉滾的尺寸參數(shù)作為在裝配體下程序設(shè)計(jì)中主要的驅(qū)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)裝配關(guān)系確定其他零部件參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及可獨(dú)立出的參數(shù).正如：程序中EXECUTE語(yǔ)句程序設(shè)計(jì)編輯完成后，保存設(shè)計(jì)好的程序，對(duì)應(yīng)裝配體驅(qū)動(dòng)參數(shù)，重新賦值，觀察鋪粉裝置裝配體的變化情況，鋪粉裝置參數(shù)化驅(qū)動(dòng)后效果對(duì)比圖3如下.

(a)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)前 (b)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)后圖3 鋪粉裝置參數(shù)化驅(qū)動(dòng)前后效果對(duì)比圖

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)闡述了Pro/E中的Pro/Program功能模塊參數(shù)化方法，有效地利用參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和利用率.同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了直接金屬燒結(jié)快速成型機(jī)鋪粉裝置的結(jié)構(gòu)，并將二者相結(jié)合，有助于這種新興的成型技術(shù)的開發(fā)與研究，以及快速成型機(jī)鋪粉裝置的產(chǎn)業(yè)化系列化發(fā)展，為直接金屬燒結(jié)快速成型技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ).

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