【正文】 計人員從繁重的繪圖工作中解脫出來。（2）通過改變相關(guān)參數(shù)及關(guān)系式，能夠快速建立產(chǎn)品的參數(shù)化模型，確定主要參數(shù)和修改定型，避免了手工造型的復(fù)雜繁瑣過程，為后續(xù)機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)仿真分析及零件數(shù)控加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。1)零件結(jié)構(gòu)拆分及特征尺寸確定零件特征造型過程中，應(yīng)按其本身的功能和建模的特點，將零件拆分為相應(yīng)各個結(jié)構(gòu)，并分別找出建立其實體模型的基本特征。2)創(chuàng)建實體模型零件上的特征主要通過參數(shù)和幾何約束關(guān)系來相互關(guān)聯(lián), 尺寸之間的關(guān)系分為2 種: 一種是自定義的各種外部參數(shù)和零件的被約束尺寸的關(guān)系。在創(chuàng)建模型時, 這些幾何約束關(guān)系同時被創(chuàng)建, 當(dāng)模型被修改時, 這些關(guān)系可以自動保持設(shè)計者的意圖不變。3)定義特征參數(shù)建立模型后, 所定義的所有零件尺寸由系統(tǒng)自動按照建立的先后順序命名為相應(yīng)的內(nèi)部標識尺寸。內(nèi)部標識尺寸和將要命名的外部參數(shù)之間的關(guān)系。命名參數(shù)時, 參數(shù)名稱要力求簡單易懂, 必要時可再加入簡單注釋。同一零件的各部分需要協(xié)同變化的, 也需要在這里列出。 二是將所有需要修改的參數(shù)生成數(shù)據(jù)文件, 通過讀入文件的方式一次性全部修改。 第二種方法效率較高, 當(dāng)程序編制完系統(tǒng)是以Pro/ E ，以Visual C++，采用動態(tài)鏈接庫的方式(DLL模式)開發(fā)基于Pro/TOOLKIT二次開發(fā)的箱體零件三維參數(shù)化造型系統(tǒng)。Pro/E是建立在一個統(tǒng)一的能在系統(tǒng)內(nèi)部引起變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，因此開發(fā)過程中某一處所發(fā)生的變化能夠很快傳遍整個設(shè)計制造過程，以確保所有的零件和各個環(huán)節(jié)保持一致性和協(xié)調(diào)性。它以尺寸驅(qū)動、特征建模、全參數(shù)設(shè)計、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點改變了傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，使設(shè)計工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機械CAD領(lǐng)域的新標準。Pro/E的主要特征有：（1）3D 實體模型；（2）單一數(shù)據(jù)庫；（3）基于特征的參數(shù)化實體建模；（4）行為建模技術(shù)；（5）機構(gòu)設(shè)計技術(shù)；（6）強大的裝配功能；（7）NC 加工；（8）二次開發(fā)技術(shù)。本系統(tǒng)用戶界面模塊的設(shè)計選擇Visual C++ (簡稱VC++)作為開發(fā)平臺。像其它的可視化開發(fā)環(huán)境(如Visual Basic, C++ Builder)一樣，VC++集程序的代碼編輯、編譯、連接、調(diào)試等于一體，給編程人員提供了一個完整而又方便的開發(fā)界面和許多有效的輔助開發(fā)工具。利用VC++開發(fā)基于Pro/E的程序編制一般需要兩個步驟：一是可視化設(shè)計階段；二是代碼編寫階段。在代碼編寫階段，編程者通過調(diào)用消息和事件函數(shù)實現(xiàn)所需的功能。通常Pro/E二次開發(fā)使用的編程語言有Visual C++、VC++語言，Visual Basic語言。Visual C++、可視化的開發(fā)工具，支持MFC類庫編程，有強大的AppWizard類向?qū)?，可以方便的編寫菜單和對話框等資源文件。本課題將選用Pro/E ，選用編程調(diào)試工具Visual C++。2 Pro/TOOLKIT程序設(shè)計方法 Pro/TOOLKIT簡介Pro/TOOLKIT是PTC公司為Pro/E軟件提供的開發(fā)工具包，即應(yīng)用程序接口。