基于PROE的柴油机机架零件数控自动编程系统开发

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1、 科技大学本科毕业论文基于PRO/E的柴油机机架零件数控自动编程系统开发Research on the NC Automatic Programming System for the Diesel Frame Based on Pro/E Platform51 / 56摘要船用柴油机的制造技术一直是造船行业的关键技术，然而，船用柴油机的制造却一直滞后于整个造船流程，已成为我国乃至世界造船业发展的瓶颈，其中最主要的原因是船用柴油机零件一般形状复杂、体积庞大，加工难度大，对企业加工设备和工作人员的要求较高。在数控编程时，许多企业都还是采用手工编程或是直接使用通用CAD/CAM软件编程的方式，这样不

2、仅效率低，重复劳动多，而且容易出错，浪费了大量的人力、财力和物力，严重阻碍了船用柴油机制造技术的发展。为此，研究出一种高效、简便的船用柴油机复杂零件数控编程的方法，开发出一套实用、可行的船用柴油机复杂零件数控加工软件，从而从根本上解决企业遇到的难题，为船用柴油机零件的制造技术带来新的活力，已成为船舶行业的当务之急。本文以Pro/E为平台，运用VC+6.0编程软件，针对船用柴油机机架零件进行数控加工编程技术研究，主要完成如下工作：（1）分析了在VC环境下开发PRO/TO0LKT应用程序的关健技术，实现了对Pro/E的菜单和UI对话框界面的设计并且使用MFC的可视化对话框设计技术成功地创建对话框作

3、为人机交互界面。（2）根据企业产品和生产组织特点，运用Pro/E二次开发技术，构建适用于船用柴油机复杂零件的数控加工平台。该平台可以实现船用柴油机复杂零件数控加工编程的相关操作，包括工艺信息的管理、加工参数的管理、加工程序的创建，以与刀轨的生成与仿真等。（3）在分析研究了Pro/NC数控加工模块和数控加工实践的基础上,利用Pro/TOOLKIT工具包、VC+开发平台和ACCESS数据库技术,成功开发了基于Pro/NC数控加工模块的数控编程应用系统。实现了对数控加工中所使用刀具的分类管理并且通过Pro/E二次开发技术直接调用切削参数模板和刀具参数模板,从而提高了编程质量,减少出错率,加快编程速度

4、。关键词：柴油机机架；数控编程；Pro/E二次开发；PRO/TO0LKTAbstractThe manufacturing of the marine diesel is the key technology in shipbuilding field. But the manufacturing of marine diesel has been lagging behind the whole shipbuilding process, and has become the bottle-neck of our countrys even worlds shipbuilding field

5、. The main reason is that the parts of the marine diesel is always complicated , huge in bulk, difficult to manufacturing, and requiring good machine and high level workers. At present, many companies are still programming by hand or using the general CAD/CAM software, so, that is not only a large w

6、aste of money and human resource, but also in low efficient, needing much of repeated working and making mistake easily. So it has obviously prevented the development of marine diesel parts manufacturing. So, to research and find an efficient and simple way to do the NC programming, to develop a pra

7、ctical and feasible software, to solve the problem the company encounter, and to bring new water and fresh air to the manufacturing of marine diesel, are the works which need to be done right now.This paper is focused on the NC programming technology of the marine diesel frame based on Pro/E and VC+

8、6.0. The main work is done as follows:(1) Based on the VC environment and the PRO/TOOLKT application, the following works are realized including the design of the Pro/E menu and UI dialog box interface and successfully creating a dialog box as a man-machine interface by using visualization dialog de

9、sign techniques of MFC.(2) Based on the products manufacturing features and Pro/E secondary development technology, the NC manufacturing platform for complicated marine diesel parts are constructed which including the management of process information, machining parameters, NC programming and tool p

10、ath verifying. (3) Based on the Pro/NC module and machining practice, the NC programming system is successfully developed by using PRO/TOOLKT, VC + + and the ACCESS database software. The category management of tools used in CNC machining and the module of cutting parameters which can be called dire

11、ctly through the Pro/E secondary development technology are realized. Correspondingly, it improves the quality of programming ,reduces the error rate and speeds up the programming speed.Keywords: Diesel frame；NC Programming；Pro/E secondary development；PRO/TOOLKIT目录第一章绪论11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究现状与发展趋势1

12、1.2.1 国外研究的现状11.2.2 国研究的现状31.2.3 目前存在的问题41.2.4发展趋势51.3 课题研究的容和实用价值61.4 本章小结6第二章系统总体方案设计72.1系统开发的需求分析72.1.1功能需求72.1.2 性能需求72.2柴油机机架零件CAM系统体系结构82.2.1通用Pro/E CAM系统的功能分析82.2.2柴油机机架零件CAM系统的构建原理与方法92.2.3柴油机机架零件CAM系统总体框架102.2.4柴油机机架零件CAM系统的组成模块112.3柴油机机架零件CAM系统基础使能技术122.3.1 Pro/E二次开发技术122.3.2 Microsoft Off

13、ice Access 2007数据库技术152.4本章小结17第三章系统详细设计183.1 CAM系统组成模块详细设计183.1.1 工艺信息库模块183.1.3 模板库模块193.1.4 编程导航模块193.1.5 用户管理模块203.2刀具库二次开发的具体方案213.3刀具库二次开发的过程223.3.1建立刀具库223.3.2访问刀具库223.3.2.1 编写菜单文件223.3.2.2生成库文件243.3.2.3 编写与运行注册应用程序283.4切削参数二次开发的过程293.4.1 二次开发的思路293.4.2 Visual C+6.0的环境设置技术303.4.3系统开发的关键问题与解决方

