基于面向?qū)ο笏枷腴_發(fā)的主軸箱CAD系統(tǒng)
TQLZ系列振動清理篩
摘螺旋送料機 要：介紹一個數(shù)控鏜(銑)床主軸箱CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο笏枷脒M行主軸箱動力參數(shù)計算、三維實體圖形庫的建立，使該系統(tǒng)具有方便快捷、自動化程度高、可擴充的特點，可大幅度地提高設計效率，降低設計、雙螺旋輸送機生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵管式皮帶輸送機詞：面向?qū)ο螅恢鬏S箱；參數(shù)化特征圓錐機建模；多態(tài)性；繼承性
分類號重型板式給料機：TP板鏈輸送線391.72 文獻標識碼落料機：運輸帶A
文章輸送系統(tǒng)編號：1001ne斗式提升機-2265(2000) 02-0011-03
河卵石制砂機1 引言
蕪湖重型機床廠的WHZ-02X系列數(shù)控鏜(銑)床屬多品種、小批量產(chǎn)品，主要根據(jù)用戶和市場需求進行專機設計生產(chǎn)。在這種生產(chǎn)方式下，產(chǎn)品改型頻繁，主傳動系統(tǒng)是鏜(銑)床的關(guān)鍵部件，也是變化頻率最高的部件。以往主傳動系統(tǒng)的設計基本是靠人工手工設計，不僅工作量大、周期長，不能滿足市場變化的需要，而且無法從理論上定量定性分析設計，使設計水平的提高受到極大的限制。為增強市場競爭力，實現(xiàn)數(shù)控鏜(銑)床主軸箱快速并行設計，顯得尤為重要。本文采用綜合性產(chǎn)品建模系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮乃枷耄⑼晟频腃AD應用環(huán)境，以滿足市場及用戶對產(chǎn)品設計快速響粉料螺旋輸送機應的需求，實現(xiàn)產(chǎn)品全相關(guān)快速變型設計。
2 系統(tǒng)總體框?qū)伔鬯闄C架設計
本系統(tǒng)通過用戶輸入的主要技術(shù)指標(最大行程、轉(zhuǎn)速、工件最重型錘式破碎機大直徑等)，計算出主切削力、切削功率，進而進行機床的快速設計。通過查詢?nèi)S機床型譜圖庫，得到相近設計，為新的設計提供參考。用Visual C++這種面向?qū)ο蟮恼Z言對數(shù)控鏜(銑)床主軸箱系統(tǒng)進行界面設計、動力參數(shù)計算，它提供給我們所需的數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)隱藏、模塊化等概念，該系統(tǒng)由原始數(shù)據(jù)輸入模塊、切削力切削功率計算模塊、計算結(jié)果輸出模塊等主要模塊組成，大大增強了系統(tǒng)的可靠性［1］。采用自上而下、面向裝配的全相關(guān)并行設計思想(DFA)，由裝配圖產(chǎn)生零件圖［2］，由整體到局部，建立參數(shù)化圖形庫。其實質(zhì)是面向?qū)ο蟮乃枷虢⒅鬏S箱三維實體模型。本系統(tǒng)總體框架設計如圖1所示。針對用戶和市場不同需求，依據(jù)需方提出的具體要求進行總體方案優(yōu)化設計，從而實現(xiàn)主軸箱總體方案設計、動力參數(shù)計算、結(jié)構(gòu)設計、裝配干涉檢查、零部件性能分析和評價。
圖1 數(shù)控鏜(銑)床主軸箱CAD系統(tǒng)框架設計圖
