【正文】 simply introduces the secondary development functions of Pro/E referring to this task which includes the creation of menu, the creation of the dialogue, the Pro/TOOLKIT procedure execution. Then the precept to the overall design way of gear secondary development is analyzed. With an example of a round crosssection helical pression gear in detail, it particularly describes the application of Pro/TOOLKIT and Visual C++ in the secondary development base on Pro/E, and test examples. At last, the test of all process of threedimensionpartmodel driven by database is performed indicates that the program is right, and the mold can be set up quickly. The efficiency for the design of interchangeable part based on Pro/E can be increased. Keywords: Pro/E、 Secondary Development、 Gear parts library、Pro/TOOLKIT、 Visual C++ 第 1 頁 共 47 頁 1 引言 CAD/CAM 的發(fā)展現(xiàn)狀 CAD/CAM 技術(shù)作為電子信息技術(shù)的重要組成部分，其應(yīng)用已遍及各個(gè)工程領(lǐng)域，是工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造業(yè)界的一場(chǎng)革命。經(jīng)過四十多年的發(fā)展， CAD/CAM技術(shù)有了長足的進(jìn)步。以前 CAD/CAM技術(shù)大都是在工作站平臺(tái)上運(yùn)行和開發(fā)，隨著計(jì)算機(jī)水平的大幅提高，目前CAD/CAM 軟件均可以在微機(jī)上運(yùn)行。微機(jī)平臺(tái)為普及 CAD的應(yīng)用創(chuàng)造了絕好的條件。在此基礎(chǔ)上， CAD/CAM 軟件廠商展開了新一輪的競(jìng)爭(zhēng)。目前 CAD/CAM軟件動(dòng)態(tài)如下 : ○ 1 Unigraphics(UG) UG 是 UnigraphicsSolutions 公司的拳頭產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng) CAD/CAM 模式，為用戶提供一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在 UG 中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的，并被大多數(shù) CAD/CAM 軟件廠商所采用。 ○ 2 SOLIDEDGE SOLIDEDGE是真正 Windows 軟件。它不是將工作站軟件生硬地搬到 Windows 平臺(tái)上，而是充分利用 Windows 基于組件對(duì)象模型 (COM)的先進(jìn)技術(shù)重寫代碼。 SOLIDEDGE 與 MicrosoftOffice 兼容，與Windows的 OLE 技術(shù)兼容，這使得設(shè)計(jì)師們?cè)谑褂?CAD系統(tǒng)時(shí)，能夠進(jìn)行 Windows下字處理、電子報(bào)表、數(shù)據(jù)庫操作等。 SOLIDEDGE具有友好的用戶界面，它采用一種稱為 SmartRibbon的界面技術(shù)，用戶只要按下一個(gè)命令按鈕，既可以在 SmartRibbon 上看到該命令的具體的內(nèi)容和詳 細(xì)的步驟，同時(shí)在狀態(tài)條上提示用戶下一步該做什么。 SOLIDEDGE是基于參數(shù)和特征實(shí)體造型的新一代機(jī)械設(shè)計(jì) CAD系統(tǒng)，它是為設(shè)計(jì)人員專門開發(fā)的，易于理解和操作的實(shí)體造型系統(tǒng)。 ○ 3 AutoCAD AutoCAD是 Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品。 Autodesk 公司是世界第四大 PC 軟件公司。目前在 CAD/CAE/CAM 工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，該公司是擁有全球用戶量最多的軟件供應(yīng)商，也是全球規(guī)模最大的基于 PC 平臺(tái)的CAD和動(dòng)畫及可視化軟件企業(yè)。 Autodesk 公司的軟件產(chǎn)品已被廣泛地 第 2 頁 共 47 頁 應(yīng)用于 機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、影視制作、視頻游戲開發(fā)以及 Web網(wǎng)的數(shù)據(jù)開發(fā)等重大領(lǐng)域。 AutoCAD 是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群。 AutoCAD 有強(qiáng)大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開發(fā)等功能，同時(shí)有部分三維功能。在許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域 (如機(jī)械、建筑、電子 )中，一些軟件開發(fā)商在AutoCAD的基礎(chǔ)上已開發(fā)出許多符合實(shí)際應(yīng)用的軟件。 ○ 4 Pro/Engineer Pro/Engineer 系統(tǒng)是美國 Param etric Technology Corporation(簡稱 PTC)的產(chǎn)品。 