14、案313.4.3.1对话框开发技术313.4.3.2与数据库交互技术323.5编程中的值得注意的一些细节问题343.6本章小结35第四章基于特征的柴油机机架零件刀轨的定制364.1 船用柴油机机架零件特征分类364.1.1 Pro/E中的特征364.1.2船用柴油机机架零件的特征364.2基于特征的船用柴油机机架零件刀轨规划364.2.1船用柴油机机架零件加工特征与加工方法之间的匹配364.2.2船用柴油机机架零件特征刀轨的定制364.3本章小结36第五章软件使用说明365.1基于Pro/E平台的柴油机机架零件CAM系统操作说明365.2本章小结36总结与展望36致36参考文献36第一章 绪论

15、1.1 课题的研究背景数控加工技术涉与数控机床加工工艺和数控编程两个方面,数控编程是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一。然而现在对于国大多数柴油机制造企业来说，在复杂零件数控编程的方法方面都比较落后，甚至还停留在手工编程阶段。对于几何形状不太复杂的简单零件来说，刀具轨迹计算简单，数控程序很少，采用手工编程容易实现，但对于形状复杂、功能重要、精度要求较高的关键零件，手工编程难以胜任。虽然这些企业已经引进了CAD/CAM系统，但尚未在复杂零件数控编程中发挥重要作用。对于复杂的零件,特别是具有空间曲线、曲面的零件,如柴油机机架、机座、汽缸等,或者程序量很大的零件，数控编程常采用自动编

16、程系统,其在实现设计加工自动化,提高加工精度和加工质量,缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。Pro/Engineer（简称Pro/E）是美国参数技术公司(PTC公司)的主导产品，是全球应用最普遍的计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程（CAD/CAM/CAE）一体化的软件系统之一，据调查，当前我国的造船企业中，就有许多的企业选用Pro/E作为他们的数字化设计制造的平台，Pro/E强大的建模、加工、分析等模块使得船用柴油机生产企业能够最大限度地发挥现有的生产能力、充分利用生产资源、发挥工人的特长，从而能够快捷的把握市场的需求，以最快的速度生产出优良的产品。Pro/E作为一个商业化的软件，是一个通用

17、的平台。在现实生产中，存在着不同企业、不同部门的多样化需求，特别是随着此软件的应用领域的不断扩大和应用水平的不断提高，用户需求与该软件的系统功能之间的矛盾将日益增加，所以迫切需要通过Pro/E的二次开发功能来满足不同客户的需求。1.2 课题的研究现状与发展趋势1.2.1 国外研究的现状国外对数控编程技术的研究比较早，1952年美国帕森斯（Parsons）公司和麻省理工学院合作研制成功世界上第一台三坐标数控机床，为计算机在产品制造中的应用开创了一条崭新的道路，成为计算机辅助制造（CAM）的开端。与此同时，数控编程系统的研发也得到了飞速的发展。1956年以自动编程工具APT（Automatic P

18、rogramming Tools）为基础，开始研究数控编程语言，而且不断扩充、完善，到70年代推出了APT-与各种不同版本的APT系统软件。概括的来说，计算机辅助数控编程技术的发展大约经历了以下几个阶段：（1）APT语言，50年代，美国麻省理工学院开发。（2）APT，APT,60年代，麻省理工学院组织美国各大飞机公司共同开发。（3）APT-，APT-AC，70年代，基于ATP。（4）APT衍生语言：如ADAPT，EXAPT，EXAPT-P，HAFT，FAPT，IFAPT，MODAPT，HZAPT等。（5）CAD/CAM系统：具有计算机辅助设计、绘图、和数控编程一体化，1972年，美国洛克希德加

19、里福尼亚飞机公司开发。（6）CATIA系统：具有三维设计、分析与数控编程一体化功能，1978年，法国达索公司开发并不断发展，目前已成为应用最广泛的CAD/CAM集成软件之一，在航空和汽车工业具有广泛的应用。（7）UGCAD/CAM系统：1983年，美国McDonneDouglas Automation（1991年并入General Motor公司下属的GDS公司，即现在的Unigraphics Solutiona公司）开发并不断发展，是目前应用最广泛的CAD/CAM集成软件之一。（8）80年代以后，各种不同的CAD/CAM集成数控编程系统迅速发展，如Pro/Engineer,MasterCAM

20、,SurfCAM, Euclid ,Cimatron等。90年代以后，CAD/CAM集成数控编程系统向集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向迅速发展。现在，由于数控加工在机械制造业中发挥的作用越来越大，以其为背景出现了一批非常优秀的应用软件，这些软件具有先进的管理基础、强大的工程背景、完善的操作功能和专业化的技术服务，能够显著地提高制造业的整体效益。正因为如此，这些应用软件很快赢得了广大CAD/CAE/CAM用户的青睐，成为制造业中真正的商品化软件，其中较具有代表性的有MasterCAM、UG、Solidworks、Pro/Engineer等。例如，W.R.Mail和A.J.Mcleod在

