張坤鵬，趙鳳霞，張琳娜

(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州450001)

隨著數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的飛速發(fā)展，MBD技術(shù)(Model Based Definition，基于模型的產(chǎn)品定義)已成為CAD 技術(shù)的新趨勢。MBD 技術(shù)以全三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，用集成的三維實(shí)體模型完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，從而消除或者減少二維圖紙的使用［1］。MBD 模型是一個真正的三維模型，它既包括產(chǎn)品的形狀、尺寸信息，同時也包括制造、檢驗(yàn)等所需的信息，為一個完整的產(chǎn)品定義模型［2］。因此，MBD 技術(shù)將設(shè)計信息和制造信息共同定義到產(chǎn)品模型中，實(shí)現(xiàn)了面向制造的設(shè)計，既保證了數(shù)據(jù)的唯一性，又使三維實(shí)體模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)。

美國PTC 公司最新推出的Creo 作為一款集CAD/CAM/CAE 為一體的新型三維軟件，以參數(shù)化著稱，對MBD 技術(shù)有一定的支持。但是采用Creo 進(jìn)行尺寸精度信息標(biāo)注時其操作過程較為繁瑣，且系統(tǒng)沒有精度信息的國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，需要設(shè)計人員人工查詢手冊確定，這無疑給設(shè)計工作帶來了很大的不便。另外，隨著新一代GPS(Geometrical Product Specifications)標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，在MBD 模型上進(jìn)行尺寸精度標(biāo)注時，設(shè)計人員不但要給出尺寸的上、下極限偏差值，如φ30 ±0.1，而且還應(yīng)標(biāo)注出該尺寸所使用的檢驗(yàn)認(rèn)證方法，如、，但是目前Creo 系統(tǒng)還不具有這些規(guī)范的標(biāo)注功能。為解決這一問題，基于新一代GPS 標(biāo)準(zhǔn)體系，開發(fā)了Creo 環(huán)境下的線性尺寸精度信息查詢及標(biāo)注模塊，該模塊可在MBD 模型下實(shí)現(xiàn)尺寸精度信息的提取、查詢和標(biāo)注，完善了Creo 在尺寸精度設(shè)計方面的功能。

1 尺寸精度信息模塊的功能要求

在Creo 環(huán)境下開發(fā)的面向MBD 模型的尺寸精度信息查詢及標(biāo)注模塊應(yīng)具備如下特點(diǎn):

所開發(fā)的尺寸精度信息模塊應(yīng)與Creo 平臺實(shí)現(xiàn)無縫集成，使得設(shè)計人員在利用Creo 進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程中可以實(shí)時進(jìn)行尺寸精度信息的查詢和標(biāo)注。

(2)自動提取尺寸精度信息

所開發(fā)模塊應(yīng)該具備自動提取MBD 模型中尺寸及其尺寸精度信息的功能，方便尺寸精度查詢的實(shí)現(xiàn)。

(3)高效查詢、方便標(biāo)注

所開發(fā)的模塊能快速、高效、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)尺寸精度信息查詢，并將查詢得到的結(jié)果實(shí)時標(biāo)注到產(chǎn)品MBD 模型的相應(yīng)位置，完善Creo 的尺寸精度信息查詢及標(biāo)注功能，減輕設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，提高設(shè)計效率。

(4)符合新一代GPS 標(biāo)準(zhǔn)

新一代GPS 標(biāo)準(zhǔn)體系要求在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的功能要求給出一整套的產(chǎn)品加工、測量及評定的規(guī)范和方法，即在原有的尺寸上、下極限偏差值設(shè)計信息的基礎(chǔ)上，增加制造、檢驗(yàn)等所需的信息［3］。如該設(shè)計要求是線性尺寸30 mm 的全局尺寸采用最小外接法評定，大小不允許超越30 mm，局部實(shí)際尺寸采用兩點(diǎn)法評定，大小不允許超越29.9 mm。新一代GPS 給出了一系列線性尺寸的相關(guān)符號，如表1所示，這要求所開發(fā)的尺寸精度信息模塊具備該內(nèi)容的標(biāo)注功能。

表1 線性尺寸的類型及符號

2 尺寸精度信息模塊的開發(fā)方案

由前述可知，尺寸精度信息模塊的軟件設(shè)計內(nèi)容主要包括:與Creo 軟件系統(tǒng)無縫集成的應(yīng)用程序開發(fā);尺寸精度信息查詢中涉及到的標(biāo)準(zhǔn)公差、極限偏差數(shù)據(jù)庫的建立;尺寸精度信息模塊與數(shù)據(jù)庫之間的通信。

