【正文】 gear as an example, introduces the method and procedure of PRO/E modeling in detail, and discusses how to carry on the parameterization driven on the basis of modeling。 Threedimensional modeling。 在基于三維 CAD 技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行渲 染工程，如光源設(shè)置，模型屬性 (顏色、透明度、反射系數(shù)等 )，還可以設(shè)置模型的顏色、紋理、反射、景深、陰影等效果，從而達(dá)到渲染產(chǎn)品外觀的效果。 1． 1． 2 CAD 技術(shù)的發(fā)展歷程 CAD 技術(shù)產(chǎn)生于本世紀(jì) 50 年代后期發(fā)達(dá)國(guó)家的航空和軍事工業(yè)領(lǐng) 域，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展而成長(zhǎng)起來(lái)。 CAD 技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的發(fā)展一直 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。此時(shí)在飛機(jī)和汽車的設(shè)計(jì)制造中遇到了大量的自由曲面問(wèn)題，當(dāng)時(shí)只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來(lái)近似表達(dá)所設(shè)計(jì)的自由曲面，還經(jīng)常按比例制作油泥模型，作為設(shè)計(jì)評(píng)審或方 案比較的依據(jù)。曲面造型系統(tǒng) CATIA為人類帶來(lái)了第一次 CAD 技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來(lái)近似準(zhǔn)確表達(dá)曲面的落后的工作方式。實(shí)體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志著 CAD 技術(shù)發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。但當(dāng)策劃參數(shù)化技術(shù)的設(shè)計(jì)人員在新思想無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，集體離開(kāi)了 CV公司，另成立了一家名為 “參數(shù)化技術(shù) ”的公司 (Parametric Technology Corp.)， 開(kāi)始研發(fā)一種命名為 Pro ENGINEER 的參數(shù)化 CAD 軟件?？梢哉J(rèn)為，參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用主導(dǎo)了 CAD 發(fā)展史上的第三次技術(shù)革命。 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)理論的每次重大進(jìn)展，無(wú)一不帶動(dòng)了 CAD/ CAM/CAE 整體技術(shù)的提高以及制造手段的更新。 不能進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)的三維模型， 在設(shè)計(jì)中幾乎沒(méi)多少用途。因而，現(xiàn)在的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，全部可以用參數(shù)化的三維模型來(lái)表述。當(dāng)參考零件的形狀和尺寸發(fā)生變化時(shí)，新零件的結(jié)構(gòu)與尺寸也隨之變動(dòng)。 三維模型設(shè)計(jì)中包括了產(chǎn)品完整的幾何結(jié)構(gòu)，還可以從三維模型中產(chǎn)生其他各種視圖，除基本標(biāo)準(zhǔn)的三視圖外，還可生成軸測(cè)圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等。通常的工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)三維模型的尺寸，自動(dòng)生成二維尺寸，并可以靈活調(diào)整尺寸的種類和位置。 （ 2）特征具有一定的行為規(guī)則，并在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遵守這些規(guī)則。通過(guò)特征定義，可以避免計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)體模型數(shù)據(jù)與外部特征數(shù)據(jù)的不一致和冗余，所以被認(rèn)為是解決 CAD/CAM 集成的最為有效的途徑，并為許多商品化的 CAD/CAM 系統(tǒng)所采用。 1． 2． 3 Pro ENGINEER 參數(shù)化 CAD 軟件 Pro ENGINEER（以下簡(jiǎn)稱 Pro/E） 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 (PTC)推出的新一代CAD/CAE/CAM 軟件，其強(qiáng)大的功能深受業(yè)內(nèi)人士歡迎，并成為當(dāng)今世界上擁有用戶最多的三維 CAD 軟件。 