21、他们的研究中给出了一个基于特征的NC代码生成子系统，这个系统的工作原理是:零件的每个加工过程都可以看成对组成该零件的形状特征组进行加工的总和。那么对整个形状特征或形状特征组分别加工后即完成了零件的加工。而每一形状特征或形状特征组的NC代码可自动生成。目前开发的系统只适用于2.5轴零件的加工。在数控编程的后置处理方面，国外的研究情况是：在并联机床的后置处理研究方面，开发出交互式NC后置处理器产生器CAM-Post的ICAM技术公司致力于并联机床NC后置处理器的开发，并成功为Tricept805并联机床开发了专门的并联机床后置处理器。S.L.Chen、T.H.Chang等分别开发出了适合不同类型并

22、联机床的后置处理器。另外，国外的研究现状还有：（1）AutoShip Systems公司开发的AutoShip软件。其主模块是船体外型设计和曲面造型程序（Hull Design/Surface Modeling Program），将Windows图形用户界面与NURBS算法、高端曲面造型CAD系统结合起来，操作简便。辅助模块有静水力/稳定性的计算、船体阻力与功率估算、结构设计，可选购模块为CNC切削加工程序。（2）加拿大阿尔伯克研究(Albacore Research Ltd.)研制的船舶建造软件ShipConstructor。基于AutoCAD和Microsoft Access二次开发，是一

23、套完整的用于产品建模的软件。包括ShipCAM、CAD-Link、ShipReport、NC-Pyros四个模块，分别用于光顺和放样、产品建模、基于MS Access的数据库报告和数控切割处理等方面。ShipCAM、CAD-Link、NC-Pyros与ShipReport形成一个有机的整体，ShipCAM、CAD-Link、NC-Pyros中任何数据的变化都会引起ShipReport相应的更新。1.2.2 国研究的现状国的数控编程起步较晚，较国外的落后，但也取得了一些较好的成果，也自行研发了一些数控编程系统，主要情况如下：（1）CAD/CAM系统共同开发， CAM系统充分利用CAD模型中的数据

24、信息，实现数据共享与双向反馈。 例如，大学化工机械研究所CAD室,采用离散设计方法和UG软件的点、线、面造型功能，实现鞋楦模型的建立和修改,分析了鞋楦数控加工原理，利用UG的变轴铣削加工功能，由UG/Open GRlP NC实现自动的鞋楦数控编程,开发出了鞋楦CAD/CAM 系统。此外，1994年,广船国际股份在TRIBON系统 (由瑞典KCS公司开发的一套用于辅助船舶设计与建造的计算机软件集成系统 )的基础上, 开发出了具有广船国际特色的GSICAD/CAM 系统, 该系统包含的子系统-船体设计子系统 ,可使船体结构建模、零件生成、套料，生成切割指令以与切削仿真一次性完成, 大大缩短了开发周

25、期，他们就是充分利用产品在设计、加工以与仿真检验等各个模块信息的集成，使之实现数据共享，提高了系统的可行性。（2）工艺模块的逐渐集成运用到CAM系统当中。随着产品的多样化的发展， 特别是随着复杂零件的生产需求不断扩大，零件的加工工艺水平就成为亟待解决的问题。一些有关CAM系统开发的支撑技术也发展得比较快，如电子技术研究所,提出了UG加工数据库应用的一种实用方案,通过UG置加工数据库与刀具库存管理系统数据库的集成,实现数控编程系统与刀具库存管理系统的信息共享,为UG CAM系统的开发提供了有力的技术支持。东华大学机械工程学院佳亮、蓓智等开发的-基于UG平台二次开发的数控加工CAPP系统，利用UG

26、 提供的基本功能和二次开发工具，开发出一套基于知识库的数控加工CAPP 系统，将加工各种零件所获得的知识，经过分析处理，保存在数据库中，运用工艺规划模块帮助缺少经验的编程人员快速生成对应加工特征的合理加工参数，缩短了零件加工的周期，提高了加工效益并获得稳定的加工质量。汽轮机厂在基于PRO/E系统的基础上,开发了汽轮机汽缸数控加工CAM系统,使得加工程序在系统中进行了机床、附件、刀具与工件间的干涉检查计算，从而减少了在机床上的调试程序的时间，提高了加工程序的准确性 ,同时,还解决了后置处理中的机床平行轴、附件转角的驱动与汽缸开挡槽加工的前后点补偿问题。（3）专家系统、知识工程等带有智能学习、智能

27、决策推理的新技术为CAM系统的发展注入了新的活力。随着专家系统、知识工程以与数据库技术等相关支撑技术的发展, CAM系统的开发已越来越智能化,更多的融合了先进制造技术的特点, 操作简单实用,注重多样化的市场需求,逐渐形成了面向产品,面向客户的发展趋势。现阶段，国外对船用柴油机零件Pro/E加工系统的开发研究还处在一个的刚刚起步的阶段，因此发展空间极为广阔，发展的趋势也是越来越融合多学科知识，如知识工程、专家系统、模糊控制等前沿科学的知识。1.2.3 目前存在的问题目前，虽然在国外与国针对复杂零件的数控加工编程的研究已取得了一定的进展，也取得了一些难能可贵的成就，但客观地讲，存在的问题也不少，主