吳參謀沒有跑，他讓手下弟兄迅速搶占有利地形，阻擊四周云集的鬼子，他深知自己擋不了鬼子多久，但只要多擋一分鐘，孔老一他們就多一分活著逃脫的希望。

尺寸精度信息模塊開發(fā)過程中應(yīng)用程序的編寫是整個模塊開發(fā)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。Creo 軟件系統(tǒng)提供了多種二次開發(fā)工具，常用的包括Creo/TOOLKIT、Automation GATEWAY、J-Link 和VB API。其中Creo/TOOLKIT 是Creo 自帶的二次開發(fā)模塊，封裝了大量針對Creo 底層資源調(diào)用的庫函數(shù)和頭文件，相對其他開發(fā)方式能夠訪問更多的Creo 資源，是進(jìn)行Creo二次開發(fā)的根本方法［4］。文中尺寸精度信息模塊的主要功能是自動提取產(chǎn)品MBD 模型中尺寸精度信息，查詢國家標(biāo)準(zhǔn)的尺寸精度信息數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而驅(qū)動Creo系統(tǒng)進(jìn)行尺寸精度信息的標(biāo)注，最終將設(shè)計結(jié)果保存到MBD 模型中。程序執(zhí)行過程中需要同Creo 系統(tǒng)進(jìn)行大量的底層數(shù)據(jù)信息的交互操作，因此模塊開發(fā)選用Creo/TOOLKIT 作為開發(fā)工具。

Creo/TOOLKIT 應(yīng)用程序有兩種工作模式:一種為同步模式(Synchronous Mode);另一種為異步模式(Asynchronous Mode)［5］。同步模式的動態(tài)連接模式(DLL Mode)是將Creo/TOOLKIT 應(yīng)用程序集成到Creo 軟件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方法，此模式與Creo 共享進(jìn)程，執(zhí)行速度較快;同步模式的多進(jìn)程模式(Multiprocess Mode)的應(yīng)用程序作為Creo 的子進(jìn)程運(yùn)行，包含較多交互過程，執(zhí)行速度較慢。異步模式代碼復(fù)雜、執(zhí)行速度慢，非特殊要求一般不予采用。

使用Creo/TOOLKIT 開發(fā)應(yīng)用程序需要借助第三方編譯環(huán)境(C 語言、VC+ +語言等)進(jìn)行調(diào)試［6］。模塊開發(fā)選擇在Microsoft Visual Studio 2010 環(huán)境下進(jìn)行代碼的編寫和調(diào)試，采用微軟基礎(chǔ)類庫(Microsoft Foundation Class，MFC)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對話框界面的設(shè)計，并最終編譯生成Creo/TOOLKIT 應(yīng)用程序。所采用的軟件結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)方案

3 尺寸精度信息模塊的軟件設(shè)計

3.1 尺寸精度信息查詢模塊的設(shè)計

MBD 模型分零件模型和裝配模型。在MBD 零件模型中，尺寸精度信息的查詢主要是常用線性尺寸段(3 ～500 mm)和大尺寸段(500 ～3 150 mm)的公差及極限偏差的查詢。在MBD 裝配模型中，尺寸精度信息的查詢主要是常用和優(yōu)先采用的基孔制、基軸制配合信息的查詢。

在MBD 零件模型中，線性尺寸精度信息查詢的入口參數(shù)為基本尺寸和公差帶代號，出口參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)公差、上偏差、下偏差和檢驗(yàn)方法。當(dāng)用戶輸入了基本尺寸和公差帶代號，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，系統(tǒng)即可智能地檢索出相應(yīng)的尺寸精度信息值。其中，基本尺寸和公差帶代號用戶可直接輸入，也可從Creo 環(huán)境下產(chǎn)品模型中提取得到。選擇公差帶代號時，系統(tǒng)以按鈕顏色提示其選用情況是常用、優(yōu)先或是一般公差帶或配合，具有一定的智能性。“檢驗(yàn)方法”下拉菜單列舉了合理的檢驗(yàn)方法符號，以供用戶選擇。如圖2所示是軸公差查詢界面。

圖2 軸公差查詢界面

在MBD 裝配模型中，需要標(biāo)注基本尺寸相同的兩個零件結(jié)合在一起的情況，信息查詢的入口參數(shù)是基本尺寸和配合代號，出口參數(shù)是配合性質(zhì)以及最大(小)間隙或過盈。其中配合代號用戶可手動輸入，也可從界面中選擇國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的常用或優(yōu)先配合，選擇時系統(tǒng)將提示該配合的適合條件，幫助用戶合理選用配合代號。