執(zhí)行此應用程序后，顯示主進程界面如圖2所示。點擊“計算切削力”主菜單的下拉菜單各選項，可分別彈出車、鏜、銑、鉆削力參數(shù)輸入對話框。點擊OK按扭，對話框消失，屏幕上出現(xiàn)對應加工方法的計算結(jié)果。
圖2 主軸箱CAD系統(tǒng)主進程界面圖
3 數(shù)控鏜(銑)床主軸箱CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行邏輯
3.1 動力參數(shù)計算模塊設計
本模塊是進行車、鏜、銑、鉆、鉸等各種加工方式對應的切向切削力、徑向切削力、軸向切削力及切削功率的計算。同一加工方式，切削力、切削功率的影響因素較多，不同材料硬度、切削速度、刀具角度對切削力切削功率有不同的影響，因而計算公式亦不同，需輸入輸出較多數(shù)據(jù)，計算較為復雜。為此，在文檔/視窗架構(gòu)的基礎上，由ClassWizard定義一系列新類：對話類(Chexueli、Xixueli、Zuanxueli，用于各加工方式的原始參數(shù)和切削用量的輸入)、計算結(jié)果輸出類(Chexueresult、Xixueresult、Zuanxueresult,為便于文檔類和對話類數(shù)據(jù)對應、交換，在這些類中定義各加工方式的切削用量、原始參數(shù)和成員函數(shù)Drawresult()、Serialize())。為方便不同切削用量和原始參數(shù)輸入后所得計算結(jié)果的比較，采用多文檔類型。在文檔類中定義各計算結(jié)果類的對象，以便文檔類可訪問計算結(jié)果類中各成員數(shù)據(jù)和成員函數(shù)。用文檔類中的成員函數(shù)Serialize()來調(diào)用不同結(jié)果類中的Serialize()函數(shù)，實現(xiàn)不同加工方式的數(shù)據(jù)寫到持久存儲介質(zhì)中［1］，以后再從持久存儲介質(zhì)中讀該對象狀態(tài)來重新構(gòu)造該對象，從而可大大方便文檔類數(shù)據(jù)的管理和操作。視圖類通過GetDocument()函數(shù)，獲得指向文檔指針來訪問文檔類數(shù)據(jù)，可調(diào)用各計算結(jié)果類中的Drawresult()函數(shù)，來實現(xiàn)各種加工方式在屏幕上的顯示。此軟件系統(tǒng)框架如圖3所示。
圖3 動力參數(shù)計算程序框架圖
3.2 主軸箱三維實體圖形庫的建立
3.2.1 標識唯一性、分類性
——零部件的名稱唯一，主軸箱總裝配體中各子裝配體的分類。
主軸箱是用來聯(lián)系運動源(電機)和機床的執(zhí)行器官(主軸)。其功能是：①把一定的功率從運動源傳遞給執(zhí)行器官。②保證執(zhí)行器官一定的轉(zhuǎn)速和一定的調(diào)速范圍。③根據(jù)需要，能方便地進行運動的啟動、停止、換向和制動。根據(jù)數(shù)控鏜(銑)床TK6410主軸箱功能要求、裝配關(guān)系及設計約束，將主軸箱分為以下幾大部件：主軸類(Ⅰ軸，主軸箱中的執(zhí)行器官)、變速機構(gòu)類(Ⅱ、Ⅲ軸，保證執(zhí)行器官一定的轉(zhuǎn)速和一定的調(diào)速范圍，本傳動系為二級變速傳動機構(gòu)：由電機輸出軸→連接軸→Ⅱ軸→Ⅲ軸→Ⅱ軸→Ⅰ軸，從而達到銑軸所需轉(zhuǎn)速；由電機輸出軸→連接軸→Ⅱ軸→Ⅰ軸，從而達到鏜軸所需轉(zhuǎn)速)、電機輸出軸類(連接軸通過齒輪軸套與電機輸出軸相連，用于將電機功率傳遞給變速機構(gòu))、油缸類(油缸組件中的活塞推動Ⅱ、Ⅲ軸上的撥叉移動，撥叉使Ⅱ軸上的雙聯(lián)滑移外齒輪作軸向移動與Ⅲ軸上的齒輪脫開，與其右端同軸上的內(nèi)齒輪嚙合，實現(xiàn)由電機輸出軸→連接軸→Ⅱ軸→Ⅰ軸的變速傳動)、箱體類(箱體內(nèi)各軸線的布置與箱體的形狀有關(guān)，箱體對其內(nèi)各組件起支撐和密封的作用，并承受各種載荷)等子裝配體。