28、要有：（1）CAM系统只能从CAD系统获取产品底层几何信息，无法自动捕捉产品的几何形状信息和产品高层的功能和语义信息。因此，整个CAM过程必须在资深CNC工程师的参与下，根据数控加工工艺，通过大量的图形交互式操作设置数控编程所需的加工工艺参数，如选择加工对象（点、线、面或实体）、确定约束条件（装夹、干涉和碰撞）、选取数控加工刀具、确定加工参数（切削方向、切深、主轴转速、进给速度）等。（2）CAM系统各个模块之间的产品数据不统一，各模块相对独立。如刀具定位文件只记录刀具轨迹而不记录相应的加工工艺参数，三维动态仿真只记录刀具轨迹的干涉与碰撞，而不记录与其发生干涉和碰撞的加工对象与相关的加工工艺参数

29、。（3）CAM系统是一个独立的系统，CAD系统与CAM系统之间没有统一的产品数据模型，即使是在一体化的集成CAD/CAM系统中，信息的共享也只是单向和单一的。CAM系统不能充分理解和利用CAD系统有关产品的全部信息，尤其是与加工有关的特征信息，同样CAD系统也无法获取CAM系统产生的加工数据信息。（4）自动化程度低。主要原因在于CAM模块没充分利用CAPP已经获得的加工信息，而人工地根据工艺卡片来进行加工设计。（5） 对工程设计人员要求高。他不但需要掌握加工的知识，而且对CAD和CAPP也要非常熟悉。1.2.4发展趋势随着计算机技术和数控技术的迅速发展，针对复杂零件的数控加工编程的研究正朝着简

30、便化、集成化、智能化的方向发展。（1）简便化：利用计算机软件技术提供的直观可视化的操作方法以与相应的二次开发技术，CAM系统的发展越来越符合企业定制化的需求，越来越具有针对性，复杂零件的数控编程的操作过程也更加简化，创建数控加工程序只需简单的几步。（2）集成化：当前，针对CAD/CAPP/CAM一体化技术的研究正处于一个飞速发展的时期，CAD、CAPP与CAM的集成为CAM系统的发展带来了新的活力。（3）智能化：知识工程技术的发展，无疑为CAM系统的发展带来了新的变革，它是将人工智能（知识库、规则知识、逻辑推理等）与CAD/CAM系统（几何特征、参数化驱动、装配、WAVE、 CAE、CAM等）

31、有机地结合起来,使其应用对象从几何造型、分析、制造延伸扩展到工程设计领域，形成了工程设计与CAD/CAM系统的无缝连接。1.3 课题研究的容和实用价值本课题旨在研究基于Pro/E平台CAM系统的开发。目前Pro/E已在我国制造业中得到广泛的应用，它的一个最大特点，是把CAD造型与CAM加工刀具路径与NC代码程序的生成集中在一起，实现从零件外形设计到刀具的选择、刀具路径生成、加工模拟与最后生成NC加工程序，这对于做产品设计和制造的人员来说是一个理想的工具，但它在一些特殊的零件设计、NC加工程序设计环节，操作复杂、繁琐，特别是NC加工，由于用到相当多的各种类型刀具，需要人工方式输入大量的相应参数，

32、工作量相当大，从而影响了软件的使用效率，阻碍了软件的推广。通过Pro/E里的开发工具Pro/TOOLKIT和Visual C+6.0语言的结合运用，编写应用程序模块，扩展Pro/E的功能。在 Pro/E中加入交互性菜单，通过菜单来访问外部数据库资源，实现刀具参数和切削参数的自动调用，达到NC 加工二次开发的目的，将大大减轻操作人员的工作强度，提高NC编程的效率。1.4 本章小结本章阐述了关于船用柴油机复杂零件CAM系统开发这一课题的研究背景、研究现状、研究价值、和发展趋势，本章的容是开展本课题研究的基础工作，对后续工作的开展具有重要的意义。第二章 系统总体方案设计2.1系统开发的需求分析2.1

33、.1功能需求基于Pro/E平台的船用柴油机复杂零件CAM系统就是为了解决企业制造船用柴油机复杂零件所遇到的各种问题而开发的，因此，本文在广泛调研的基础上，根据企业的具体情况，总结出本CAM系统的需求如下：（1）满足创建数控加工程序的便捷性，即相比在通用的Pro/E系统中创建数控加工程序而言，此CAM系统能最大限度的降低操作的复杂性，体现简单、易于操作的特点。（2）在创建数控加工操作的过程中，要大大减少许多的重复性的劳动，例如，要尽量避免对相似加工特征的切削参数和刀具参数的重复性输入。（3）数控加工工艺管理的科学性。包括工艺流程的管理、加工设备（机床、刀具、夹具、量具、附件）的管理以与后置处理器

34、的管理，这些都要体现科学性的要求，使之管理起来方便、稳定性好。（4）走刀轨迹满足生产要求，即生成的刀具轨迹符合企业的实际要求，并体现出刀轨的优化。（5）根据企业实际生产情况和数控机床的特点，定制相应的数控加工后置处理器，使生成的数控代码满足企业的要求。2.1.2性能需求（1）稳定性稳定性是系统运行的关键，良好的稳定性是系统运行的保障。系统的运行中，不会因不明原因而导致出乎意料的结果。（2）完善的版本管理体制。Pro/E系统升级后，如有Pro/E2.0升级到Pro/E3.0 ，该系统也应具有随Pro/E系统升级而升级的功能，以适应不同Pro/E版本的需要，保证其在Pro/E平台上正常运行。（3）