PTC 公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械 CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。利用該概念開發(fā)出來的第三代機(jī)械 CAD/CAE/CAM產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程。 Pro/Engineer 系統(tǒng)主要功能如下 : (1)真正的全相關(guān)性，任何地方的修 改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)地方； (2)具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力； (3)具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖； (4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。 Pro/Engineer 系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。 Pro/Engineer 建立在工作站上，系統(tǒng)獨(dú)立于硬件，便于移植。因此，本開發(fā)利用 Pro/Engineer為平臺(tái)對(duì)齒輪進(jìn)行二次開發(fā)。 課題的提出及意義 產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)離不開 CAD/CAM 系 統(tǒng)的支持，具有技術(shù)成熟、功能強(qiáng)大的 Pro/ENGINEER 參數(shù)化造型系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和制造業(yè)中引起了人們的重視，并得到了日益廣泛的應(yīng)用。 Pro/ENGINEER 提供了強(qiáng)大的三維幾何造型功能，使我們能夠創(chuàng)建出各種復(fù)雜的幾何模型，作為通用的三維 CAD/CAM 系統(tǒng)在功能上基本能夠滿足產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)要求，但有時(shí)這些功能并不能滿足我們的需求。例如標(biāo)準(zhǔn)零件系列，它們的結(jié)構(gòu)都是相同的，區(qū)別只在于尺寸，如果標(biāo)準(zhǔn)零件系列都通過三維建模的方式來實(shí)現(xiàn)，那么工作量將非常巨大。雖然 Pro/ENGINEER 自身 第 3 頁 共 47 頁 也有一些模型庫，但是這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不 了用戶的要求。因此，也就有了本課題研究開發(fā)的必要。 機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)過程中會(huì)用到大量的通用零件、標(biāo)準(zhǔn)件、相似件。如何建立這些常用零部件的庫，利用已有的資源，花費(fèi)較少的時(shí)間完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)是用戶非常關(guān)心的問題。建立這些通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、相似件零件庫作為一項(xiàng)可行方案，一方面可以避免不同設(shè)計(jì)者的重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率 ,提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，減少錯(cuò)誤發(fā)生率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；另一方面還可以基于該軟件的三維實(shí)體模型進(jìn)行更深層次的分析（如有限元分析等），以確保機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。 綜上，對(duì)某些特殊零件進(jìn)行二次開發(fā)是非常有必要 的。因此也就有了本課題的提出。 預(yù)期功能 如今，雖然繪圖軟件很多，而且建模方法也越來越智能，易學(xué)易懂。但是有些模型，具有相似性和通用性，如標(biāo)準(zhǔn)件，常用件等。如果每用一次都要建一次模型，那么將會(huì)大大延長設(shè)計(jì)周期，如此繁瑣而重復(fù)的步驟，將給設(shè)計(jì)者帶來不必要的負(fù)重。本課題將通過參數(shù)化建模，解決這一問題。用戶只需正確選擇或輸入零件相關(guān)參數(shù)，Pro/E 便能自動(dòng)生成用戶所需的模型，這樣大大縮短了開發(fā)設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高了零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。 本論文內(nèi)容 在本課題中，主要是基于 Pro/E或 UG 為二次開發(fā) 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高效快速的參數(shù)化齒輪建模。本人負(fù)責(zé) 齒輪模塊 的二次開發(fā)設(shè)計(jì)。 本文首先簡單介紹了一些繪圖軟件特別是 Pro/ENGINEER 的現(xiàn)狀，說明了研究本課題的必要性以及重 要性；其次介紹了一些Pro/ENGINEER 二次開發(fā)工具；接著確定本二次開發(fā)的總體方案；最后詳細(xì)地介紹了對(duì)齒輪進(jìn)行二次開發(fā)的全過程。本文的重點(diǎn)在于對(duì)齒輪進(jìn)行二次開發(fā)的部分。 對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)將包含以下內(nèi)容： ○ 1 齒輪的參數(shù)化建模； ○ 2 設(shè)計(jì)齒輪菜單及對(duì)話框 (其中包含實(shí)現(xiàn)對(duì)話框上各 按鈕的功能的相應(yīng)程序 )； ○ 3 檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否能達(dá)到預(yù)期功能。 