3.2 尺寸精度信息數(shù)據(jù)庫的建立及訪問

在尺寸精度信息提取、查詢及標(biāo)注過程中要涉及到大量的精度數(shù)據(jù)(如標(biāo)準(zhǔn)公差、基本偏差)，需要采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行組織、管理和調(diào)用。文中采用Microsoft Access 2007 建立尺寸精度信息數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫訪問是檢索數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的計算求出標(biāo)準(zhǔn)公差和極限偏差。系統(tǒng)采用VC ++代碼通過ADO(ActiveX Data Objects)方式訪問數(shù)據(jù)庫。

3.3 尺寸精度信息的提取及標(biāo)注

尺寸及其尺寸精度信息的提取是采用Creo 二次開發(fā)工具Creo/TOOLKIT 函數(shù)對產(chǎn)品MBD 模型中的尺寸及其精度信息進(jìn)行自動提取。實(shí)現(xiàn)過程為:函數(shù)獲取尺寸對象的句柄，根據(jù)該尺寸對象的句柄獲取尺寸值及其上、下偏差。程序的關(guān)鍵代碼如下:

ProDimensionValueGet(ProDimension * dimension，double* value);

ProDimensionToleranceGet(ProDimension * dimension，double* upper_limit，double* lower_limit);

所開發(fā)的尺寸精度信息模塊嵌入Creo 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與Creo 系統(tǒng)的無縫集成，如圖3所示。

圖3 尺寸精度信息模塊與Creo 系統(tǒng)的集成

圖4 尺寸信息提取、查詢、標(biāo)注界面

應(yīng)用時，點(diǎn)擊尺寸精度信息模塊中的“尺寸精度”菜單項(xiàng)，調(diào)出“尺寸對象”對話框，尺寸精度模塊將自動提取出產(chǎn)品MBD 模型下的尺寸及精度信息，并將尺寸及其精度信息顯示到對話框界面的ListContrl 控件中，如圖4所示是系統(tǒng)自動提取出的圖3所示軸的尺寸及其精度信息。

在尺寸對象對話框中，根據(jù)MBD 模型中的設(shè)計對象是孔或軸點(diǎn)擊“軸公差”或“孔公差”按鈕，調(diào)出尺寸精度查詢界面(如圖2所示);根據(jù)設(shè)計要求，點(diǎn)擊相應(yīng)的公差代號按鈕進(jìn)行查詢;點(diǎn)擊“檢驗(yàn)方法”下拉框選取合理的檢驗(yàn)方法;然后點(diǎn)擊“標(biāo)注”按鈕，將結(jié)果標(biāo)注到產(chǎn)品MBD 模型中(如圖4所示軸段φ30 的標(biāo)注)，完成操作。

在進(jìn)行尺寸精度信息的標(biāo)注時，需要確定標(biāo)注的目標(biāo)平面、參考平面以及尺寸放置位置等信息，這些信息需要采用人工交互方式由用戶確定。確定好標(biāo)注的位置后，在MBD 模型中將顯示出該尺寸對象。尺寸精度信息標(biāo)注和顯示的關(guān)鍵代碼如下:

ProDimensionCreate(ProSolid model，ProType dimension_type，ProAnnotationPlane* annotation_plane，ProDimAttachment* attachments_arr，ProDimSense*dsense_arr，ProDimOrient orient_hint，Pro3dPnt location，ProDimension* dimension);

ProAnnotationShow(ProAnnotation * annotation，ProAsmcomppath* comp_path，ProView view);

4 結(jié)論

面向MBD 模型所開發(fā)的Creo 環(huán)境下的尺寸精度信息模塊，解決了尺寸精度信息在設(shè)計過程中的查詢問題，避免了精度取值的隨意性，實(shí)現(xiàn)了尺寸精度信息提取、查詢和標(biāo)注的自動化和智能化。擴(kuò)展了Creo軟件系統(tǒng)的應(yīng)用功能，完善和增強(qiáng)了Creo 軟件系統(tǒng)對MBD 技術(shù)的支持，提升了軟件性能，提高了設(shè)計效率，有利于進(jìn)一步發(fā)揮CAD 的優(yōu)越性。

［1］潘康華.基于MBD 的機(jī)械產(chǎn)品三維設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究［D］.北京:機(jī)械科學(xué)研究總院，2012.

［2］盧鵠，韓爽，范玉青.基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)［J］.航空制造技術(shù)，2008(3):78－81.

［3］張琳娜.精度設(shè)計與質(zhì)量控制基礎(chǔ)［M］.北京:中國質(zhì)檢出版社，2011:3－43.

［5］李世國.Pro/TOOLKIT 程序設(shè)計［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［6］何培英，李月琴.基于Pro/Toolkit 的Pro/E 二次開發(fā)及應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2005(4):35－37.