35、可扩展性该系统应具有良好的开放性，当有需求提升时，使用户能在原有系统的基础上进行功能扩展，满足更高要求的需要。2.2柴油机机架零件CAM系统体系结构2.2.1通用Pro/E CAM系统的功能分析系统的开发是在Pro/E上经二次开发而成的，因此，对通用Pro/E软件加工模块中加工流程的研究对构建本课题的CAM系统具有非常重要的借鉴意义，通用Pro/E软件的加工流程如图2.1所示2：图2.1 Pro/NC 数控加工流程图由图中可以看出，Pro/E能够模拟数控加工的全过程，其一般流程为：（1） 创建制造模型，包括创建或者获取设计模型以与工件规划。（2） 设置制造数据，包括选择加工机床、设置夹具和刀具

36、。（3） 操作设置（如进给速度、进给量和机床主轴转速等）。（4） 设置NC序列，进行加工仿真。（5） 创建CL数据文件。（6） 利用后处理器生成NC代码。2.2.2柴油机机架零件CAM系统的构建原理与方法首先，柴油机机架零件CAM系统作为一个软件系统而言，其开发应当遵循软件工程的方法和原则，也就是说，该系统的开发应当遵循相应的软件开发流程，符合一个软件系统开发的规与要求。根据软件工程的思想，开发本系统应达到以下要求：（1）正确性，满足用户的需求，如功能需求、性能需求等，并使生成的最终结果满足企业的要求，在本系统中则要求生成正确的刀轨。（2）可靠性，具有能够防止因概念、设计和结构等方面的不完善而

37、造成的系统失效，具有挽回因操作不当造成软件系统失效的能力。（3）可维护性，便于对软件增加新功能、改进性能、修改错误、移植等。（4）可重用性，软件易于被再次使用。（5）可追踪性，对软件进行正向和反向追踪的能力。（6）可移植性，从一个环境搬迁到另一个环境。（7）可互操作性，多个软件要素相互通讯协同完成任务能力。（8）有效性，充分利用计算机的时间和空间资源。其次，柴油机机架零件CAM系统的构建应考虑机架零件的加工特性与柴油机企业的实际情况，结合企业工作人员的操作习惯、知识经验水平等情况，使开发出的柴油机机架零件CAM系统能最大限度的满足企业对机架零件加工制造的使用要求。因此，构建柴油机机架零件的基本

38、原则是：遵守软件工程原则；反映柴油机机架零件的特性；充分利用Pro/E平台的特性；考虑企业的实际情况。本系统的开发将采用模块化的思想进行设计与开发，所谓的模块化设计思想，就是把软件划分为一组具有相对独立功能的部件，每个部件称为一个模块，当把所有的模块组装一起时，便可获得满足用户需求的软件系统。在模块化设计思想中，系统中的各个模块是通过接口互相联系的，对于一个软件系统来说，所分成的模块越多，虽然单个模块的功能较简单，也比较容易实现，但是接口越多，则接口的开销就越大，花在接口开发上的时间和成本也就越大。所以，系统分成的模块数量的多少，应该综合考虑，权衡利弊。对于船用柴油机机架零件CAM系统而言，应

39、根据系统所要达到的功能和系统操作的方便性、简洁性，将系统划分成几个适当的模块。在充分考虑船用柴油机所要达到的功用的基础上，船用柴油机机架零件CAM系统可划分的模块为：刀具信息库、工艺信息库、模板库、编程导航与后处理库和用户管理。2.2.3柴油机机架零件CAM系统总体框架由图2.1可以看出，通用Pro/E的加工操作与刀具参数、切削参数并不是紧密结合在一起的，而是需要手工独立的去选择和定义，对加工工艺流程来说，各自独立性就更大了，Pro/E加工模块不带有工艺设计的功能，工艺设计和加工操作宛如信息孤岛，得不到有效的沟通，而且，创建两个相似操作时需要重复性的输入一些加工参数，这样就大大影响了生产制造的

40、有效进行。为此，针对这些问题，本文的船用柴油机机架零件CAM系统将加工工艺信息模块集成到Pro/E CAM系统中，对工艺流程、刀具库等进行统一的管理，通过编程导航来实现船用柴油机机架零件数控加工编程工作的高效化与便捷化。图2.2为本系统的系统架构原理图。图2.2 船用柴油机复杂零件CAM系统体系结构该系统主要由工艺信息库、刀具信息库、编程导航、模板库、数据交换平台等几个部分组成。底部各种数据库为该系统的运行提供必要的数据支撑，是该系统运行的保证，系统运行过程中的各种数据的获取、模板的匹配都是基于数据库的基础上运行的。系统由CAD模型的导入开始，经过模板的匹配、编程向导的导航，生成可供数控机床执

41、行的NC代码。全部过程仅需少量的交互式操作，能快速、正确地创建船用柴油机机架零件的数控编程操作。2.2.4柴油机机架零件CAM系统的组成模块船用柴油机机架零件CAM系统的功能模块组成如图2.3所示，系统由刀具信息库、工艺信息库、模板库、编程导航、后处理、用户信息管理六个模块组成。图2.3 船用柴油机机架零件CAM系统组成模块各个模块的功能如下：刀具信息库：刀具是加工中必不可少的一部分，该刀具信息库包括刀具信息的编辑、刀具信息的修改、刀具信息的导出等。其中导出部分至关重要，因为该CAM系统的刀具参数设置主要就是通过导出刀具参数模板，然后供Pro/E直接调用来实现的，而不需要人工输入刀具参数。工艺