它提供了大量的C語言庫函數(shù)，能夠使外部應(yīng)用程序（客戶應(yīng)用程序）安全有效地訪問Pro/E的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序，通過第三方在Pro/E系統(tǒng)中添加所需要的功能。Pro/TOOLKIT工具包提供了開發(fā)Pro/E所需的函數(shù)庫文件和頭文件，使用戶編寫的應(yīng)用程序能夠完全地控制和訪問Pro/E，并可以實現(xiàn)應(yīng)用程序模塊與Pro/E系統(tǒng)的無縫集成。Pro/TOOLKIT有同步(Synchronous Mode)和異步(Asynchronous Mode)兩種工作模式。Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序集成到Pro/E中的標準方法是使用動態(tài)連接庫。而在多線程模式下，應(yīng)用程序代碼被編寫并連接為一個單獨的可執(zhí)行文件（EX_NE文件），該文件由Pro/E派生，并作為Pro/E進程的子線程。由于多線程模式中的交換過程比DLL模式多，相比較而言，多線程模式通信負擔(dān)比DLL模式重，尤其是Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序頻繁調(diào)用Pro/TOOLKIT庫函數(shù)時，通信更復(fù)雜。盡管多線程模式同時有多個線程在并行運行，其實這些線程并沒有真的并行處理，每個進程都需要等待其它進程操作完成才能進行自己的操作。我們可以無需改變源代碼任選兩種模式中的一種，也可以同時使用多個應(yīng)用程序和多種模式。2）異步模式異步模式(Asynchronous Mode)和多線程模式一樣也采用多線程，但在異步模式中實現(xiàn)了真正的并行處理，即Pro/TOOKIT和Pro/E可以同時執(zhí)行一個操作。由于使用了遠程過程調(diào)用通信方式，使得該模式執(zhí)行操作速度比較慢。異步和同步模式的另一個重要的不同在于應(yīng)用程序的啟動方式。由于異步模式較同步模式更為復(fù)雜，運行速度慢，而且異步模式也并不是唯一可以顯式控制Pro/E的方式，所以沒有不可避免的原因，一般最好選擇同步模式。 用VC創(chuàng)建Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序基本框架由于本課題采用動態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Library，DLL)模式進行二次開發(fā)，需要在VC++中創(chuàng)建。啟動VC++，選擇文件菜單中的新建命令，創(chuàng)建一個MFC動態(tài)鏈接庫步驟：（1）打開工程選項卡，在該選項左邊的編輯框中選擇MFC App Wizard( dll )項。（2）進入圖22所示的對話框，選擇動態(tài)鏈接庫使用共享MFC dll，使Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序使用共享的MFC。（3）打開VC應(yīng)用程序向?qū)ё詣由晌募?，如圖23所示，自動生成gear工程，在VC++ View中自動加入：、。從功能上分，程序設(shè)計者的主要工作在兩個方面：一是按Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序在Pro/ E環(huán)境運行的要求設(shè)計接口程序和應(yīng)用程序運行結(jié)束時的終止程序；二是根據(jù)功能需求設(shè)計Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序主體部分。首先，添加必要的頭文件。：includeincludeincludeinclude includeincludeinclude其次，要建立Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序，在程序中必須使用Pro/TOOLKIT的初始化函數(shù)user_initialize()，其作用相當(dāng)于main()其函數(shù)為：ex_ntern C int user_initialize(){ …………………….//初始化代碼，一般添加菜單函數(shù)}當(dāng)Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序終止時需調(diào)用user_terminate()函數(shù)來退出程序?！?