【正文】 ，使設(shè)計(jì)人員從繁重的繪圖工作中解脫出來(lái)。 （ 2）通過(guò)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(guò)程，為后續(xù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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。 本課題研究?jī)?nèi)容與開(kāi)發(fā)思想 1)零件結(jié)構(gòu)拆分及特征尺寸確定 零件特征造型過(guò)程中，應(yīng)按其本身的功能和建模的特點(diǎn)，將零件拆分為相應(yīng)各個(gè)結(jié)構(gòu)，并分別找出建立其實(shí)體模型的基本特征。 2)創(chuàng)建實(shí)體模型 零件上的特征主要通過(guò)參數(shù)和幾何約束關(guān)系 來(lái)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(shí) , 這些幾何約束關(guān)系同時(shí)被創(chuàng)建 , 當(dāng)模型被修改時(shí) , 這些關(guān)系可以自動(dòng) 保持設(shè)計(jì)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(dòng)按照建立的先后順序命名為相應(yīng)的內(nèi)部標(biāo)識(shí)尺寸。內(nèi)部標(biāo)識(shí)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(shí) , 參數(shù)名稱要力求簡(jiǎn)單易懂 , 必要時(shí)可再加入簡(jiǎn)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(guò)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 開(kāi)發(fā)平臺(tái)與工具簡(jiǎn)介 系統(tǒng)是以 Pro/ E 中文野火版為軟件平臺(tái)，以 Visual C++ 為編程語(yǔ)言，采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式 (DLL模式 )開(kāi)發(fā)基于 Pro/TOOLKIT二次開(kāi)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(gè)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(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處所發(fā)生的變化能夠很快傳遍整個(gè)設(shè)計(jì)制造過(guò)程，以確保所有的零件和各個(gè)環(huán)節(jié)保持一致性和協(xié)調(diào)性。它以尺寸驅(qū)動(dòng)、特征建模、全參 數(shù)設(shè)計(jì)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機(jī)械 CAD 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。 Pro/E 的主要特征有：（ 1） 3D 實(shí)體模型；（ 2）單一數(shù)據(jù)庫(kù)；（ 3）基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；（ 4）行為建模技術(shù)；（ 5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；（ 6）強(qiáng)大的裝配功能；（ 7）NC 加工；（ 8）二次開(kāi)發(fā)技術(shù)。本系統(tǒng)用戶界面模塊的設(shè)計(jì)選擇 Visual C++ (簡(jiǎn)稱 VC++)作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。像其它的可視化開(kāi)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(gè)完整而又方便的開(kāi)發(fā)界面和許多有效的輔助開(kāi)發(fā)工具。利用 VC++開(kāi)發(fā)基于 Pro/E 的程序編制一般需要兩個(gè)步驟：一是可視化設(shè)計(jì)階段；二是代碼編寫(xiě)階段。在代碼編寫(xiě)階段，編程者通過(guò)調(diào)用消息和事件函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的功能。 通常 Pro/E二次開(kāi)發(fā)使用的編程語(yǔ)言有 Visual C++ C語(yǔ)言、 VC++語(yǔ)言，Visual Basic語(yǔ)言。 Visual C++ 是面向?qū)ο蟮?、可視化的開(kāi)發(fā)工具，支持 MFC 類庫(kù)編程，有強(qiáng)大的AppWizard 類向?qū)?，可以方便的編?xiě)菜單和對(duì)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(jì)方法 Pro/TOOLKIT簡(jiǎn)介 Pro/TOOLKIT 是 PTC 公司為 Pro/E 軟件提供的開(kāi)發(fā)工具包，即應(yīng)用程序接口。它提供了大量的 C 語(yǔ)言庫(kù)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(wèn) Pro/E 的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序，通過(guò)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(kāi)發(fā) Pro/E 所需的函數(shù)庫(kù)文件和頭文件，使用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序能夠完全地控制和訪問(wèn) Pro/E，并可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序模塊與 Pro/E 系統(tǒng)的無(wú)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(biāo)準(zhǔn)方法是使用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)。