基于Pro/E的复杂箱体三维数控加工前处理方法研究

王立新，朱长春，闫志华，邓秋超

WANG Li-xin, ZHU Chang-chun, YAN Zhi-hua, DENG Qiu-chao

（郑州大学 机械工程学院，郑州 450001）

0 引言

CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、机械制造等领域中最有影响的一项高新应用技术。CAD系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，已经产生、必然继续产生巨大的社会经济效益[1]。随着CAD技术的普及，三维模型在装备制造业生产中得到了广泛的应用。如今的三维设计软件，基本已经具备了“甩图纸”的功能，大都可以使用基本尺寸与公差共同描述三维模型的尺寸大小。

在将来企业“甩图纸”工程实施后，由设计工程师按照设计要求设计出零件的三维模型，再由数控工程师按照零件的三维模型编写数控程序，进行零件的数控加工。然而，设计工程师设计的三维模型中零件的尺寸信息通常都是由零件的基本尺寸值和公差描述的，数控程序中要编写的是零件的加工尺寸，即数控机床的走刀尺寸，这样才能保证生产出来的零件尺寸值分布在公差带内。因此，数控工程师首先需要将三维模型的基本尺寸值改为尺寸公差带的中心点，然后方可直接使用模型数据进行数控编程。大多数箱体类零件尺寸信息众多，这给数控工程师编写数控程序带来了很大的麻烦，增大了出错率，直接影响到工厂的生产效率。本文提出了基于Pro/E的复杂箱体三维数控加工前处理的方法，数控工程师在数控加工前不用再手工转化零件的基本尺寸，而是运行本文所开发的程序直接对箱体类零件进行尺寸前处理，之后就可以直接读取模型的尺寸信息进行零件的CNC编程，不仅节省了时间和人力，还大大减小了出错的概率。

1 实现方法

1）读取Pro/E中箱体类零件的设计模型，此模型中包含完整的零件基本尺寸和公差信息；

2）提取箱体模型中所有尺寸，筛选出带公差的尺寸；

3）将带公差的尺寸值按照公差分类，挑选出带有不对称公差的尺寸对象，计算出该尺寸对象所对应的公差中心点尺寸值dimen；

4）使用dimen值来驱动箱体模型，从而得到适合数控编程的三维模型。

2 Pro/E箱体模型前处理方法研究

2.1 Pro/E二次开发方法

Pro/E wildfire4.0支持的开发方法有：Pro/Toolkit，Program，Layout，族表，UDF，J-link，Automation GATEWAY，VB API等等。本文采用VB API对其进行二次开发，VB API 是PTC公司为满足用户在Microsoft .Net Framework开发环境中使用VB.NET进行二次开发的需求在Pro/E wildfire4.0中新增加的开发工具，用户可以直接使用这一工具采用VB.NET语言编写应用程序。

图1 零件生产方法程序的流程图

与使用Pro/Toolkit开发相比，VB API的开发模式只能是异步连接模式，即应用程序要独立于Pro/E软件启动，启动后再将其连接到Pro/E的一个进程中。尽管VB API的异步连接模式没有Pro/Toolkit的同步连接模式交互信息的速度快，但是其良好的系统稳定性是Pro/Toolkit同步连接模式无法比拟的。异步连接模式分为简单异步连接模式和完全异步连接模式两种连接模式。它们的区别是完全异步模式可以使用VB API应用程序从Pro/E程序中监听消息的控制环路，实现菜单按钮添加和通知反馈等功能，而简单异步模式则不能处理这种请求和实现这类功能。

2.2 箱体模型数控前处理的流程

VB API采用面向对象的编程方法，删除了易错的对象指针，系统为用户提供了一个内容丰富、功能强大的类库。使用这个类库可以访问Pro/E的内部数据和大多数的应用函数，而且各类之间有层次性很强的继承关系，这样用户使用起来更容易理解和掌握。由于VB API是一种面向对象的方法，用户可以自定义类用于处理一些经常重复使用的代码，从而达到节省大量宝贵的程序开发时间。

箱体类零件三维模型生成方法程序的开发流程与VB API实现如图1、2所示。

图2 VB API实现图

首先由程序读入箱体零件模型，提取模型的所有尺寸和公差信息，判断所提取模型尺寸是否有公差，将带有不对称公差值的尺寸信息提取出来，处理所提取的尺寸值，将其修改为尺寸公差带的中心点，使用修改后的尺寸值驱动模型，生成新的箱体三维模型。

2.3 Pro/E中零件尺寸和公差类型

VB API中包含开发Pro/E的所有类和对象，这些类和对象具有明确的继承关系，其模型树结构非常复杂，但是开发中只需要搞清楚自己关心的模型数据对象即可，下图3是有关零件模型尺寸和公差的对象模型。在这个模型对象树中，零件的尺寸和公差是由IpfcDimension对象来进行维护的。

图3 零件模型尺寸和公差的对象模型

剖析Pro/E wf4.0中的模型数据，在下表1中给出了零件的尺寸类型、公差类型及各类型数据实例。在零件模型中所有的尺寸都有默认的系统自定义的尺寸公差，其类型都是“Limits”，上下偏差系统默认值为正负0.01。

表1 零件尺寸信息分类

表2 零件各类型尺寸值

提取箱体零件模型的基本尺寸和公差信息时,首先要根据每一个尺寸名称代号得到尺寸对象,判断尺寸是否含有公差，把带有公差的基本尺寸和公差提取出来。本研究所讨论的箱体模型包含所有类型的尺寸类型和公差类型，此箱体模型具有269个尺寸信息，这里仅在每种类型中列出一个尺寸和公差值以作说明。

2.4 零件尺寸公差的处理

得到零件的尺寸信息后，通过公差分类，将公差类型为“Limits”与“Plus/Minus”两种类型的公差值筛选出来，判断提取出来的尺寸公差是否为对称分布，检索出非对称分布的尺寸公差值，通过下面的算法得到尺寸的中心值：

上面的方法是在“Plus/Minus”下使用的，而“Limits”类型是首先将其转化为“Plus/Minus”后，再使用上面的方法得到尺寸的中心值。

2.5 计入公差的三维零件模型生成

根据前面得到的零件尺寸中心值dimen，将其赋给零件的基本尺寸值，来驱动三维零件模型，将零件另存一个名称就可以得到计入尺寸公差的三维零件模型。使用下面的语句来进行模型中一个尺寸的驱动：

3 箱体零件模型图

驱动后的齿轮箱体模型如图4所示。

4 结束语

图4 齿轮箱体模型

提出了计入尺寸公差的零件模型生成方法，在Pro/E软件上使用VB API编程实现了零件模型的尺寸信息提取和上、下偏差处理，并生成符合数控编程要求的零件模型，从而不仅节约了数控编程的时间，还大大减小了手工模型尺寸转换过程中的出错率。

[1]殷国勇.CAD技术的发展趋势与深化推广应用的建议[J].机械,1999(4).

[2]王立新,黄文良,魏维.计入尺寸公差的虚拟样机零件生成[J].机械设计,2004(3).

[3]Parametric Technology Corporation.The VB API Wildfire4.0 User’s Guide[M].USA：PTC,2008.

[4]刘龙,朱林波.基于VB.NET的Pro/E二次开发关键技术[J].现代制造工程,2008(10).

[5]朱本成,王凤林.Visual Basic.NET2005全程指南语言基础、开发进阶、数据库开发、高级技术.电子工业出版社,2008(3).

[6]张继春.Pro/ENGINEER二次开发实用教程[M].北京大学出版社,2003.