2） 全相關(guān)性 Pro/E 所有的模塊都是全相關(guān)的，即在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果對(duì)產(chǎn)品的某一處進(jìn)行修改，第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 該修改將會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，如更新所有的工程文檔，包括零件模型、裝配模型、二維圖以及制造數(shù)據(jù)等。當(dāng)特征之間存在參考關(guān)系時(shí)，特征之間即產(chǎn)生所謂的父 /子關(guān)系。 1． 3 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用 1． 3． 1 二次開(kāi)發(fā)的作用和意義 所謂 “二次開(kāi)發(fā) ”就是在商業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)本地化 的 應(yīng)用程序的過(guò)程 ，從而 形成本地化的 CAD 系統(tǒng)。常用的 二次開(kāi)發(fā)工具有：族表（ Family Table）、用戶定義特征（ UDF）、 Pro/Program、 Jlink、Pro/Toolkit 等。 使用 Pro/Toolkit 開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序包含三個(gè)步驟 ：（ 1）編寫(xiě)源文件；（ 2）生成可執(zhí)行文件；（ 3） Pro/Toolkit 應(yīng)用程序在 Pro/E 中的注冊(cè)。在未投入 CIMS 之前，制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)形式基本屬于簡(jiǎn)單投入，任何一點(diǎn)變化都會(huì)造成極大的工作量，而投入了 CIMS 后，將設(shè)計(jì)過(guò)程 分為模塊，減少了變化所帶來(lái)的工作量，尤其是引進(jìn) Pro/E 系統(tǒng)后，大大減少了工作量，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)， Pro/E 系統(tǒng)能夠?qū)⑷S實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為工程圖，并能完成虛擬零件的裝配。 PRO/E 會(huì)自動(dòng)讀取 ,且對(duì)于 PRO/E 自動(dòng)標(biāo)注的尺寸名字可在標(biāo)注時(shí)修改 ， 以便在編輯修改時(shí)很好的識(shí)別 。其它部分內(nèi)容還有待進(jìn)一步的研究與探索。 按有利條件確定 基圓柱螺旋角 βb 0176。 7 軸交角 Σ 90176。鑄造結(jié)構(gòu)形式又分為單輻板結(jié)構(gòu)，雙輻板結(jié)構(gòu)等。 首先我們來(lái)設(shè)定漸開(kāi)線圓柱齒輪的基本參數(shù)，根據(jù)齒輪特征并結(jié)合設(shè)計(jì)人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、建模技巧提取基本參數(shù)如下表所示： 參數(shù)名稱 z m angle angle1 ha c d db da df b ds n bh t1 參數(shù)類型 整數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 實(shí)數(shù) 參數(shù)含義 齒數(shù) 模數(shù) 壓力角 螺旋角 齒頂高系數(shù) 頂系系數(shù) 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂圓直徑 齒根原直徑 尺寬 軸徑 孔數(shù) 鍵寬 鍵高 參數(shù)初值 60 3 20 0 1 0 0 0 0 20 20 4 6 圖 2 PRO/E 參數(shù)顯示界面 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 2． 2． 2 漸開(kāi)線及齒廓的繪制 要研究漸開(kāi)線方程，首先要了解齒廓曲線。要使兩齒輪作定傳動(dòng)比傳動(dòng)，則其齒廓必須滿足的條件是：不論兩齒廓在何位置接觸，過(guò)接觸點(diǎn)所作的兩齒廓公法線必須與兩齒輪的連心線相交于一定點(diǎn)。 漸開(kāi)線極坐標(biāo)參數(shù)方程： KKKKKbK tginv c os/rr ???? ? ???? 漸開(kāi)線直角坐標(biāo)方程： us inurc os ury uc o s urs inurx bb bb ?? ?? 方程中 rb代表齒輪基圓半徑， u 代表漸開(kāi)線在 K點(diǎn)的滾動(dòng)角。 （ 2） 輸入方程繪制漸開(kāi)線 首先選擇插入基準(zhǔn)曲線（ Insert a datum curve）命令，從其彈出的 CRVOPTIONS 下拉菜單中選擇 From Equation、 Done命令，然后點(diǎn)選 Pro/E 的三維繪圖坐標(biāo)，彈出的菜單提供了三種坐標(biāo)系可供選擇： Cartesian（卡笛爾坐標(biāo)）、Cylindrical（圓柱坐標(biāo)）、 Spherical（球坐標(biāo)）。 