基于制造特性的微小型钟表机械系统仿真平台

制造特性是零部件的一种综合加工指标,它反映了加工工艺参数选择的优劣以及工艺系统精度及其稳定性的好坏,主要采用表面形貌特征、装配误差、尺寸误差等参数表征[1].北京理工大学微制造实验室对微小型零件的制造特性进行了研究,取得了初步的研究成果.微小型无返回力矩钟表机构的尺寸很小,并且零件较多,模型存在复杂的接触关系,在高承载和高转速工况下工作,制造特性对该机构影响较大,而相关的设计理论如设计公差的选取等还没有经验可参考,通过有限元仿真的方法可有效解决该问题,但由于机构尺寸很小,单元大小的划分必须要合理,才能保证有限元仿真的准确性、规范性、可比性,并且在保证计算精度的前提下要有较高的计算效率,满足工程需要.基于以上考虑,作者建立了基于制造特性的微小型无返回力矩钟表机构集成化仿真平台.

1　集成仿真平台开发方案及体系结构

ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学等多物理场于一体的大型通用有限元分析软件.由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国AN-SYS公司开发,它提供与多数CAD软件的接口,实现数据的共享和交换[2].同时,也给用户提供基于ANSYS为平台进行开发的各种工具. Visual C++6·0提供了与ANSYS软件的接口,用其编写的程序能将ANSYS作为子程序调用,作者设计的集成化仿真平台将Pro/E的二次开发语言Pro/TOOLKIT与VC相结合,在Pro/E下将微小型无返回力矩钟表机构中的零件制造特性作为参数进行参数化建模,把ANSYS作为子程序调用进行有限元分析,并自动输出计算结果图片(应力、应变、变形图等),为工程技术人员提供设计依据,并将分析结果存入用SQL server编写的数据库中,以便日后查询.具体实施方案如图1所示.

用VC++6·0调用ANSYS软件的接口程序代码为

::WinExec (“A-b-p B-i C-o D”, SW-SHOWNORMAL).

程序中:A为ANSYS程序,在这里使用绝对目录;B为用户的ANSYS产品特征代码; C为用APDL语言编写的ANSYS输入文件;D为ANSYS在运行过程中的文本输出文件.参数化建模及有限元分析、仿真管理系统通过人机操作界面,实现基于Pro/E环境下的参数化建模和有限元分析,以及基于SQL Server数据库的信息管理,并通过接口实现与其它系统的集成.系统在人机交互界面上的功能体现分为两类:一类是用VC++独立开发的应用程序界面,用于实现信息管理;另一类是微小型钟表机构参数化建模与有限元分析的操作,在Pro/E环境下完成.

根据产品的现状与设计特点,将建模与管理系统分为3层结构:应用层、功能层和数据层,通过SQL Server数据库管理系统实现各部分的连接.系统的体系结构如图2所示.