孟國興

（大連機床集團技術(shù)中心，遼寧大連 116620）

基于Pro/E的大型斜床身數(shù)控車床的程序設(shè)計

孟國興

（大連機床集團技術(shù)中心，遼寧大連 116620）

以DL50大型數(shù)控車床為例，詳細介紹了裝配的參數(shù)化及程序設(shè)計方法和技巧。

公稱參數(shù) 程序設(shè)計 條件語句 EXECUTE語句

不同于小型數(shù)控車床，即使在同一加工直徑或同一床身的前提下，大型數(shù)控車床也應有多種不同加工長度、不同機床承重和不同功能配置，最終必須形成產(chǎn)品的系列化設(shè)計。這樣，才能用最低的成本，組成多種不同性能的機床，來滿足不同領(lǐng)域的不同要求。要在極短的時間內(nèi)開發(fā)出多種相似的系列產(chǎn)品，就必須借助計算機輔助設(shè)計，如Pro/E的參數(shù)化及程序設(shè)計。

參數(shù)化設(shè)計就是將零件模型中的定量信息變量化，使之成為可調(diào)整的參數(shù)，當對變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值時，就可得到不同大小和形狀的新零件模型。參數(shù)化設(shè)計可以大大提高模型的生成和修改速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計、相似設(shè)計方面具有極大的應用價值。要實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，參數(shù)化模型的建立極為關(guān)鍵。

程序是Pro/E工程設(shè)計軟件自動提供的、格式為TXT、記錄全部操作過程，它記錄著三維模型自始至終的建模步驟，包括裝配和特征的建立過程、參數(shù)設(shè)置、尺寸以及關(guān)系等模型信息。而程序設(shè)計就是根據(jù)需要編輯該程序，是Pro/E的一種高級應用。通過編輯可以實現(xiàn)全局參數(shù)自上而下的傳遞、零部件的自動裝配和替換、自動隱含及恢復、自動更改參數(shù)化模型及名稱等。參數(shù)化的零件模型必須結(jié)合裝配的程序設(shè)計，才能實現(xiàn)工程設(shè)計的自動化和智能化?；赑ro/E的參數(shù)化及程序設(shè)計的大型斜床身數(shù)控車床（見圖1）應具備以下功能：①輸入?yún)?shù)后，Pro/E自動生成全部裝配、零件三維模型，自動修改零件名稱和機床型號;②依據(jù)裝配、零件三維模型生成工程圖、總部件目錄及各種零件目錄、外購件目錄等。

本文以大型斜床身數(shù)控車床DL50為例，詳細介紹基于Pro/E的裝配參數(shù)化及程序設(shè)計的方法和技巧。

1 大型斜床身數(shù)控車床公稱參數(shù)的確定

依據(jù)Pro/E參數(shù)化及程序設(shè)計要求，綜合本臺數(shù)控車床的動力參數(shù)、幾何參數(shù)和運動參數(shù)，能夠充分表征機床特性和能力的最主要的參數(shù)，可歸納為下面7個，其可供選擇的參數(shù)值如后面的程序中所述：①工件長度;②加工直徑;③機床承重;④尾座形式;⑤中心架規(guī)格;⑥刀臺形式;⑦卡盤規(guī)格。

2 機床參數(shù)化及程序設(shè)計流程

上述7項參數(shù)設(shè)定后，便可開始機床設(shè)計，依據(jù)Pro/E同步設(shè)計要求，應按下述流程：

（1）首先創(chuàng)建一個布局文件，見圖2，圖號為DL50—001.lay。本文件用來定義機床的主要外型尺寸、參數(shù)及相互之間的裝配和位置關(guān)系，創(chuàng)建重要裝配基準面、基準軸線、提出注釋和技術(shù)要求等。

（2）創(chuàng)建機床的總裝配，圖號為DL50—001.asm。在總裝配中，依據(jù)工程知識、模塊化設(shè)計思想，分別創(chuàng)建本機床的全部子裝配。此時，因子裝配或零件中還沒有任何幾何實體，也可能沒有裝配約束關(guān)系，可以不裝配到位，這樣做的目的是快速建立起本產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)，便于自上而下地同步開展各子裝配的設(shè)計。

（3）根據(jù)布局文件，在總裝配及各子裝配中創(chuàng)建骨架模型，圖號為DL50—1001～8601_SKEL.PRT。將總裝配及各子裝配聲明到布局和名稱中，通過發(fā)布幾何和復制幾何將骨架模型中的重要基準和設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞到各零件中。