球坐標(biāo)系下的漸開(kāi)線參數(shù)方程為（壓力角為 60 度）： a=60*t r=(rb^2+(pi*rb*a/180)^2)^0.5 theta=aatan((pi*rb*a/180)/10) z=0 完成的漸開(kāi)線如圖所示。當(dāng)齒數(shù)在兩種情況間變化時(shí)，由不同的曲線組成的齒廓會(huì)造成生成實(shí)體失敗報(bào)錯(cuò)。是兩種情況合而為一，避免了重復(fù)建模。最后根據(jù)齒廓曲線對(duì)生成的輪體進(jìn)行剪切。 在陣列輪齒時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)也有一定難度。 2. 2. 4 輪體結(jié)構(gòu) 本文以 目前應(yīng)用 最為廣泛的鍛造圓盤(pán)式（腹板式）輪體結(jié)構(gòu)為例。同樣，孔數(shù)等尺寸也采用上述方法生成。凡是對(duì)這類尺寸，均采用了中間值定義。 當(dāng)然也可以采用先對(duì) Dx 進(jìn)行定義，再對(duì)定義好的方便觀看的參數(shù)化尺寸名稱進(jìn)行定義。 對(duì)于不等頂隙直齒錐齒輪，分度圓錐、齒根圓錐和齒頂圓錐交于一點(diǎn)。 2． 3 對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)的意義 隨著 CAD 技術(shù)的發(fā)展，二維的 CAD 已經(jīng)滿足不了實(shí)際生產(chǎn)中的需要 ，三維的 CAD 如今已經(jīng)占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，在三維設(shè)計(jì)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用并成為主流。 實(shí)現(xiàn)了漸開(kāi)線齒輪的實(shí)體參數(shù)化的造 型系統(tǒng)具有如下意義： （ 1）保證了造型的精確性； （ 2）造型速度快，避免了手工造型的復(fù)雜過(guò)程； （ 3）完成的三維齒輪實(shí)體模型是后續(xù)的齒輪有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作的必要條件； 總之，該系統(tǒng)縮短了齒輪 的 設(shè)計(jì) 和 制造時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)精度，減化了設(shè)計(jì)過(guò)程，在齒輪設(shè)計(jì)制造中具有重要的實(shí)用價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)計(jì)算得到端面及各截面的齒廓參數(shù)，為齒形生成模塊準(zhǔn)備所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)，該模塊還具有較強(qiáng)的錯(cuò)誤處理功能，以便在用戶結(jié)構(gòu)參數(shù)有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤信息并退回界面模塊。按照結(jié)構(gòu)類型計(jì)算模塊輸出的參數(shù)，生成齒輪的輪體結(jié)構(gòu)實(shí)體部分。 開(kāi)始 程序 輸入基本參數(shù) 參數(shù)合理 否 是 讀入數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫(kù) 計(jì)算所需參數(shù) 向 PROE輸入數(shù)據(jù) 生成三維實(shí)體模型 模型庫(kù) 輸出結(jié)果 結(jié)束 第 20 頁(yè) 共 31 頁(yè) 用戶所見(jiàn)到的只是用戶層所提供的應(yīng)用程序界面，當(dāng)用戶對(duì)界面進(jìn)行操作，其操作將反映到業(yè)務(wù)處理層，由該層對(duì)用戶的操作進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，并進(jìn)行對(duì)操作層的調(diào)用，操作層調(diào)用各種必要的 程序接口，并在期間對(duì)某些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)層進(jìn)行查詢以完成此次的操作，在操作完成后，用戶將得到他想要的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)層是在必要的時(shí)候?qū)Τ绦蛩璧臄?shù)據(jù)進(jìn)行支持，在本程序中就將各種參數(shù)和基本圖形進(jìn)行分類，形成圖形庫(kù)和特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。 第 21 頁(yè) 共 31 頁(yè) 系統(tǒng)功能模型圖（ IDEF0 圖） IDEF 方法是我國(guó) CIMS 應(yīng)用工程中使用最為廣泛的一種建模 方法，也是迄今為止見(jiàn)到的較為嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法。 