42、信息库：工艺是加工过程中必不可少的组成部分，工艺信息库的管理主要完成船用柴油机机架零件工艺库的查看、编辑、添加和删除等操作。模板库：该CAM系统主要对切削参数（除了主轴转速，进给量和切削余量三个参数）建立了一个模板，这样就可以通过匹配模板，来获取切削参数的值。例如铣削加工就有六十几个参数，输起来很繁琐，通过建立模板库，提高了工作效率。编程导航：该模块是柴油机机架零件CAM系统的主要模块，直接关系到系统运行的正确性和优良性，也体现了该系统的主要特征。该模块主要完成切削参数的导出。通过编程向导，来选择加工的某一工步，然后通过加载模板，导出切削参数模板来供Pro/E加工的时候直接调用。后处理：该模块

43、主要对后置处理器进行管理。该模块在该CAM系统中还没有完成。用户管理：主要完成用户信息的管理，如用户信息管理、用户登陆管理等。2.3柴油机机架零件CAM系统基础使能技术2.3.1 Pro/E二次开发技术Pro/ENGINEER Wildfire 是集CAD/CAE/CAM 功能于一体的三维参数化集成软件。在设计NC加工程序的环节上，Pro/ENGINEER Wildfire提供了功能强大的辅助工具Pro/NC模块，使用户可利用Pro/NC将产品的计算机几何模型（CAD）与计算机辅助制造（CAM）相结合，配合NC加工制造过程中所需要的各项加工参数与相应的毛坯、夹具、刀具、机床等，来设计产品的各种

44、加工制造工艺。Pro/NC功能非常强大，可分别针对各种类型加工机床与各种加工方式，自动产生适于具体数控机床所需的数控程序，见表2-1。利用Pro/NC进行加工操作设计后，刀具相对于加工坐标系运动而产生的刀位路径数据称为CL（Cutter Location）数据。所得到的CL数据可以利用检测模块（Pro/NC-CHECK）模拟刀具的运动过程，观察实际进行加工时的切削状况，预测误差与检查过切，并据此可进一步修改加工操作设置，以减少废料的产生，避免加工失败，实现制造流程最佳化的目的。产生的CL数据，可由后置处理模块（Pro/NC-POST）进行数据的转换，得到适于实际加工的数控程序2。表2-1 Pr

45、o/NC模块与其应用围模块名称应用围模块名称应用围Pro/NC-MILL2 轴半铣床加工3 轴铣床与钻孔加工Pro/NC-WEDM2 轴与4轴线切割加工Pro/NC-ADVANCED2轴半至5轴铣床与钻孔加工2轴与4轴车床与钻孔加工车铣加工中心上的综合加工2轴与4轴线切割加工Pro/NC-TURN2轴车床与钻孔加工4轴车床与钻孔加工Pro/E二次开发技术，是指在Pro/E软件平台上，结合具体的应用需求，总结行业的设计知识和经验，开发面向行业和设计流程的CAD系统。Pro/E提供了友好的二次开发的接口，该接口提供了丰富的二次开发工具以与丰富的二次开发API函数。以下是对各二次开发工具做简单的介绍

46、7：（1）族表（Family Table）通过族表可以方便的管理具有一样或相近结构的零件，特别适用于标准零件的管理。族表通过建立通用零件为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表通过电子表格来管理，所以又被称为表格驱动。（2）用户定义特征（UDF）用户定义特征是将若干个系统特征融合为一个自定义特征，使用时作为一个整体出现。系统将UDF特征以gph文件保存。UDF适用特定产品中的特定结构，有利于设计者根据产品特征快速生成几何模型。（3）Pro/ProgramPro/ENGINEER软件对于每个模型都有一个主要设计步骤和参数列表Pro/Program。它是由类似BASIC的高级

47、语言构成的，用户可以根据设计需要来编辑该模型的Program，使其作为一个程序来工作。通过运行该程序，系统通过人机交互的方法来控制系统参数、特征出现与否和特征的具体尺寸等。（4）J-link J-link是PRO/ENGINEER中自带的基于JAVA语言的二次开发工具。用户通过JAVA编程实现在软件PRO/ENGINEER中添加功能。（5）Pro/Toolkit Pro/Toolkit同J-link一样也是Pro/E自带的二次开发工具，在Pro/Toolkit中，PTC向用户提供了大型的C语言函数库，函数采用面向对象的风格，通过调用这些底层函数，用户能方便而又安全地访问Pro/ENGINEER

48、的数据库与部应用程序，进行二次开发，扩展一些特定功能。以下是对各二次开发的方法进行简单对比5：（1）基于MS-DOS状态下的开发方法这类二次开发方法需要做以下工作:首先,需要一个Makefile文件来控制、组织文件的编译方式,即:规定各种文件如何进行编译和连接并最终生成可执行文件的过程;其次,要编写一个Protk.dat的文本文件作为注册文件,以便使Pro/ENGINEER系统识别并执行Pro/TOOLKIT应用程序;第三,在DOS状态下编译生成可执行文件;最后,在Pro/ENGINEER主菜单的命令Utilities|AuxiliaryApplication下,找到注册文件Protk.dat