（4）打開總裝配DL50—001.asm的程序，進行參數(shù)化及程序設(shè)計，詳細見下文所述。

（5）各子裝配開始設(shè)計，建立參數(shù)化零件模型，開展有限元、動態(tài)仿真等。

（6）隨時修改、調(diào)整、完善總裝配。

（7）設(shè)計工程圖、目錄、檢圖、交檔等。

3 總裝配的參數(shù)化及程序設(shè)計

打開總裝配DL50－001.asm，點選工具→程序→編輯程序，即可打開Pro/E自動創(chuàng)建的原程序（圖3）。DL50－001.asm原程序的組成為：

第一部分：抬頭。這部分的內(nèi)容由Pro/E自動產(chǎn)生，用來標識文件，可不做任何修改。

第二部分：在INPUT……END INPUT語句之間。此處為設(shè)置輸入提示句與參數(shù)的位置，讓設(shè)計者輸入?yún)?shù)值或其它設(shè)計信息，來控制參數(shù)化零件模式的設(shè)計變更，實現(xiàn)人機交互。首次進入時，此部分呈空白狀態(tài)。

第三部分：在RELATIONS……END RELATIONS語句之間。此處為設(shè)置關(guān)系式的位置。凡是可以在工具→關(guān)系里設(shè)置的關(guān)系式，在這里也可以設(shè)置，并且兩者是互通的，這部分內(nèi)容由設(shè)計者編輯時自行填入，首次進入時，此部分呈空白狀態(tài)。

第四部分：在ADD FEATURE#……END ADD語句之前。此處設(shè)置為全局參數(shù)傳遞程序位置。使用EXECUTE指令，該指令僅能將參數(shù)傳遞到相鄰的下一級，通過下一級裝配中的EXECUTE指令繼續(xù)向下下級傳遞直至最底層。參數(shù)傳遞到相關(guān)級后，便可開始本級的參數(shù)化及程序設(shè)計。

第五部分：在ADD FEATURE#……END ADD之間。每個ADD FEATURE到END ADD代表著一個特征，而介于ADD FEATURE到END ADD之間的文字為該特征的建立過程與參數(shù)設(shè)置。這部分所占的比例最多，由Pro/E自動產(chǎn)生，不能做任何修改。但可包容在某個或多個嵌套條件語句之間，從而控制該特征的產(chǎn)生與否。即滿足條件時產(chǎn)生該特征，否則不產(chǎn)生。

第六部分：在MASSPROP……END MASSPROP之間。此處為設(shè)置質(zhì)量性質(zhì)的位置。這部分的內(nèi)容由設(shè)計者編輯時自行填入。第一次進入時，此部分呈空白狀態(tài)。如使用標準模板時，事先可填好。

正如前面設(shè)計流程第4項所述，在各子裝配開始設(shè)計前，要初步完成總裝配參數(shù)化及程序設(shè)計。主要應實現(xiàn)以下5個功能。

3.1 設(shè)置參數(shù)輸入提示句

（1）設(shè)置參數(shù)輸入提示句

在提示語句的后面一定要注明可供選擇的參數(shù)值，便于以后或其他設(shè)計員操作此裝配。例如：

此后，當設(shè)計者更新總裝配時，自動彈出參數(shù)輸入對話框，見圖4，可根據(jù)提示句輸入?yún)?shù)值。

（2）校驗新輸入?yún)?shù)的有效性

每次輸入時，難免輸入不正確參數(shù)，如用此不正確參數(shù)驅(qū)動模型，會產(chǎn)生不可預知的嚴重后果。因此，必須對每次、每個輸入的參數(shù)做有效性校驗，如輸入不正確，系統(tǒng)將維持上次的參數(shù)值不變，并且保證此次的不正確參數(shù)值不會顯示在提示語句的后面。如下面程序所示，這是一種有效的校驗方法：將本參數(shù)各個許用值組成的多個條件語句串聯(lián)起來，滿足某個條件時便做一次賦值操作，被賦值參數(shù)在程序的最后再重新賦值給本參數(shù)，不正確參數(shù)值便不會顯示在提示語句的后面，見圖5，其程序為：

3.2 要將3項模型驅(qū)動參數(shù)自上而下傳遞至各相關(guān)零件，以便建立參數(shù)化零件模型

根據(jù)3項參數(shù)的意義，容易確定與之相關(guān)的各部件及零件。即：

①工件長度：用來驅(qū)動床身、Z軸滾珠絲杠、排屑器、防護等組中相關(guān)零件的總長度。

②工件直徑：用來驅(qū)動床頭箱、尾座、刀臺中心高。

③機床承重：用來驅(qū)動床頭箱主軸及軸承直徑、尾座套筒直徑。

注意，程序設(shè)計首先要將通過窗口輸入的參數(shù)，經(jīng)裝配傳遞給裝配內(nèi)的各零件，方法之一就是使用“EXECUTE”語句。采用布局和聲明布局的方法也可以實現(xiàn)同樣的功能。

