【正文】 發(fā)展的研究，提出了實(shí)體造型技術(shù)。1）曲面造型技術(shù)進(jìn)入70年代，正值飛機(jī)和汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展時(shí)期。CAD技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到70年代末期，以后作為CAD技術(shù)的一個(gè)分支而相對(duì)單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。1 緒 論 機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)技術(shù)，是綜合地利用計(jì)算機(jī)的工程計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理功能和人的經(jīng)驗(yàn)與判斷能力結(jié)合，形成一個(gè)專門(mén)系統(tǒng)，用來(lái)進(jìn)行各種圖形設(shè)計(jì)和圖形繪制，對(duì)所設(shè)計(jì)的部件、構(gòu)件或系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析與模擬仿真實(shí)驗(yàn)。齒輪類(lèi)零件是組成機(jī)器的重要部分，是最常用的機(jī)械零件，也是機(jī)械產(chǎn)品中運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)的核心。齒輪是應(yīng)用最為廣泛的通用機(jī)械零件，廣泛用在各種傳動(dòng)中，如減速器、傳動(dòng)裝置和汽車(chē)的變速箱等。Pro/E為解決這一難題提供了方便，它是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司( Parametric Technology Corporation, 簡(jiǎn)稱PTC) 推出的用于產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖等的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)，并以參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、功能齊全的模塊等強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)而占據(jù)重要地位, 目前已在我國(guó)的機(jī)械、汽車(chē)、電子、塑料模具、航空航天和船舶等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)可以大幅度提高工作效率。該系統(tǒng)的建立方法亦可應(yīng)用于其他零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。Pro/ E是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、面向制造行業(yè)的CAD/CAM/CAE高端軟件。直齒圓柱齒輪是制造其它齒輪的基礎(chǔ), 也是最通用的齒輪。但是齒輪類(lèi)零件的設(shè)計(jì)與繪圖是十分繁瑣且重復(fù)性很大的工作，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易出錯(cuò)，設(shè)計(jì)人員將大量的時(shí)間和精力花費(fèi)在一些重復(fù)性的工作上，缺乏更多的時(shí)間去進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量差、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱等后果，然而，CAD技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，對(duì)加速工程建設(shè)和縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。它是近十幾年來(lái)形成的一個(gè)重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。早期應(yīng)用較為廣泛的是CAD/CAM軟件，近十年來(lái)占據(jù)繪圖市場(chǎng)主導(dǎo)地位的是Autodesk公司的AutoCAD軟件。飛機(jī)及汽車(chē)制造中遇到的大量自由曲面問(wèn)題，隨著貝賽爾算法的提出，使得人們?cè)谟糜?jì)算機(jī)處理曲線及曲面問(wèn)題時(shí)變得可以操作，開(kāi)發(fā)出了以表面模型為特點(diǎn)的自由曲面造型技術(shù)，推出了三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了驚人的方便性。尺寸驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，參數(shù)化技術(shù)充分體現(xiàn)出其在通用件、零部件設(shè)計(jì)上存在的簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)。通常在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者首先考慮的是設(shè)計(jì)思想及概念，并將其體現(xiàn)在某些幾何形狀之中。企業(yè)要想在殘酷的競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)謀求發(fā)展，就要想方設(shè)法提高競(jìng)爭(zhēng)力。