而在多線程模式下，應(yīng)用程序代碼被編寫(xiě)并連接為一個(gè)單獨(dú)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(jìn)程的子線程。由于多線程模式中的交換過(guò)程比 DLL 模式多，相比較而言，多線程模式通信負(fù)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(kù)函數(shù)時(shí)，通信更復(fù)雜。盡管多線程模式同時(shí)有多個(gè)線程在并行運(yùn)行，其實(shí)這些線程并沒(méi)有真的并行處理，每個(gè)進(jìn)程都需要等待其它進(jìn)程操作完成才能進(jìn)行自己 的操作。我們可以無(wú)需改變?cè)创a 任選兩種模式中的一種，也可以同時(shí)使用多個(gè)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(shí)現(xiàn)了真正的并行處理，即 Pro/TOOKIT 和 Pro/E 可以同時(shí)執(zhí)行一個(gè)操作。由于使 用了遠(yuǎn)程過(guò)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(gè)重要的不同在于應(yīng)用程序的啟動(dòng)方式。 由于異步模式較同步模式更為復(fù)雜，運(yùn)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(méi)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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) (Dynamic Link Library， DLL)模式進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，需要在 VC++中創(chuàng)建。 啟動(dòng) VC++，選擇文件菜單中的新建命令，創(chuàng)建一個(gè) MFC 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)步驟： （ 1）打開(kāi)工程選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)左邊的編輯框中選擇 MFC App Wizard( dll )項(xiàng)。 （ 2）進(jìn)入圖 22所示的對(duì)話框，選擇動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)使用共享 MFC dll，使 Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序使用共享的 MFC。 （ 3）打開(kāi) VC應(yīng)用程序向?qū)ё詣?dòng)生成文件，如圖 23所示，自動(dòng)生成 gear工程，在VC++ File View中自動(dòng)加入： 、 、 、 、 、 、 。從功能上分，程序設(shè)計(jì)者的主要工作在兩個(gè)方面：一是按 Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序在 Pro/ E環(huán)境運(yùn)行的要求設(shè)計(jì)接口程序和應(yīng)用程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)的終止程序；二是根據(jù)功能需求設(shè)計(jì) Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序主體部分。 首先，添加必要的頭文件。下面是在 文件： include include 圖 23 Visual C++ include include include include include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(shí)需調(diào)用 user_terminate()函數(shù)來(lái)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()，而且它們應(yīng)位于同一個(gè) .cpp 文件中，一般在工程文件命名的 .cpp 文件中。 本文的平臺(tái)是 Windows 平臺(tái)，如果不特別指明，本文一律采用 VC ++ 做調(diào)試。本文才用直接由 VC建立并編譯 Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序項(xiàng)目。 （ 2） 設(shè)置庫(kù)文件路徑， 在目錄 [S]：下選擇 library files，添加 Pro/TOOLKIT的庫(kù)文件，如圖 25所示，添加 紅色區(qū)域的路徑 。 圖 24 包含文件路徑設(shè)置 圖 25 庫(kù)文件設(shè)置 置 ② 選擇連接選項(xiàng)卡，在常規(guī)下的對(duì)象 /庫(kù)模塊下添加 ，如圖 27 所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點(diǎn)擊確定。 圖 26 工程設(shè)置C/C++選項(xiàng) 置 圖 27 工程設(shè)置連接選項(xiàng)常規(guī)設(shè)置 C/C++選項(xiàng) 置 ④ 選擇連接選項(xiàng)卡，在自定義下的輸出文件名：下選中 Forcefiles output，點(diǎn)擊確定就完成了設(shè)置，如圖 29，點(diǎn)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(guò)編輯漸開(kāi)線公式，能很精確的生成漸開(kāi)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(fù)荷增大，因此僅用于特殊情況。變位齒輪的優(yōu)點(diǎn)較多，已遍及各類機(jī)械設(shè)備中。 