布局方法適合大型的裝配，即需要控制的參數(shù)多。在大型裝配的自上而下設(shè)計中可充分發(fā)揮它的功能。而程序設(shè)計中的“EXECUTE”語句適合較少裝配的參數(shù)傳遞。采用“EXECUTE”語句，零件的參數(shù)名與裝配參數(shù)名稱可以不同，而采用聲明布局方法，零件與裝配的參數(shù)名則必須相同。

程序輸入?yún)?shù)比布局傳遞參數(shù)更靈活。例如，按模塊化設(shè)計要求，床頭箱雖然為本機床重要部件，同時也要考慮到被其它機床借用。如該部件已聲明某個布局，當床頭箱的某個參數(shù)不適用新機床時，是不能修改已聲明的布局的;而用程序輸入?yún)?shù)的方法，床頭箱的參數(shù)只受控于上級裝配的程序或布局，因此，床頭箱可作為獨立的模塊廣泛用于其它產(chǎn)品當中。

另外，布局優(yōu)先于程序。即已程序化的裝配或零件，一旦聲明布局后，程序中的參數(shù)將被布局中的同名參數(shù)屏蔽掉，但程序中傳遞參數(shù)的指令仍然可有效地向下傳遞參數(shù)。當取消聲明后，程序輸入?yún)?shù)的功能也將自動恢復。利用此特點，可以很好地解決大型子裝配的參數(shù)傳遞。例如大型斜床身車床的防護，零件數(shù)量眾多，如采用程序傳遞參數(shù)，會十分不便，這時可將各參數(shù)加入到布局中，然后與參數(shù)相關(guān)的眾多零件通過布局關(guān)聯(lián)起來。而本組內(nèi)，為了設(shè)計參照方便而裝入的諸如床身、床頭箱等參考零件，不要與此布局文件關(guān)聯(lián)，這些零件的驅(qū)動參數(shù)，仍是通過布局再經(jīng)過裝配中傳遞參數(shù)指令傳遞過來的。這些零件才允許再次檢回到公共空間。

3.3 根據(jù)4項功能規(guī)格參數(shù)，自動選擇并完成各功能部件的替換

有些獨立部件，如卡盤或尾座會有多種規(guī)格和樣式，但每臺機床只需一套，因此要根據(jù)參數(shù)信息實現(xiàn)自動替換。方法有四種：

（1）用裝配族表替換

當裝配至少有一個是表驅(qū)動零件時，如圖6床頭箱中的各種軸承等，此裝配便可做成裝配族表，用族表替換簡單易行，在程序中可直接指定實例各稱來實現(xiàn)自動替換，程序同下。

如圖7所示，本機床可分別安裝三爪卡盤、四爪卡盤及中空卡盤。但三種卡盤模型因形狀或結(jié)構(gòu)相差較大，必須用3個零件族表來表示。這時可先組成3個子裝配族表，每個子裝配族表如圖8所示，表中可直接寫入各零件的實例名稱。在總裝配中實現(xiàn)替換前，要先將每個子裝配族表中的普通模型及總裝配事先聲明布局、名稱后，才可在總裝配中，用指定實例名稱辦法實現(xiàn)直接替換。

程序如下：

如裝配中無族表驅(qū)動零件，但又希望用裝配族表方法替換，也可組成一種特殊的裝配族表。此時，要通過不同零件的組合方式或不同的定位尺寸等，來生成不同的實例。在族表中可用“Y”表示選擇了該零件，用“N”表示不選擇或直接寫入某零件的件號（已裝入到裝配中）。注意，件號不要用N開頭，系統(tǒng)易誤操作，導致本件不會出現(xiàn)在裝配中。

（2）用指令直接替換

當部件功能、形狀相差較大，不能組成族表時，可獨立成部。如本機床的尾座，用直接在程序中指定名稱的方法直接替換，但必須將3個安裝基準先在布局中聲明名稱，程序同上。

（3）用條件語句隱含或恢復的辦法實現(xiàn)替換

此方法，用在部件只有兩、三種，如本機床中心架，可先將兩種中心架全部裝配到總裝配中，通過程序輸入選用條件后，用條件語句隱含或恢復該部件，因要獨自裝配到組件中，故不用事先聲明布局名稱。本例程序如下：