在總體裝配關(guān)系約束下，同步地對這些子裝配體進行并行設計，每個功能單元可進一步分解為下一子功能單元結(jié)構(gòu)。將變速機構(gòu)分為Ⅱ、Ⅲ軸部件類，Ⅱ、Ⅲ軸部件子裝配體進一步細分為軸、軸承、軸上的傳動件，直至最終實現(xiàn)每個功能單元的結(jié)構(gòu)為已知的形狀特征或部件單元為止［3］。
3.2.2 多態(tài)性、繼承性
——零件及總裝配體中，子裝配體的互換性、互換的子裝配體之間裝配約束關(guān)系的多樣性。
零件中，基特征與輔助特征的父子繼承關(guān)系。裝配體中，自上而下，由總裝配體→子裝配體→再子裝配體之間的父子繼承關(guān)系，由上一層裝配體中的裝配約束關(guān)系繼承而來的繼承參數(shù)，如定位面、配合面、支撐面、基準面的尺寸參數(shù)及加工要求都將成為下一層裝配體的設計約束。設計過程中有兩類參數(shù)：①繼承參數(shù) 從上一層繼承下來的參數(shù)，本層設計部門不但必須滿足，而且無權(quán)直接修改。如撥叉兩孔分別與Ⅱ、Ⅲ軸配合，撥叉上兩孔間距參數(shù)及孔徑參數(shù)由圖4所示。②生成參數(shù) 從繼承參數(shù)中導出，或根據(jù)當前的設計需要制定，如圖4撥叉總長度、總寬度尺寸，當繼承參數(shù)有所改變時，相關(guān)的生成參數(shù)要隨之調(diào)整。當撥叉上兩孔之間的距離以及孔徑變化時，其總長度、總寬度尺寸也發(fā)生相應變化。
圖4 撥叉尺寸參數(shù)的繼承性圖
面向?qū)ο蟮某绦蛟O計中，多態(tài)性指同一消息被不同的對象接收后被解釋為不同含義的能力，它和類的繼承性密切相關(guān)。一個對象能接受若干個不同形式、不同內(nèi)容的消息，相同形式的消息可以送往不同的對象，不同的對象對相同形式的消息可以有不同的解釋，從而作出不同的響應。主軸箱中，結(jié)構(gòu)約束好比消息，同一子裝配體可采用不同的或相同的結(jié)構(gòu)約束，與不同的子裝配體裝配成不同的裝配體。如Ⅱ軸子裝配體采用相同的結(jié)構(gòu)約束(齒輪傳動)分別與Ⅰ、Ⅲ軸、連接軸裝配成不同的裝配體，采用不同的結(jié)構(gòu)約束(端面對齊)與油缸組件裝配成裝配體。主軸箱中各子裝配體的分類、多態(tài)性、結(jié)構(gòu)約束多樣性如圖5所示。
圖5 主軸箱中各子裝配體的分類、多態(tài)性、結(jié)構(gòu)約束多樣性圖
4 結(jié)束語
本文采用Visual C++進行主軸箱動力參數(shù)的計算，采用面向裝配的全相關(guān)并行設計思想(DFA)，建立主軸箱三維實體模型。其實質(zhì)是采用面向?qū)ο笾蓄悺⒗^承性、多態(tài)性、動態(tài)裝訂等面向?qū)ο蟮乃枷?，建立主軸箱CAD系統(tǒng)，從而大大增強了系統(tǒng)的擴充性、穩(wěn)定性，使本系統(tǒng)能為今后的CAD/CAM/CAE集成奠定基礎。
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