49、进行注册即可。这种方法在编写Makefile时要费事一些，所以一般不采用。（2）基于VC环境的开发方法这种基于VC环境的开发方法是:首先,在VC环境下建立MFCAppWizarddll类型的工程文件;其次,在Visual C+ 6.0的集成开发环境下设置包含文件路径,设置库文件路径,设置连接所需库文件,头文件;第三,在Visual C+ 6.0的集成开发环境下编译生成应用程序;最后,在Pro/ENGINEER主菜单的命令Utilities|Auxiliary Application下,找到注册文件Protk.dat进行注册即可。（3）在VB 6.0环境下进行二次开发此种方法主要是利用Autom

50、ationGATEWAY作为Visual Basic和Pro/ENGINEER之间的桥梁和纽带。通过Automation GATEWAY,就可以利用Visual Basic访问Pro/ENGINEER的底层数据库,况且AutomationGATEWAY现在还不能访问所有的Pro/ENGINEER的底层数据库,还有Automation GATEWAY本身还不很完善,这也是这种方法的一大缺陷。表2-2 三种二次开发方法的比较C语言Pro/TOOLKITVC6.0VB6.0Automation Gateway程序执行速度基于MS-DOS需要需要不需要不需要不需要快基于VC6.0环境需要需要需要不需要

51、不需要快基于Automation GatewayAnd VB6.0不需要不需要不需要需要需要慢通过以上的对比，我选择基于VC+6.0环境，以Pro/Toolkit为开发工具对Pro/E进行二次开发。Pro/Toolkit开发思路:（1）同步模式（Synchronous Mode）Pro/E根据注册文件中的信息启动应用程序，Pro/Toolkit应用程序和Pro/E产生各自的进程，程序的控制权在两个进程之间切换。该应用程序不能够独立于Pro/E而运行。（2）异步模式（Asynchronous Mode）Pro/Toolkit应用程序和Pro/E能够进行各自的操作，在通信方面，异步模式使用远程调用

52、RPC方式，程序（含有独立主函数）能独立于Pro/E启动。Pro/Toolkit开发过程：1）编写源文件（程序，菜单文件，输出信息文件，注册文件等）2）在Pro/E中注册，启动，运行2.3.2Microsoft Office Access 2007数据库技术所谓数据库，就是指关联数据的集合，其中的数据彼此之间是有联系的、有规则的，不是独立的、杂乱无章的。数据库是一个复杂的系统，是一组有组织的数据集合，由数据库管理系统(DBMS, Database Management System)来管理。现代数据库不仅能够存储传统的文字、数字数据信息，还可以存储图象、多媒体等数据。就数据库的功能而言，现代数

53、据库不再只是数据的管理与存取而已，还提供对比、语音识别以与图像识别等功能。数据库大致有以下几种类型：关系型数据库、阶层式数据库、网络式数据库，各种类型的数据库都有其优缺点与时代背景。Office Access 2007凭借改进的界面和无需深奥的数据库知识的交互式设计功能，可帮助信息工作者轻松、快速地跟踪和报告信息。信息可以通过在 Microsoft Office SharePoint Server 2007 列表中共享，在这些列表中可对信息进行审核和备份。下面是 Office Access 2007 帮助收集、跟踪、报告以与共享信息的 10 种主要方式。（1）使用全新用户界面可以更快地获得更好

54、的结果。 Office Access 2007 重新设计的面向结果的用户界面、全新的导航窗格和选项卡式的窗口视图为您提供了全新的体验。即便没有数据库经验，任何用户也可以开始跟踪信息并创建报表，从而做出更明智的决策。（2）直接通过源收集和更新信息。 Office Access 2007 可以使用 Microsoft Office InfoPath 2007 或 HTML 创建带有嵌入式表单的电子，为数据库收集数据，同时遵守表的业务规则。电子回复将填充和更新 Office Access 2007 表，不再需要重复键入任何信息。（3）针对同一信息创建具有不同视图的多个报表。在 Office Acce

55、ss 2007 中创建报表确实是一种“所见即所得”的体验。您可以修改报表然后实时获得可视反馈，并可以为不同用户保存不同的视图。新的分组窗格以与筛选和排序功能可以帮助显示信息，使您做出更明智的业务决策。（4）使用 Office Access 2007 的富客户端功能跟踪 Windows SharePoint Services 列表。将 Office Access 2007 用作富客户端界面，可以通过 Windows SharePoint Services 列表分析和创建报表。甚至还可以使列表脱机，然后在重新连接到网络时对任何更改进行同步处理，让您可以随时轻松地处理数据。（5）将数据移动到 Mic

56、rosoft Windows SharePoint Services 技术，增强可管理性。将数据库移动到 Windows SharePoint Services 技术，使数据更透明。这样，您就可以定期备份服务器上的数据、恢复被删除的数据、跟踪修订历史记录以与设置访问权限，从而更好地管理信息。（6）访问和使用多个源中的信息。通过 Office Access 2007，您可以将其他 Office Access 数据库、Microsoft Office Excel 电子表格、Office SharePoint Server 、开放式数据库连接 (ODBC) 数据源、Microsoft SQL Ser

57、ver 数据库和其他数据源中的表到您的数据库。然后，可以使用这些的表轻松地创建报表，从而根据更全面的信息来做出决策。（7）使用预制的解决方案快速入门。通过容丰富的预制解决方案库，您可以立即开始跟踪信息。为了方便用户，程序中已经建立了一些表单和报表，但您可以轻松地自定义解决方案以满足您的业务需求。联系人、问题跟踪、项目跟踪和资产跟踪只是 Office Access 2007 包含的现成解决方案的一小部分。（8）迅速创建表，而无需担心数据库的复杂性。借助自动数据类型检测，在 Office Access 2007 中创建表就像处理 Excel 表一样容易。键入信息后，Office Access 20