第 4 頁 共 47 頁 2 二次開發(fā)總體方案的確定 二次開發(fā)語言 (Pro/TOOLKIT) Pro/TOOLKIT是美國 Parametric Technology Corporation(PTC)公司為 Pro/ENGINEER 軟件提供的開發(fā)工具包，其主要目的是讓用戶或第三方通過 C 程序代碼擴(kuò)充 Pro/ENGINEER 系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于Pro/ENGINEER 系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊，不僅如此，還可以利用Pro/TOOLKIT 提供的 UI 對(duì)話 框、菜單以及 VC 的可視化界面技術(shù)，設(shè)計(jì)出方便實(shí)用的人機(jī)交互界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/TOOLKIT 是 Pro/ENGINEER 的一個(gè)應(yīng)用程序接口 (API)， 它的編 程語言是 C語言，可以對(duì) Pro/ENGINEER 進(jìn)行功能擴(kuò)展，滿足 PTC客戶的特定需求。而且， Pro/TOOLKIT 提供了定制標(biāo)準(zhǔn) Pro/ENGINEER 用戶界面的能力，自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)性的程序，通過 Pro/ENGINEER 集成的內(nèi)部程序 (Dll)或外部應(yīng)用程序（ Exe）可以為造型用戶提供自定義的應(yīng)用程序、設(shè)計(jì)規(guī)劃和繪圖自動(dòng)化。 Pro/TOOLKIT 工具包提供了開發(fā) Pro/ENGINEER 所需的函數(shù)庫文件和頭文件，使用戶編寫的應(yīng)用程序能夠安全地控制和訪問Pro/ENGINEER，并可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序模塊與 Pro/ENGINEER 系統(tǒng)的無縫集成。 Pro/TOOLKIT 工具包是隨 Pro/ENGINEER 安裝盤一起提供的，安裝時(shí)在“元件”列表框中選中“ API Toolkits”復(fù)選框，并在“子元件”列表框中選中“ Pro/TOOLKIT”復(fù)選框，這樣將在 Pro/ENGINEER系統(tǒng)的默認(rèn)目錄下自動(dòng)創(chuàng)建兩個(gè)下級(jí)目錄： protoolkit 和prodevelop。 Pro/TOOLKIT 采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法（ Object_Oriented Programming） 。在 Pro/ENGINEER 和應(yīng)用程序之間主要是通過特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來傳遞信息，以應(yīng)用程序來說這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是直接訪問的，而只能通過 Pro/TOOLKIT提供的函數(shù)來訪問。 開發(fā)工具的確定 Pro/ENGINEER軟件本身自帶了一些二次開發(fā)工具，如族表工具、用戶定義特征（ UDF）、 Pro/Program、 Jlink、 Pro/Toolkit等。 以下簡單介紹上述幾種二次開發(fā)工具： ○ 1族表（ Family Table） 通過族表可以方便地管理具有相同或相近結(jié)構(gòu)的零件，特別適用于標(biāo)準(zhǔn)零件的管理。族表工具是通過建立一個(gè)通用零件作為父零 第 5 頁 共 47 頁 件，然后在其基礎(chǔ)上對(duì)各參數(shù)加以控制生成派生零件。整個(gè)族表是通過電子表格來實(shí)現(xiàn)的，因此可以稱其為表格驅(qū)動(dòng)。 ○ 2用戶定義特征（ UDF） 用戶定義特征是將若干個(gè)系統(tǒng)特征整合為一個(gè)自定義特征，使用時(shí)作為一個(gè)整體出現(xiàn)。 UDF 適用特定產(chǎn)品的特定結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品特征快速生成幾何模型。 ○ 3 Pro/Program Pro/ENGINEER 軟件對(duì)于每個(gè)模型都有一個(gè)主要設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)列表 Pro/Program,它是由類似 BASIC 的高級(jí)語言構(gòu)成，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來編輯該模型的 Program,使其以一個(gè)程序來工作。通過運(yùn)行該程序，系統(tǒng)通過人機(jī)交互的方法來控制系統(tǒng)參數(shù)、特征出現(xiàn)與否以及特征的具體尺寸等。 ○ 4 Jlink Jlink 是 Pro/ENGINEER中自帶的基于 JAVA語言的二次開發(fā)工具，是一種面向?qū)ο?、?dú)立于操作系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)工具。用戶通 過JAVA 編程實(shí)現(xiàn)向 Pro/ENGINEER軟件添加功能。 ○ 5 Pro/TOOLKIT Pro/TOOLKIT同 Jlink一樣也是 Pro/ENGINEER自帶的二次開發(fā)工具。在 Pro/TOOLKIT中， PTC向用戶提供了大量的 C語言函數(shù)庫，函數(shù)采用面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格。通過調(diào)用這些底層函數(shù)，用戶能方便而又安全地訪問 Pro/ENGINEER的數(shù)據(jù)庫及內(nèi)部應(yīng)用程序，進(jìn)行二次開發(fā)，擴(kuò)展一些特定功能。 上述各種二次開發(fā)工具集中在 Pro/ENGINEER 的“工具”菜單中，如圖 21所示。其 中“輔助應(yīng)用程序”主要用來調(diào)用 Pro/TOOLKIT 程序。 第 6 頁 共 47 頁 圖 21 開發(fā)工具 由于 Pro/TOOLKIT 具有函數(shù)簡單，應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，本課題將使用 Pro/TOOLKIT進(jìn)行二次