事實(shí)上，參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)今主流CAD軟件的兩大流派。其中，以機(jī)床、汽車(chē)、飛機(jī)、船舶等應(yīng)用最為廣泛。結(jié)構(gòu)分析主要包括有限限元分析，將對(duì)各部件及產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能、熱學(xué)性能的分析。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)所構(gòu)造的產(chǎn)品模型都是幾何圖素（如點(diǎn)、線、圓等）的簡(jiǎn)單堆疊，僅僅描述了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可視化形狀，而不包含設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，因此難以對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行改動(dòng)，并生成新的產(chǎn)品實(shí)例。齒輪的三維建模較為復(fù)雜, 涉及到很多公式和建模技巧,，特別是對(duì)于錐齒輪、斜齒輪以及渦輪蝸桿來(lái)說(shuō), 建模過(guò)程十分繁瑣, 提高齒輪的設(shè)計(jì)效率具有重要的實(shí)際工程意義； 另一方面, 三維CAD軟件Pro/E功能十分強(qiáng)大, 采用了較為先進(jìn)的技術(shù), 如全參數(shù)化實(shí)體建模技術(shù)，數(shù)據(jù)全相關(guān)等， 現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于機(jī)械和電子領(lǐng)域, 有著廣泛的用戶群。所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)即是在設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式是確定的，它需要根據(jù)某些具體的條件和具體的參數(shù)來(lái)決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。以Pro/E為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)齒輪三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng), 只需改變齒輪的相關(guān)參數(shù),如齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒寬等, 系統(tǒng)即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)齒輪的設(shè)計(jì)變更, 提高了設(shè)計(jì)效率。（3）給齒輪在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及CAE中帶來(lái)很大方便。 另一種是模型內(nèi)部特征之間的內(nèi)部約束關(guān)系, 它是指零件的幾何元素之間約束關(guān)系, 例如: 平行、垂直、相切、同心等。在復(fù)雜模型上, 則需要找出尺寸間的2 種對(duì)應(yīng)關(guān)系: 即內(nèi)部標(biāo)識(shí)尺寸和外部模型上各個(gè)數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。4)輸入特征參數(shù)將已定義好的參數(shù)輸入零件設(shè)計(jì)列表的“輸入部分”,并在關(guān)系定義部分定義出與零件各部分尺寸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 同時(shí)還可在關(guān)系定義部分定義同一零件不同尺寸的相互約束關(guān)系。第一種方法速度較慢, 可以在調(diào)試程序、輸入變量的時(shí)候使用。Pro/E作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，其功能強(qiáng)大，用途廣泛，是新一代CAD/CAM系統(tǒng)軟件。2) Visual C++ Visual C++是新一代面向?qū)ο蟮?、可視化的程序設(shè)計(jì)工具。VC++的AppWizard可以為很大一部分類(lèi)型的程序提供框架代碼，用戶不需要書(shū)寫(xiě)代碼，只需要幾個(gè)按鈕就可以生成一個(gè)完整的可以運(yùn)行的程序。由于在VC++中可以方便使用對(duì)話框 (Dialog)、位圖(Bitmap)、菜單(Menu)等工具箱，編程人員只需編寫(xiě)少量的代碼就可以設(shè)計(jì)出界面友好、方便用戶使用的程序，因而可以大大提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率。這對(duì)要求基于Pro/E開(kāi)發(fā)出可視化界面二次開(kāi)發(fā)工作來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。其主要目的是讓用戶或第三方通過(guò)C程序代碼擴(kuò)充Pro/E系統(tǒng)的功能，開(kāi)發(fā)基于Pro/E系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。Pro/TOOLKIT支持在Windows2000/NT/X_NP操作系統(tǒng)中使用C和C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，采用VC++，并可以在VC++、調(diào)試和編譯。