圖 15 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng) A0 圖 文字說(shuō)明： 本次設(shè) 計(jì)的目的是使機(jī)械常用零件實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，要求輸入基本參數(shù)并且滿足用戶的要求經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)輸出三維圖，其中作為輸出項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果則是為了提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和透明度。將需要用戶輸入的參數(shù)設(shè)為主參數(shù)放到主界面中，以便于用戶一次性輸入完成。 下面以表格形式列出了系統(tǒng)的基本輸入及輸出參數(shù)： 輸入?yún)?shù) ： 變量符號(hào) 變量名稱 英文名稱 輸入方式 m 模數(shù) m 鍵入 （模數(shù) m 為即可選擇也可鍵入） z 齒數(shù) z α 壓力角 angle β 螺旋角 Angle1 ha* 齒頂高系數(shù) ha c* 頂隙系數(shù) c b 齒寬 b ds 軸徑 ds 結(jié)構(gòu)形式 JGXS 選擇 毛坯形式 MPXS 輸出幾何參數(shù) ： d 分度圓直徑 d 計(jì)算輸出 p 齒距 p h 齒高 h ha 齒頂高 ha hf 齒根高 hf da 齒頂圓直徑 da df 齒根圓直徑 df db 基圓直徑 db pb 基圓齒距 pb αa 齒頂圓壓力角 αa 第 24 頁(yè) 共 31 頁(yè) 輸出結(jié)構(gòu)參數(shù)（ 鍛造圓盤(pán)式（腹板式）結(jié)構(gòu) ）： 左圖所示（圖 17）為 鍛造圓盤(pán)式（腹板式）圓柱齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。在孔數(shù) N為 0 時(shí)，采用了調(diào)用另一無(wú)孔模型的方法。 確定好齒輪的輸入?yún)?shù)，輸出參數(shù)，我們 就可以來(lái)進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)了。 圖 18 系統(tǒng)主界面 本界面的布局目的在于引導(dǎo)用戶正確的輸入建立 齒輪 所需要的參數(shù)，并且在用戶誤輸、漏輸參數(shù)時(shí)進(jìn)行提示和錯(cuò)誤處理工作。 3. 2. 4 系統(tǒng)界面操作過(guò)程中的錯(cuò)誤處理 界面中的各項(xiàng)參數(shù)，是 Pro/E 生成三維實(shí)體模型的根本，所以必須保證它們的完整性和正確性，并且對(duì)用戶的錯(cuò)誤操作進(jìn)行有效的處理。 圖 21 系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)界面（ 1） 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè) （ 2）輸入分度圓柱螺旋角 β，當(dāng) β=0時(shí)，系統(tǒng)生成圓柱直齒輪；當(dāng) β0時(shí)，系統(tǒng)生成圓柱斜齒輪。 圖 21 系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)界面（ 3） （ 6）確定齒輪輪體毛坯形式、結(jié)構(gòu)形式，由于時(shí)間關(guān)系，系統(tǒng)尚不完善，所以目前系統(tǒng)只支持鍛造圓盤(pán)式 （腹板式） 結(jié)構(gòu)。由于用戶定義特征的方法適用于幾乎所有模型的程序自動(dòng)建模，所以本文的實(shí)例所用的方法和程序?qū)τ谄渌a(chǎn)品模型也有著很大的借鑒意義。 本系統(tǒng)建立了可與用戶進(jìn)行良好交互的用戶界面，使用戶在使用 Pro/e 系統(tǒng)時(shí)不必再面對(duì)系統(tǒng)的提示文字。建立齒輪的三維模型在建模中屬于難點(diǎn)， PRO/E 在當(dāng)今三維 CAD 軟件中占一定地位，受到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閭鹘y(tǒng)手工繪圖設(shè)計(jì)模式，很難用二維圖紙去描繪三維空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)行產(chǎn)品裝配干涉檢查等工作，因此其工作流程是按順序進(jìn)行的。但二維 CAD 系 統(tǒng)與傳統(tǒng)的手工繪圖一樣，對(duì)減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)更改和返工現(xiàn)象并無(wú)重大影響，對(duì)企業(yè)最需要的設(shè)計(jì)質(zhì)量并沒(méi)有多大的提高。 要提高制造業(yè)水平，必需要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具。 第 29 頁(yè) 共 31 頁(yè) 謝辭 本 次設(shè)計(jì)是在 肖放 老師和 王棟彥 老師 的 耐心 指導(dǎo)下完成的 ，無(wú)論在研究課題和撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，他們都給予我很大的幫助，使我克服重重困難，攻破重重難關(guān)，在緊迫的時(shí)間里，順利的完成了對(duì)課題的研究。 當(dāng)然還有李修仁、申衛(wèi)國(guó)、李友旺等很多老師