//程序終止的調(diào)用代碼}建立同步模式的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序必須包括初始化函數(shù)user_initialize()和user_terminate()。本文的平臺是Windows平臺，如果不特別指明，本文一律采用VC ++ 。本文才用直接由VC建立并編譯Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序項目。圖24 包含文件路徑設(shè)置（2）設(shè)置庫文件路徑，在目錄[S]：下選擇library files，添加Pro/TOOLKIT的庫文件，如圖25所示，添加紅色區(qū)域的路徑。圖26 工程設(shè)置C/C++選項置②選擇連接選項卡，在常規(guī)下的對象/ ，如圖27所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點擊確定。圖28 工程設(shè)置連接選項輸入設(shè)置C/C++選項置④選擇連接選項卡，在自定義下的輸出文件名：下選中Forcefiles output，點擊確定就完成了設(shè)置，如圖29，點擊確定。這些參數(shù)中，z可任意變化，調(diào)整x*， beta參數(shù)可得到變位齒輪和斜齒輪；如果改變ha*，c*可以得到短齒、正常齒齒輪；壓力角alpha的改變可以滿足某些特殊齒輪的要求。利用Pro/E中的記事本編輯功能，通過編輯漸開線公式，能很精確的生成漸開線齒輪的齒廓。（1）齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較??；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負荷增大，因此僅用于特殊情況。變位齒輪的優(yōu)點較多，已遍及各類機械設(shè)備中。 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)概述參數(shù)化設(shè)計(parametric design)是一種設(shè)計方法，其基礎(chǔ)是尺寸驅(qū)動的幾何模型。這意味著，設(shè)計人員一開始可以設(shè)計一個草圖，稍候再通過精確的尺寸完成設(shè)計的細節(jié)。參數(shù)與圖形的控制尺寸有顯示的對應(yīng)，不同的參數(shù)值驅(qū)動產(chǎn)生不同大小的幾何圖形[15]。特別適合與系列化產(chǎn)品設(shè)計及標準件庫的建立等[16]。與無約束造型系統(tǒng)相比，參數(shù)化設(shè)計更符合實際工程設(shè)計習(xí)慣，因為在實際設(shè)計的初期階段，設(shè)計人員關(guān)心的往往是零部件的大致形狀和性能，對精確的尺寸并不十分關(guān)心，特別是在系列化設(shè)計中，參數(shù)化造型技術(shù)的優(yōu)點就更加突出。設(shè)計活動中的約束主要來自功能、結(jié)構(gòu)和制造三個方面。在產(chǎn)品設(shè)計過程中將這些約束綜合成設(shè)計目標，并將它們映射成為特定地幾何/拓撲結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)化為幾何約束。將幾何約束作為構(gòu)成幾何/拓撲結(jié)構(gòu)的幾何基準要素和表面輪廓要素，可以導(dǎo)出各種形狀結(jié)構(gòu)的位置和形狀參數(shù)，從而形成參數(shù)化的產(chǎn)品幾何模型。拓撲約束是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定性描述，它表示幾何元素之間的固定聯(lián)系，如對稱、平行、垂直、相切等，這些關(guān)系擬抽象為點、邊、面間等九類有向關(guān)系，每一類關(guān)系有相應(yīng)的謂詞，包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等。尺寸約束是參數(shù)化驅(qū)動的對象，其不僅可以變動，而且需要標注和顯示。產(chǎn)品特征模型中高層約束是形狀特征之間的形位關(guān)系；幾何元素之間的約束，則是低層約束的封裝；高層約束需通過低層約束來實現(xiàn)。目前，解決參數(shù)驅(qū)動中約束的方法主要有如下幾種：基于幾何約束的變量幾何法、基于幾何推理的人工智能法、基于構(gòu)造過程的構(gòu)造法、基于輔助線法。