當(dāng)編譯C源代碼并將其與Pro/TOOLKIT庫(kù)連接時(shí)，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)在Pro/E啟動(dòng)時(shí)連接到Pro/E中的目標(biāo)庫(kù)文件，就象是Pro/E本身的程序一樣，這種方法稱為“DLL模式”。多線程模式的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠用源代碼調(diào)試器運(yùn)行程序，無(wú)需將整個(gè)Pro/E執(zhí)行程序加載到調(diào)試器中，易于調(diào)試和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。但是不管使用哪種開(kāi)發(fā)模式都應(yīng)該切換到DLL模式，因?yàn)樵贒LL模式下程序執(zhí)行的更好一些，而且不同的模式有不同的并發(fā)癥，故應(yīng)該以DLL模式測(cè)試成功才可行。因此，在沒(méi)有特殊情況時(shí)，盡量選用同步模式。本課題采用的為同步模式。在工程名稱編輯框中輸入要?jiǎng)?chuàng)建的工程名稱：gear，在位置編輯框中描述的是放該工程文件的路徑：D：，如圖21所示。圖21 創(chuàng)建MFC動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)圖22 MFC App Wizard 對(duì)話框圖23 Visual C++ Pro/TOOLKIT程序設(shè)計(jì)在VC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)向?qū)ё詣?dòng)創(chuàng)建的程序框架上添加必要的函數(shù)代碼、增加新的CPP源文件以及新的資源，才能構(gòu)成一個(gè)完整的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序。本系統(tǒng)中，應(yīng)用程序調(diào)用大量Pro/TOOLKIT函數(shù)，這些函數(shù)都必須擁有各自的頭文件才能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 VC++Makefile文件是用來(lái)指定源文件如何進(jìn)行編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件或dll文件，因此，可以根據(jù)Makefile內(nèi)容進(jìn)行編譯和鏈接工作。步驟如下：（1）設(shè)置包含文件路徑，打開(kāi)VC++，從菜單上選擇工具→選項(xiàng)，彈出選項(xiàng)對(duì)話框中選擇目錄選項(xiàng)卡，在目錄[S]：下選擇include files，添加Pro/TOOLKIT的頭文件，如圖24所示，添加紅色區(qū)域的路徑。圖27 工程設(shè)置連接選項(xiàng)常規(guī)設(shè)置C/C++選項(xiàng)置③選擇連接選項(xiàng)卡，如圖28所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點(diǎn)擊確定?？傊?，為了達(dá)到齒輪的各項(xiàng)技術(shù)要求，就要考慮齒輪各個(gè)參數(shù)的改變，這些參數(shù)與齒輪尺寸、形狀、位置之間以各種方程式關(guān)聯(lián)，每個(gè)參數(shù)的改變都會(huì)引起齒廓形狀的改變。漸開(kāi)線齒輪比較容易制造，因此現(xiàn)代使用的齒輪中，漸開(kāi)線齒輪占絕對(duì)多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較少。（2）按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸輪，如下圖所示：圖33 錐齒輪圖32 圓柱齒輪 圖34 齒條圖35 蝸輪蝸桿 （3）按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪，如下圖所示：圖37 斜齒輪圖36 直齒輪 圖38 人字齒圖39 外齒輪和內(nèi)齒輪 （4）按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪，如圖39所示：（5）按齒廓曲線可分為漸開(kāi)線齒輪、擺線齒輪、圓弧齒輪。參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)圖形拓?fù)潢P(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進(jìn)行約束。1)參數(shù)化設(shè)計(jì)的理論方法參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以約束造型為核心，以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征，允許設(shè)計(jì)者首先進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，勾畫(huà)出設(shè)計(jì)輪廓，然后輸入精確尺寸值來(lái)完成最終的設(shè)計(jì)。功能約束是對(duì)產(chǎn)品所能完成的功能的描述；結(jié)構(gòu)約束是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等的表示；制造約束是對(duì)制造資源環(huán)境和加工方法的表達(dá)。