【正文】 s of the entities generated graphics. This method of the entire design interface is friendly and easy to operate. designed ponents can be designed to meet very good accuracy and strength requirement. Keywords： Pro/E； Secondary Development； Parametric； Pulley 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 III 目 錄 摘 要 I 英文摘要 錯誤 !未定義書簽。 90年代以來，隨著以計算機技術為支柱的信息技術的發(fā)展，世界經(jīng)濟格局發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一個統(tǒng)一的一體化市場，經(jīng)濟循環(huán)加大、加快，市場競爭日趨激烈。這種趨勢促使企業(yè)在著手進行新產品開發(fā)時把面向產品的創(chuàng)新性、外觀造型、人機工程等設計理念提高到了一個新的高度，從而也迫切要求對產品設計的研究能有進一步的突破，以提高企業(yè)形象、產品設計水平和市場競爭力。特別是近幾年來，隨著計算機軟硬件技術的日新月異，計算機圖形學、計算機輔助設計、多媒體等技術的發(fā)展，日益激烈的市場競爭要求現(xiàn)代化企業(yè)必須低成本高效率的開發(fā)新產品。企業(yè)對產品的設計要求程序化，可視化。 美國評出的最具影響的十大技術中 ,CAD/CAM/CAE技術榜上有名，在為數(shù)眾多的 CAD軟件界，由美國 PTC公司的軟件產品 Pro/ENGINEER是世界上最成功的參數(shù)化設計軟件之一 [1]。 在機械設計過程中 ,將大量復雜而繁瑣的設計計算、圖表查詢等任務交給計算機去完成是機械 CAD系統(tǒng)要完成的主要工作之一 。在 帶輪 的傳統(tǒng)設計中，原有的幾何模型是設計者利用固定的尺寸值得到的，零件的結構形狀不能靈活的改變 ,一旦零件尺寸發(fā)生變化 ,必須重新繪制其對應的幾 何模型。 在這種背景下，本論文將以 帶輪 設計 為契機 ,開展《 帶輪的參數(shù) 化設計 》的學位論文研究 。該系統(tǒng)的開發(fā)將大大的方便用戶進行 帶輪的結構 設計 ， 不僅可以提高設計效率和質量，縮短產品的開發(fā)周期，而且對產品的有限元分析及后續(xù)加工具有一定的實用價值和參考意義，同時也符合現(xiàn)代技術的發(fā)展要求。廣義的 CAD包括設計和分析兩個方面。分析是指運用數(shù)學造型技術 ,如有限元分析法、優(yōu)化設計方法等 ,從理論上對產品的性能進行模擬、分析和測試 ,以保證產品設計 的可靠性。 CAD技術可以承擔產品設計中的零件設計、裝配設計、模具設計、機構設計與分析、有限元分析、數(shù)控加工與仿真等環(huán)節(jié)的關鍵工作 [3]，與傳統(tǒng)的設計內容和方式相比產生了根本性的變革。 CAD技術在機械工業(yè)中的應用 CAD技術在機械工業(yè)中的應用已經(jīng)越來越廣泛，其主要應用有以下幾方面 [6]: 、三維繪 圖這是最普遍最廣泛的一種應用，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖； ,先存入庫中 ,需要時調出 ,經(jīng)編輯修改后插入到另一圖形中去 ,從而使圖形設計工作更加方便； 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 3 ，但尺寸需經(jīng)常改變，采用參數(shù)化設計的方法建立圖形程序庫，調出后賦以一組新的尺寸參數(shù)就能生成一個新的圖形； 維造型采用實體造型設計零部件結構，經(jīng)消隱及著色等處理后顯示物體的真實形狀，還可作裝配及運動仿真，以便觀察有無干涉等； 、優(yōu)化設計、運動學及動力學分析等。 CAD技術的發(fā)展現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢 CAD概念是 50年代末由麻省理工學院首次明確提出的， 60年代研制成功 試驗CAD系統(tǒng)、 70年代， CAD開始實用化，從二維的電路設計發(fā)展到三維的飛機、造船、汽車等設計。 90年代后隨著 CAD技術的發(fā)展，其系統(tǒng)性能提高 、 價格降低， CAD開始在設計領域全面普及，成為必不可少的設計工具 。應用 CAD技術來進行產品設計，能使設計、生產、維修工作快速而高效地進行，所帶來的經(jīng)濟效益是十分明顯的。 近幾年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展， CAD 技術己經(jīng)由發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展，而且發(fā)展的勢頭非常迅猛。 我國 CAD技術 研究和開發(fā) 起步相對較晚，自 80年代開始， CAD技術應用工作才逐步得到了開展。 CAD技術隨著不段研究、開發(fā)和廣泛使用，工業(yè)生產也對 CAD技術提出了越來越高的新要求。 