基于Pro/Engineer二次開發(fā)的挖掘機(jī)工作裝置三維自動繪圖研究*

汪 育，謝武德，彭 強(qiáng)，欒志譽(yù)

(63981部隊，湖北武漢 430311)

0 引言

目前，國內(nèi)外挖掘機(jī)等工程裝備的設(shè)計和生產(chǎn)均已實現(xiàn)產(chǎn)品的通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，國內(nèi)外著名廠家在挖掘機(jī)等工程裝備的設(shè)計開發(fā)上非常重視計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)的應(yīng)用。將先進(jìn)的計算設(shè)計技術(shù)、繪圖技術(shù)和人工智能技術(shù)充分的結(jié)合，將極大地提高挖掘機(jī)設(shè)計開發(fā)過程中的工作效率和設(shè)計質(zhì)量，而基于Pro/Engineer的二次開發(fā)技術(shù)將能有效利用標(biāo)準(zhǔn)零部件間的相似性，充分發(fā)揮參數(shù)化建模的特長，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的模型再生。

Pro/Engineer為用戶提供族表(Family Table)、用戶定義特征(UDF)、J－LINK、Pro/program 和 Pro/toolkit等多種二次開發(fā)工具。目前，國內(nèi)外的研究學(xué)者和開發(fā)人員已對Pro/Engineer的二次開發(fā)進(jìn)行了大量的研究。楊鈺琳等［1］進(jìn)行了基于VB API的Pro/E二次開發(fā)的齒輪庫的研究。司愛國等［2］研究了基于Pro/E二次開發(fā)的推土機(jī)工作裝置的快速建模。新加坡國立大學(xué)的Wynne Hsu等［3］，以Pro/Engineer軟件為平臺，通過C語言編程開發(fā)出一種將裝配設(shè)計分析與產(chǎn)品的概念設(shè)計相結(jié)合的系統(tǒng)，實現(xiàn)了產(chǎn)品的自動裝配。郭克剛等［4］研究了基于Pro/Engineer二次開發(fā)的挖掘機(jī)工作裝置參數(shù)化建模，介紹了基于VC的Pro/Engineer二次開發(fā)工具Pro/toolkit對挖掘機(jī)工作裝置三維模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，而基于VB和Automation Gateway的挖掘機(jī)工作裝置二次開發(fā)未見研究。

以Visual Basic為編程工具，通過 Automation Gateway接口技術(shù)和DCOM傳輸模式，實現(xiàn)基于Pro/Engineer二次開發(fā)技術(shù)的挖掘機(jī)工作裝置三維自動繪圖，以實現(xiàn)挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計周期和效率的有效提高。

1 設(shè)計思想

采用面向?qū)ο蟮姆椒?，將其全部的設(shè)計過程封裝在系統(tǒng)內(nèi)部，無需重復(fù)繁雜的三維建模工作，只需使用人機(jī)交互界面即可快速調(diào)用挖掘機(jī)工作裝置部件三維模型，并根據(jù)實際需要進(jìn)行各參數(shù)的設(shè)定和再生。設(shè)計思想如圖1所示。

2 開發(fā)流程

2．1 系統(tǒng)模塊劃分

挖掘機(jī)工作裝置部件三維自動繪圖系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，各個模塊起到不同的作用，并且共同實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動繪圖功能。各個模塊為并列關(guān)系，相互之間無約束關(guān)系，根據(jù)設(shè)計需要而確定模塊的多少和作用。系統(tǒng)功能模塊劃分如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計思想

圖2 系統(tǒng)模塊劃分

2．2 系統(tǒng)工作流程

為實現(xiàn)挖掘機(jī)工作裝置部件三維繪圖各模塊功能，系統(tǒng)采用如圖3所示的工作流程圖。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

運(yùn)行時，首先啟動挖掘機(jī)工作裝置部件三維自動繪圖軟件，在軟件交互界面上啟動Pro/Engineer軟件，Pro/Engineer軟件啟動后可進(jìn)入設(shè)計階段。根據(jù)設(shè)計需要，選擇創(chuàng)建動臂或鏟斗兩個部件，在部件創(chuàng)建界面中自動生成三維模型，也可根據(jù)設(shè)計需要對模型參數(shù)進(jìn)行修改和分析，并輸出三維設(shè)計模型。

3 挖掘機(jī)工作裝置模型創(chuàng)建

挖掘機(jī)工作裝置通常由動臂、斗桿、鏟斗三部分機(jī)構(gòu)組成，是一個具有多自由度的工程機(jī)械。以挖掘機(jī)工作裝置中的鏟斗和動臂為例，實現(xiàn)挖掘機(jī)工作裝置的三維自動繪圖。

3．1 挖掘機(jī)工作裝置部件的樣板參數(shù)

根據(jù)上述的設(shè)計流程，給定如下的挖掘機(jī)工作裝置的形式和樣板參數(shù)，創(chuàng)建挖掘機(jī)工作裝置部件的三維樣板模型。

(1)動臂的樣板參數(shù) 采用中小型整體式彎動臂，其基本樣式如圖4，動臂樣板基本參數(shù)見表1。

圖4 動臂繪圖樣式圖

圖5 鏟斗繪圖樣式

(2)鏟斗的樣板參數(shù) 為重點實現(xiàn)挖掘機(jī)鏟斗部件的參數(shù)化設(shè)計，忽視鏟斗斗齒的具體設(shè)計，其基本樣式如圖5所示，繪圖參數(shù)見表2。