產(chǎn)品的幾何約束主要包括拓?fù)浼s束和尺寸約束兩方面。尺寸約束可表征為一組基本參數(shù)且具有與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次相對(duì)應(yīng)的層次性。上面幾種方法目前應(yīng)用較為廣泛，但幾何推理法采用謂詞描述約束，而且采用專家系統(tǒng)進(jìn)行推理求解，效率低，難以滿足交互繪圖的要求。目前主要有兩種參數(shù)化建模方法：尺寸參數(shù)化和結(jié)構(gòu)參數(shù)化，尺寸參數(shù)化是指零部件的大小可以改變而形狀不能改變，例如眾多軟件系統(tǒng)中的基本圖元，而結(jié)構(gòu)參數(shù)化是指既可以改變大小也可以改變形狀，建模過(guò)程中根據(jù)實(shí)際需要可選擇尺寸參數(shù)化或結(jié)構(gòu)參數(shù)化造型。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)尺寸均己標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其有著明確的規(guī)定。1）漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)設(shè)計(jì)模數(shù)M、齒數(shù)Z、壓力角ALPHA、齒寬B、齒輪齒頂高系數(shù)H_N、頂隙系數(shù)C_N、變位系數(shù)X_N、軸孔直徑DK。 圖311 草繪四個(gè)圓 圖312 生成漸開(kāi)線（4）鏡像漸開(kāi)線 在工具欄內(nèi)依次單擊和按鈕，完成點(diǎn)“PNT0”和軸“A_1”的創(chuàng)建。圖313 鏡像漸開(kāi)線廓圖314 創(chuàng)建齒槽輪廓廓（5）創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體通過(guò)“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體：①通過(guò)“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建；②選FRONT面為草繪平面；③進(jìn)入草繪后，采用“通過(guò)邊創(chuàng)建圖元”工具，分別選取齒頂圓、齒根圓及兩條漸開(kāi)線，且在兩漸開(kāi)線與齒根圓之間創(chuàng)建倒圓角，修剪多余線條后由此圍成一個(gè)封閉線框即為所畫(huà)的截面圖形（如圖315所示）。 圖315 創(chuàng)建齒輪實(shí)體輪廓圖316 陣列實(shí)體輪廓 ⑥軸孔的生成，如圖318所示⑦畫(huà)鍵槽并添加關(guān)系，如圖317：sd1=*sd2sd0=hsd2=b1⑧圖317 創(chuàng)建鍵槽最終模型如圖319所示。第一個(gè)生成好后，就可以通過(guò)同上面相同的方法復(fù)制、陣列其他輪齒。圖324 齒圈圖325 軸齒輪 （5）軸齒輪：如圖325所示。 圖326 蝸輪 圖328 齒條圖327 蝸桿 4 系統(tǒng)用戶菜單設(shè)計(jì) 菜單的添加我們知道，一個(gè)完整的程序應(yīng)該包括：VC++中編寫(xiě)的程序，菜單文件和注冊(cè)文件。本系統(tǒng)所要開(kāi)發(fā)的是在齒輪下，包含下拉菜單：直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，直齒錐齒輪，人字齒，齒圈，軸齒輪，蝸輪，蝸桿，直齒條。（1）untranslated_menu_labe菜單標(biāo)簽名，即該菜單條的關(guān)鍵字。該菜單名不能為NULL。2）ProCmdActionAdd（）函數(shù)該函數(shù)的功能是設(shè)置Pro/ E系統(tǒng)菜單的動(dòng)作，即用戶激活Pro/ E菜單條命令時(shí)執(zhí)行的動(dòng)作函數(shù)，其實(shí)質(zhì)是設(shè)置菜單項(xiàng)與動(dòng)作相關(guān)聯(lián)。（4）Access_func確定該菜單是否可選、不可選或隱藏的訪問(wèn)（回調(diào)）函數(shù)。函數(shù)原型如下：ProMenubarmenuPushbuttonAdd (ProMenuItemame parent_menu，ProMenuItemame push_button_name ProMenuItemLabel push_button_label，ProMenuLineHelp one_line_help， ProMenuItemame neighbor，ProBoolean add_after_neighbor， UiCmdCmId action_id ProFileName filename)。該標(biāo)簽名與信息文件中該組中的標(biāo)識(shí)關(guān)鍵字相同。若設(shè)置為NULL，將該菜單項(xiàng)添加至菜單的首項(xiàng)或最后一項(xiàng)（取決于add_after_neighbor參數(shù)之值）。（7）action_id動(dòng)作函數(shù)命令標(biāo)識(shí)號(hào)。//創(chuàng)建部分對(duì)話框類(lèi)指針……ex_ntern C int user_initialize()//初始化函數(shù){ ……ProStringToWstring(MsgFile，)?！? return status。其大致格式如下：新菜單//菜單標(biāo)題名新菜單新菜單按鈕一//菜單按鈕名1按鈕一按鈕一按鈕二//菜單按鈕名2按鈕二按鈕二……本系統(tǒng)菜單文件部分內(nèi)容如下：齒輪齒輪齒輪直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪1直齒圓柱齒輪1直齒圓柱齒輪1