58、07 将识别该信息是日期、货币还是其他常用数据类型。您甚至可以将整个 Excel 表粘贴到 Office Access 2007 中，以便利用数据库的强大功能开始跟踪信息。（9）通过 Windows SharePoint Services 共享信息。通过 Windows SharePoint Services 和 Access 2007，您可以与工作组中的其他成员共享 Office Access 2007 信息。通过结合使用这两种应用程序的强大功能，工作组成员可以直接通过 Web 界面访问和编辑数据以与查看实时报表。（10）使用全新字段类型，实现更丰富的方案。 Office Access 20

59、07 支持附件和多值字段等新的字段类型。现在可以将任何文档、图像或电子表格附加到应用程序中的任何记录中。通过多值字段，您现在可以在每个单元格中选择多个值（例如，向多个人分配某项任务）。2.4本章小结本章阐述了柴油机机架零件CAM系统的总体方案设计过程，论述了柴油机机架零件CAM系统的构造原理、构造方法、柴油机机架零件CAM系统的功能体系以与柴油机机架零件CAM系统的组织模块。第三章 系统详细设计3.1 CAM系统组成模块详细设计3.1.1工艺信息库模块（1）主要设计思路首先登录进入主界面，然后点击工艺信息库进入对工艺信息管理的界面。该界面主要是对不同型号零件的工艺信息进行遍历。在工艺信息库中选

60、中任意一条工艺记录之后双击它弹出一个对话框如图3.1所示，该对话框可以实现对工艺信息的添加、修改、删除以与模版匹配等操作。经过修改后的数据直接存入与该对话框各个控件变量所对应的数据库中。通过这种方式对工艺信息进行管理，既方便了工作人员在加工过程中的操作也提高了生产地效率。图3.1工艺编辑框（2）关键问题与解决方案建立该模块的关键问题主要有对话框界面与数据库的连接问题以与模版类型的匹配问题。为了解决与数据库连接问题，我仔细研究了VC+语言与数据库连接的一些关键技术，学会了通过VC+编程与数据源ODBC连接，通过这种方式可以读取数据库中的容并且可以添加、删除或者修改其中的任意一条记录。至于模版类型

61、的匹配问题，也是通过VC+编程来实现的，主要通过查询数据库里的某条记录的某一字段值，然后在另外一个数据库表中根据这一字段的值查询记录，这就是编程的主要思路。3.1.3模板库模块进入主界面之后点击进入模板库如图3.2所示，通过对模版类型的查询，在列表控件中实现对各个模版信息的遍历。铣削加工模版中就有六十几个参数，输起来很繁琐，重复工作量很大，通过建立模板库，大大提高了工作效率。双击该模版的某一条记录，就可以与前面所讲到的工艺信息进行匹配。图3.2模板库3.1.4编程导航模块进入主界面之后点击进入编程导航如图3.3所示，通过选择某一加工对象然后进入编程向导界面如图3.4所示。在编程向导界面里通过点

62、击上一步和下一步来选择要加工的工步，部分工艺参数显示在对应的编辑框中，最后关键的一步操作就是加载模板了，加载模版实现了所有切削参数的拼接，并且在指定的硬盘路径里面导出了供Pro/E直接调用的切削参数文件。图3.3编程导航图3.4编程向导3.1.5用户管理模块进入主界面之后点击进入用户管理如图3.5所示，数控编程不仅在系统开发过程中要划分任务角色，在系统的设计中同样考虑系统使用者的任务角色，即权限管理。权限管理包括不同权限用户的添加、删除和密码修改等。图3.5用户管理3.2刀具库二次开发的具体方案Pro/ENGINEER Wildfire 在 NC 加工过程中需要输入各种刀具的众多参数,为操作方

63、便，利用 Access 建立后台刀具库, 并通过添加在Pro/ENGINEER Wildfire环境中的菜单，调用刀具库中的数据，以便实现刀具参数的自动输入。但是开发工具Pro/TOOLKIT没有提供访问数据库的编程接口，为此采用VC+(MFC类库)编写动态库访问数据库，然后再编写与Pro/TOOLKIT应用程序的接口，最后在Pro/ENGINEER Wildfire系统中加载Pro/TOOLKIT应用程序1。从本质上来说，Pro/ENGINEER Wildfire二次开发的关键就是如何实现Pro/ENGINEER Wildfire系统、Pro/TOOLKIT应用程序、与MFC应用程序之间的通信。本系统的整体方案如图3.6所示，采用DLL方式实现三者之间的通信。图3.6系统方案图3.3刀具库二次开发的过程3.3.1建立刀具库利用 Access建立刀具库, 刀具库中包含多个表格, 每个表格都由一系列刀具组成。对每种刀具的参数进行设置,对于刀具的参数必须参照Pro/E中的“刀具设定”对话框根据对话框界面所需输入参数的要求，可确定数据库中一个表格的字段个数，最后转换成文本格式文件, Pro/ENGINEER Wildfire 在 NC加工时是直接调用文本文件的。设置“刀具名称”ODBC 数据源, 以使动态库可以访问前面建立的Access刀具库。3.