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)概述 參數(shù)化設(shè)計(jì) (parametric design)是一種設(shè)計(jì)方法，其基礎(chǔ)是尺寸驅(qū)動(dòng)的幾何模型。這意味著，設(shè)計(jì)人員一開(kāi)始可以設(shè)計(jì)一個(gè)草圖，稍候再通過(guò)精確的尺寸完成設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。參數(shù)與圖形的控制尺寸有顯示的對(duì)應(yīng)，不同的參數(shù)值驅(qū)動(dòng)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(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立等 [16]。與無(wú)約束造型系統(tǒng)相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合實(shí)際工程設(shè)計(jì)習(xí)慣，因?yàn)樵趯?shí)際設(shè)計(jì)的初期階段，設(shè)計(jì)人員關(guān)心的往往是零部件的大致形狀和性能，對(duì)精確的尺寸并不十分關(guān)心，特別是在系列化設(shè)計(jì)中，參數(shù)化造型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就更加突出。設(shè)計(jì)活動(dòng)中的約束主要來(lái)自功能、結(jié)構(gòu)和制造三個(gè)方面。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中將這些約束綜合成設(shè)計(jì)目標(biāo)，并將它們映射成為特定地幾何 /拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的幾何基準(zhǔn)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)，從而形成參圖 38 人字齒 圖 39 外齒輪和內(nèi)齒輪 數(shù)化的產(chǎn)品幾何模型。拓?fù)?約束是對(duì)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(duì)稱、平行、垂直、相切等，這些關(guān)系擬抽象為點(diǎn)、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(dòng)的對(duì)象，其不僅可以變動(dòng)，而且需要標(biāo)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(guò)低層約束來(lái)實(shí)現(xiàn)。 目前，解決參數(shù)驅(qū)動(dòng)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(guò)程的構(gòu)造法、基于輔助線法。構(gòu)造法通過(guò)對(duì)造型過(guò)程的紀(jì)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(shí)，系統(tǒng)按原來(lái)的造型順序和幾何元素之間的關(guān) 系重新構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程，構(gòu)造法能夠克服前面兩種方法的不足，但要求用戶嚴(yán)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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。 參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)自動(dòng)記錄建立幾何形體的整個(gè)歷程，換句話說(shuō)，系統(tǒng)不僅記錄建立的幾何形體，同時(shí)也記錄設(shè)計(jì)意圖，即幾何間的關(guān)系。 Pro/E 作為一個(gè)基于特征的三維輔助設(shè)計(jì)軟件，利用幾何約束實(shí)現(xiàn)了尺寸驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)先定義設(shè)計(jì)變量，再通過(guò)簡(jiǎn)單的算術(shù) 表達(dá)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(dá)式中，以驅(qū)動(dòng)其它尺寸。在造型過(guò)程中，就某一特定類型的標(biāo)準(zhǔn)件而言，我們只需改變其設(shè)計(jì)變量的值，就可得到不同規(guī)格的同類零件模型。 設(shè)計(jì)變量的應(yīng)用一般有兩種方式 ： （ 1） 表格方式：在一個(gè)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(dòng)單個(gè)或多個(gè)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(dòng)單個(gè)或多個(gè)零件的尺寸變化； 齒輪建模過(guò)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(dòng)零件中的直齒圓柱齒輪為例。 2） 齒輪參數(shù)間的計(jì)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(kāi)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=0 3） 直 齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì) 基本思路 ： （ 1）設(shè)置齒輪基本參數(shù) （ 2）繪制 四個(gè)圓 并添加關(guān)系式 （ 3）創(chuàng)建 基準(zhǔn)曲線 —漸開(kāi)線 （ 4）鏡像漸開(kāi)線 （ 5） 創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體 （ 6） 陣列齒槽輪廓