構(gòu)造法通過對造型過程的紀錄，記下幾何元素的生成順序及其相互間的關(guān)系，當(dāng)用戶修改參數(shù)時，系統(tǒng)按原來的造型順序和幾何元素之間的關(guān)系重新構(gòu)造設(shè)計過程，構(gòu)造法能夠克服前面兩種方法的不足，但要求用戶嚴格遵守一定的造型順序，缺乏靈活性。基于特征的參數(shù)化三維造型技術(shù)是CAD的關(guān)鍵技術(shù)，也是機械產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢。參數(shù)化設(shè)計的最大優(yōu)點是系統(tǒng)自動記錄建立幾何形體的整個歷程，換句話說，系統(tǒng)不僅記錄建立的幾何形體，同時也記錄設(shè)計意圖，即幾何間的關(guān)系。Pro/E作為一個基于特征的三維輔助設(shè)計軟件，利用幾何約束實現(xiàn)了尺寸驅(qū)動，設(shè)計者可以在設(shè)計過程中預(yù)先定義設(shè)計變量，再通過簡單的算術(shù)表達式定義幾何尺寸，幾何尺寸也可以以變量的形式加入到算術(shù)表達式中，以驅(qū)動其它尺寸。在造型過程中，就某一特定類型的標準件而言，我們只需改變其設(shè)計變量的值，就可得到不同規(guī)格的同類零件模型。設(shè)計變量的應(yīng)用一般有兩種方式 ：（1）表格方式：在一個表格中(如 Microsoft Excel 電子表格)，建立局部變量或全局變量，用表格驅(qū)動單個或多個零件的尺寸變化；（2）直接方式：直接建立局部或全局變量，用變量驅(qū)動單個或多個零件的尺寸變化； 齒輪建模過程此次齒輪類零件的造型較多，但建模原理大體相同，因此下面以齒輪傳動零件中的直齒圓柱齒輪為例。2）齒輪參數(shù)間的計算關(guān)系齒頂高：ha=m*(h_n+x_n) 齒根高：hf=m*(h_n+c_nx_n)分度圓直徑：d=m*z 基圓直徑：db=d*cos(alpha)齒頂圓直徑：da=d+2*m*(h_n+x_n) 齒根圓df=d2*m*(h_n+c_nx_n)漸開線的參數(shù)方程：r=db/2 theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)r*cos(theta)*theta*pi/180 z=03）直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計基本思路：（1）設(shè)置齒輪基本參數(shù) （2）繪制四個圓并添加關(guān)系式 （3）創(chuàng)建基準曲線—漸開線 （4）鏡像漸開線 （5）創(chuàng)建一個齒槽輪廓實體 （6）陣列齒槽輪廓 （7）軸孔的生成 （8）畫鍵槽并添加關(guān)系4）直齒圓柱齒輪建模過程（1）設(shè)置齒輪基本參數(shù)新建一個零件文件“zhichiyuanzhu”后，進入Pro/E的零件創(chuàng)建界面。圖310 參數(shù)窗口（2）繪制四個圓，如圖311所示，并添加關(guān)系式如下：d=M*Zda=M*(Z+2*H_N+2*X_N)df=M*(Z2*H_N2*C_N+2*X_N) db=D*cos(alpha) sd0=dasd1=dsd2=dbsd3=df（3）創(chuàng)建基準曲線—漸開線單擊工具欄按鈕按鈕，打開“菜單管理器”，在該菜單中依次擇“曲線”、“從方程”、“完成”選項，建立基準曲線，選擇缺省坐標系，設(shè)置坐標類型為[笛卡爾]，打開記事本窗口，添加漸開線方程式： r=db/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180z=r*sin(theta)r*cos(theta)*theta*pi/180y=0按步驟操作完成后即可生成一條漸開線，如下圖312。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，選擇剛創(chuàng)建的軸“A_1”和剛創(chuàng)建的點“PNT0”為基準，完成“DTM1”的創(chuàng)建，見圖313。以DTM2為鏡像面，鏡像生成另一條漸開線，并創(chuàng)建齒廓見圖314。④拉伸深度值為參數(shù)“B”，或選“穿透”拉伸方式。⑤陣列齒槽輪廓，如圖316所示。 圖318 軸孔形成圖319 最終模型 其他類型齒輪參數(shù)化模型的構(gòu)建除上述斜齒輪外，本系統(tǒng)所開發(fā)的齒輪類零件有：斜齒圓柱齒輪（左旋，右旋）、軸齒輪、人字齒、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒圈和齒條。圖321 斜齒圓柱齒輪（左旋）圖320 斜齒圓柱齒輪(右旋)