基于CADCAM的箱体类零件设计和加工应用技术研究

1、基于CAD/CA啲箱体类零件设计和加工应用技术研究陈 军 孙召瑞（莱芜职业技术学院 ,山东 莱芜 ,271100摘要 : 为了提高箱体类零件的加工精度、缩短产品设计周期，基于 Pro/E 的 CAD 技术，对齿轮箱体平面和壳体孔的设计、制造、改型等进行了新的分析 和研究，用特征化参数法实现了零件的三维实体造型。基于 Pro/E 的 CAM 技 术，建立了切削刀具库，实现了刀具参数的自动输入。关键词：箱体类零件，加工精度， CAD/CAM ，特征造型，刀具库 质量是产品的生命。面向 21 世纪的具有竞争力的产品质量概念是指“对顾 客需求的满足程度”。这里的质量指的是产品全生命周期的质量，它包括两

2、方 面的内容：产品的设计制造质量和产品的售后服务质量。产品要具有高质量和 低成本，还要具有竞争力的时间，即产品开发的周期要短，新产品上市的时间 要快。1 箱体类零件的结构特点分析1.1 箱体类零件的功用 箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定的传动关系 协调运动 1 。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影 响到机器的工作精度、使用性能和寿命。1.2 箱体类零件的结构特点 箱体类零件一般起着支承、容纳、定位和密封等作用，外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种。

3、箱体的种类 很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同而存 在着较大的差异。但从工艺上分析，它们仍有许多共同之处，其主要结构特点 大致有: 结构形状比较复杂；加工精度要求高；加工工序多、工艺复杂。2 箱体类零件 CAD/CAM 系统设计2.1 CAD/CAM 系统总体结构系统总体结构如图 1 所示2.2 基于特征的箱体类零件信息描述 特征是指在设计、制造及相关过程中可以识别的、包含特定形状和工程予以的基本信息单元。基于特征的零件信息描述方法不是按传统的几何体、素 如 块、体、圆柱体等）来描述零件，而是根据零件的几何特征 如孔、槽等）或加 工工艺特征来描述零件 如是否车、铣

4、、镗等）。在具体的描述方法中，不仅含有结构和几何信息，同时含有制造和工艺信息，是设计中体素概念与制造加工 过程中形面概念的综合反映。这就使得设计和制造融为一体，相互之间易于实 现信息的共享和交换2 0数据库、知识匡管理模块工艺知识库切削琴数库加工芳法库设备逵源库刀具库特征造型模按频控编程模埃圉慷处理模块工凸贱J模块数控仿真模块输入输出模块V1fV图形 示工艺 设计NC 代買数控 仿真图1箱体零件CAD/CAM集成系统框图因为Pro/E支持面向对象的技术，而其自身具有全相关性的尺寸驱动功 能。为了与Pro/E紧密结合，最大限度地利用 Pro/E内部的强大内核，本系统采 用了面向对象的设计方法，使

5、用类和对象来定义特征，并利用对象的封装性实 现对特征的圭寸装，只要指定几个特征参数就可以完全确定特征的形状。特征作 为几何信息和非几何信息的载体，在本系统中是用一组私有变量来定义的，系 统提取的零件信息就储存在这些变量当中。在零件的产品建模过程中，形状特征是产品定义模型中最主要的内容，设 计人员主要是从满足功能要求、装配要求、制造工艺要求等几个方面来构造零 件，所以不同的形状特征对于构造零件的形状所起的作用是不同的3。本系统将特征划分为主形状特征和辅助形状特征。主形状特征用于构造零件的主体形 状结构，辅助形状特征用于对形状结构进行局部修饰，它附加于主形状特征之 上。箱体零件无论为何种类型，其形

6、体一般是由包容其他组件的空腔、轴承 孔、安装板、筋板等组成，因此可以把箱体基体作为主特征，而把其他的所有 结构作为辅特征。2.3箱体类零件NC加工过程描述从总体上讲利用 Pro/NC 生成数控程序的过程与产品实际加工的流程是一致 的，包括以下几个部分： 加工前准备。包括：创建工件参考模型；创建工件；建立加工数据库（包括 NC 机床，刀具、夹具配置等 。 创建 NC 加工文件 建立制造模型。选择或创建工件，与所设计的箱体零件参考模型）装配在一起建立制造模型。 定义操作。操作是一系列 NC序列的集合，包括定义操作模式，定义机 床，定义夹具，定义加工坐标系，定义初始点和返回点，定义工件材料，定义 退

7、刀面等。 定义 NC 序列。 NC 序列是在加工条件下来描述刀具运动轨迹的，包括建立 NC 加工类型，设置加工刀具，设置加工工艺参数，选择加工对象，定制刀 具路径。 后置处理。通过后置处理产生用于指定数控机床的数控加工代码，实现 零件的数控加工。3 在 Pro/E 环境下系统的设计与实现 在箱体类零件设计加工系统的实施中，选用 Pro/E Wildfire 2.0 软件作为开 发平台，以 Visual C+为开发工具，向 Pro/ENGINEER Wildfire环境中添加菜 单，扩展 Pro/ENGINEER 的功能。为此需要编写应用程序模块，与Pro/EWildfire 进行功能连接。 当

8、然， 对于用 户而言， 该功能也可选用 其他的 CAD/CAM 系统加以实施，这一点在本质上是一致的。Pro/E在提供强大的设计分析和制造功能的同时，也为用户提供了多种二次 开发工具，常用的二次开发工具有：族表 vFamily Table）；用户定义特征； Pro/Program； Pro/TOOLKIT 。本系统采用 Pro/TOOLKIT 。3.1 开发工具简介Pro/TOOLKIT 是 美 国 PTCParametric Technology Corporation） 公 司为Pro/E 提供的用户工具箱。它提供了开发所需要的函数库和头文件，外部应用 程序可安全的访问 Pro/E 数据库

9、和应用程序，其目的是让用户或第三方通过 C 程序代码扩充Pro/E系统的功能，开发基于Pro/E的应用程序模块，从而满足用 户的不同要求。利用Pro/TOOLKIT提供的UI对话框、菜单以及 Vc+的可视化 界面技术，可设计出方便实用的人机交互界面，从而在很大程度上提高了系统 的使用效率 4。所谓Pro/TOOLKIT应用程序是指利用Pro/E系统提供的Pro/TOOLKIT工具包的支持，用C+语言进行程序设计，建立能够在Pro/E环境下运行的程序 后缀为.exe）或动态库链接文件 :65-694 李世国 Pro/TOOLKIT 程序设计机械工业出版社， 20035 张岳新.Visual C+

10、程序设计兵器工业出版社，20056 赖朝安 ，李振南等 Pro/E 二次开发的关键技术机械设计与制造， 2001， (1 ：43 45作者简介：陈 军(1971 ，男，山东莱芜人，硕士，讲师，主要从事机械设计理论、数控编程 与应用。孙召瑞 1970 ) ，男，山东莱芜人，硕士，副教授，主要从事数控编程技术。Research of the Designing and Processing Techniqueof the Trunk Parts Based on CAD/CAMLaiWu V ocational TechnologyCollegeCHEN Jun SUN Zhao-Rui Shan

11、 Dong LaiWu 271100Abstract： In order to advance the process precision and short the designing period of the product, employing the modern method and theory of the designing and manufacture and the CAD technique based on Pro/E. At the same time, the threedimensional substantiality is achieved with employing the characteristic parameter. On the basis of the CAM technique based on Pro/E, the cutting