以上三種替換，都是建立在各部件均裝配在骨架模型之上，相互間沒有任何參照關(guān)系，本部件的替換不會影響其它部件。反之，這種替換會引起與之相關(guān)部件基準參照的丟失，造成特征生成失敗。這時，必須用下面的方法替換。

（4）用互換文件替換

點選創(chuàng)建→組件→互換，可生成一個互換文件，如圖9。該文件可建立起兩個需互換零件在指定的總裝配中，所有已用參照和被用參照的對應關(guān)系。這樣，即可實現(xiàn)手動和自動替換。

上述幾種替換方法，自動替換后就不可再手動替換。否則，程序中的變量部件名稱會自動修改為手動替換時指定的部件名稱，下次就不能自動替換了。另外，自動替換時，同名稱基準面按“對齊”方式，因此，聲明名稱時，一定要考慮基準面的方向也應相同。在布局文件中，用草繪創(chuàng)建基準面時，可用基準面?zhèn)让婕t色輔助線來標記平面的法線方向。

3.4 根據(jù)7項參數(shù)，自動變更機床型號、銘牌、參數(shù)內(nèi)的機床型號名稱等

商品機床都有自己的機床銘牌，其上注明機床型號、規(guī)格、主要參數(shù)等。如圖10，“DL”表示產(chǎn)品系列，“50”表示最大加工直徑的1/20，“Z”表示為加重型，“×4”表示最大加工長度為4 m。以上內(nèi)容均應隨參數(shù)的變化而自動更改。故機床參數(shù)先要傳遞到該零件，可用一條語句，傳遞全部參數(shù)，即：

在利用條件語句、字符串運算語句等，編程生成機床型號并放置在指定的變量參數(shù)內(nèi)。該銘牌上的文字是用3個拉伸文本特征創(chuàng)建的，文本要用“插入?yún)?shù)”功能，插入?yún)?shù)內(nèi)對應的文字（程序?qū)⒃谙挛闹杏懻摚?/p>

3.5 按布局文件中各部件極限位置、工作狀態(tài)等參數(shù)，驅(qū)動模型動態(tài)切換

在總裝配中，有些獨立部件可有不同的安裝位置和工作狀態(tài)。如床鞍的左右極限位置、刀臺的上下極限位置以及這些部件所用的拖鏈、軟油管、伸縮防護罩等，也應隨移動部件的位置，動態(tài)改變形狀和位置。這些重要信息，是機床設(shè)計者必須熟知的。因此，可用輔助參數(shù)來驅(qū)動這些模型。這些參數(shù)，不能像全局參數(shù)那樣通過程序輸入窗口輸入，以免太多的全局參數(shù)會影響程序設(shè)計的效率。此時，可用布局文件內(nèi)的參數(shù)并通過聲明布局傳遞到各組件及零件。如圖11，D16：1及D173：35是床鞍的左右、刀臺的上下位置約束尺寸代碼，分別在總裝配及子裝配中編程，即可實現(xiàn)動態(tài)切換位置。程序如下：

為使布局中的參數(shù)能集中顯示出來，可在布局中先創(chuàng)建一個動態(tài)報表的格式文件，如圖12。先創(chuàng)建表格，再創(chuàng)建“重復區(qū)域”，輸入如圖所示的“報告符號”，更新表格，便生成如圖13參數(shù)表。先單擊在雙擊表中的參數(shù)值，輸入有效參數(shù)即可驅(qū)動總裝配中的模型。

4 結(jié)語

到此，總裝配的程序設(shè)計完畢。各子裝配的程序設(shè)計，也用同樣的方法，只是有些內(nèi)容不一樣（如替換的不是部件而是零件等）。當參數(shù)傳遞到最底層的零件后，便可開展零件模型的參數(shù)化建模。

實踐證明，參數(shù)化設(shè)計的床身、中心架支架等，鑄造及加工工藝性良好，鑄造成本降低，程序穩(wěn)定可靠。該系列產(chǎn)品現(xiàn)已定型生產(chǎn)。

基于Pro/E的DL50系列大型數(shù)控車床的參數(shù)化及程序設(shè)計，使機床的設(shè)計周期由一年減少到三個月，綜合效益十分顯著，且為二次開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

作者：孟國興，男，1963年生，工程師，主要從事數(shù)控車床研發(fā)及制造技術(shù)、Pro/E應用研究。

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Programme Design of Large Inclined Lathe Bed NC Lathe Based on Pro/E

MENG Guoxing
（DMTG Technical Dep.，Dalian 116620，CHN）

This article takes DL50 large NC lathe as example to introduce the method and technique of assembly parameterization and program design.

Nominal Parameter;Program Design;Conditional Statement;Execute Statement

（編輯 李 靜）（

2009―07―16）

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