表1 動臂樣板參數(shù) /mm

表2 鏟斗樣板參數(shù) /mm

3．2 挖掘機(jī)工作裝置三維樣板的建立

在基于Automation Gateway的Pro/Engineer二次開發(fā)中，首先創(chuàng)建三維樣板模型，然后利用程序?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)用、修改和再生。根據(jù)已知的三維樣板模型參數(shù)，在Pro/Engineer的交互模式下，利用點、線、圓、圓弧等圖素和拉伸、鏡像、去除材料、殼等特征建立動臂和鏟斗的三維模型樣板［5］，所創(chuàng)建的動臂和鏟斗分別如圖6、7所示。

圖6 鏟斗三維樣板模型圖

圖7 動臂三維樣板模型

4 挖掘機(jī)工作裝置三維自動繪圖的實現(xiàn)

系統(tǒng)將利用Automation Gateway中的Pro/Engineer模型再生和參數(shù)設(shè)置中的 Model Retrieve、Session Set Current Model、Param Set Value 和 Model Regenerate等函數(shù)來實現(xiàn)VB程序?qū)ro/Engineer資源的操作。通過Pro/Engineer軟件來完成挖掘機(jī)工作裝置部件的三維模型設(shè)計，然后通過VB語言和Automation Gateway二次開發(fā)技術(shù)做出一個可以鏈接Pro/Engineer軟件并進(jìn)行樣板模型調(diào)用和修改交互式人機(jī)界面。

4．1 動臂及鏟斗用戶界面的建立

運(yùn)用VB語言分別創(chuàng)建方便快捷的人機(jī)交互界面，在交互界面中分別添加以下功能程序:Automation Gateway聲明對象→根目錄下的內(nèi)存調(diào)入→狀態(tài)激活→參數(shù)輸入→模型再生→返回主界面→退出設(shè)計程序。動臂及鏟斗的用戶界面如圖8所示。

圖8 模型用戶界面

4．2 系統(tǒng)主界面及功能

為提高挖掘機(jī)工作裝置部件三維自動繪圖系統(tǒng)的可操作性，實現(xiàn)使用的方便快捷，設(shè)計了供用戶使用的主界面，并在主界面的基礎(chǔ)上添加了鏈接啟動功能、錯誤提示功能以及用戶主界面、動臂設(shè)計界面和鏟斗設(shè)計界面之間的互切換功能。主界面設(shè)計具有“動臂”、“鏟斗”、“退出”和“啟動。

Pro/E”四個按鈕，其功能分別是:實現(xiàn)VB程序通過Automation Gateway接口與Pro/Engineer軟件的鏈接并進(jìn)入動臂或鏟斗的設(shè)計界面;彈出錯誤提示窗口，提示“無法創(chuàng)建部件，請先啟動Pro/E”，并輸出錯誤代碼;退出設(shè)計程序。挖掘機(jī)工作裝置部件三維自動繪圖系統(tǒng)的部分界面如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)功能演示

4．3 三維自動繪圖功能示例

利用基于Pro/Engineer的挖掘機(jī)工作裝置三維自動繪圖系統(tǒng)，在挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計中，用戶可根據(jù)自身設(shè)計要求，通過對三維模型設(shè)計參數(shù)的輸入和修改，使系統(tǒng)自動繪制所需的挖掘機(jī)工作裝置的動臂和鏟斗等部件三維模型。

(1)動臂的自動繪圖演示 點擊主界面的［動臂］按鈕進(jìn)入動臂參數(shù)化設(shè)計界面，界面中動臂模型的各個參數(shù)將顯示默認(rèn)的樣板模型參數(shù)，點擊［生成動臂模型］，Pro/Engineer軟件將通過調(diào)用和顯示命令打開樣板模型。在動臂參數(shù)化設(shè)計界面中，用戶可以對動臂模型的各設(shè)計參數(shù)值進(jìn)行修改，如圖10所示為動臂模型中的箱型腹板外寬度［B1］由550 MM改成800 MM時，修改前后的模型。

圖10 修改前后動臂的模型

(2)鏟斗的自動繪圖演示 同樣的，鏟斗的參數(shù)值箱型腹板外寬度［B1］由1 409 mm修改為1 800 mm，板厚［T］由15mm更改為22 mm時，修改前后的鏟斗三維模型如圖11所示。

圖11 修改前后鏟斗的模型

5 結(jié)語

基于Pro/Engineer二次開發(fā)的挖掘機(jī)工作裝置三維自動繪圖研究，運(yùn)用了Visual Basic編程技術(shù)，Automation Gateway接口技術(shù)和DCOM傳輸模式，實現(xiàn)了挖掘機(jī)工作裝置部件三維自動繪圖，系統(tǒng)開發(fā)通用性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，結(jié)合數(shù)據(jù)庫運(yùn)用將有效提高挖掘機(jī)工作裝置的設(shè)計周期和效率。

［1］ 楊鈺琳，權(quán)曉強(qiáng)．基于VB API的Pro/E參數(shù)化齒輪庫設(shè)計［J］．煤礦機(jī)械，2009，30(10):216－217．

［2］ 司愛國，賈劍峰．基于Pro/E二次開發(fā)的推土機(jī)工作裝置的快速建模［J］．工程機(jī)械，2007(38):33－35．

［3］ Wynne Hsu．Synthesisof Design Concepts from a Design for Assembly perspective［J］．Journal of Mechanical Design．2000:659－666．

［4］ 郭克剛，張福生．基于 Pro/E二次開發(fā)的挖掘機(jī)工作裝置參數(shù)化建模［J］．太原科技，2008(7):79－82．

［5］ 周四新．Pro/ENGINEERWildfire 2．0 實例教程．［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．