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 4 本論文主要工作 采用 Pro/ENGINEER 提供的二次開發(fā)工具 Pro/TOOLKIT 用編程方法，實現(xiàn)帶輪參數(shù)化 設計。在輸入驅動參數(shù)后，通過程序的調用 ， 系統(tǒng)從庫中尋找該參數(shù)驅動下的帶輪模型， 以實現(xiàn)不同基準直徑、基準寬度、輪槽數(shù)、配合軸直徑等參數(shù)的帶輪 設計， 從而提高設計的效率和質量。但是目前這種方法還不太完善 ,功能有限 ,而且對話框資源編寫起來繁瑣 ,一個簡單的對話框資源就會用去很多的時間 ,對于稍 微 復雜的對話框更是無能為力。本文通過動態(tài)連接庫開發(fā)了 Pro/TOOLKIT 與 MFC 的接口 ,利用 MFC強大的功能實現(xiàn)對話框的開發(fā) ,在 Pro/ENGINEER 環(huán)境中生成 MFC 對話框 ,方便、自然、快捷地進行人機交互 。 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 5 第二章 系統(tǒng)開發(fā) 環(huán)境 分析 本文以 Pro/ ENGINEER 發(fā)平臺，利用其 二次 開發(fā)工具包 Pro/TOOLKIT，以 VC++ 為編程語言，以動態(tài)鏈接庫的方式對帶輪進行了參數(shù)化設計。所以在設計進行之前，我們必須對這些方法和環(huán)境進行必要的了解。它不僅是 C++語言的集成開發(fā)環(huán)境，而且與 Win32 緊密相連 [5]，所以，利用 Visual C++開發(fā)系統(tǒng)可以完成各種各樣的應用程序開發(fā)，實現(xiàn)從底層軟件直到上層直接面向用戶的軟件，而且 Visual C++強大的調試功能也為大型復雜軟件的開發(fā)提供了有效的排錯手段。 MFC 不僅為用戶提供了 Windows 圖形環(huán)境下應用程序的框架，而且還提供了創(chuàng)建應用程序的組件 [6]。 MFC 封裝了一個程序操作的每一個方面。 VC++動態(tài)鏈接庫 （ 1） COM 標準 及庫文件 為了實現(xiàn)按組件化程序設計思想把復雜的應用程序設計成一些小的、功能單一的組件模塊，并且它們可以運行在不同的機器上等要求，微軟提出了 COM（ Component Object Model） 標準。接口部分提供所定義功能的使用方法，所有能夠獲得接口信息的應用程序都能通過接口使用組件提供的功能。靜態(tài)鏈接庫將目標代碼嵌入到應用程序中，應用程序可獨立運行，而動態(tài)鏈接庫還必須給應用程序提供動態(tài)鏈接庫文件。 動態(tài)鏈接庫還包含了其所提供函數(shù)的目標代碼。只在執(zhí)行時才做到真正的連接。 面向對象的基礎知識 面向對象方法簡介 首先將數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作方法放在一起，作為一個相互依存、不可 分割的整體 對象。類中的大多數(shù)數(shù)據(jù)只能用本類的方法進行處理。這就是面向對象的方法。繼承是 面向對象的另一個抽象手段，反映“一般 — 特殊“關系抽象，通過子類對父類的繼承，可使子類享有父類的數(shù)據(jù)及操作行為，子類也可定義新的數(shù)據(jù)或新的操作或覆蓋原有操作，這種性質叫做多態(tài)性。 屬性是用來描述對象靜態(tài)特征的數(shù)據(jù)項，行為是用來描述動態(tài)特征的操作序列。它為屬于該類的全部對象提供抽象描述，其內部包括屬性和行為兩個主要部分。 3. 封裝 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 7 封裝是面向對象方法中的一個重要原則，就是把對象的屬性和服務結合成意義個獨立的系統(tǒng)單位，并盡可能隱藏對象的內部細節(jié)。 4. 繼承 特殊類的對象擁有其一般類的全部屬性和服務，稱為特殊類對一般類的繼承。它可以將開發(fā)好的類作為構件放到構件庫中，在開發(fā)新系統(tǒng)時便可以直接使用或繼承使用。這使得同一個屬性或服務在一般類及其各個特殊類中具有不同的語義。目前，面向對象技術趨向于成為一種集分析（ OOA）、設計（ OOD）、編程（ OOP）于一體的系統(tǒng)化技術 [9]。結合本文，我們也不難發(fā)現(xiàn)，帶輪的設計正好符合這一特點，所以，我們選擇面向對象的設計方法是非常合適的。它的設計思路是從確定表征客觀實體的對象開始，建立對象之間的層次結構，確定反映對象狀態(tài)的屬性及施加于這些屬性之上的操作，對象之間通過消息互相作用和聯(lián)系，從而形成軟件結構。按此方法開發(fā)軟件可克服傳統(tǒng) CAD 的一些缺陷。換句話說，系統(tǒng)武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 8 內各要素（對象 )之間的聯(lián)系是通過消息通訊方式進行的，這不僅真實地模擬了現(xiàn)實世界，而且使得軟件系統(tǒng)呈柔性，是真正的藕合系統(tǒng)。相比較而言，“對 象”要穩(wěn)定得多，即使個別對象發(fā)生變化，對全局造成的影響也小得多，因此，用面向對象的方法開發(fā)出的軟件，系統(tǒng)易于擴充和維護 。 另外 ， Pro/ENGINEER 目前有 80多個專用模板， 涉及 工業(yè)設計、機械設計、功能仿真、加工制造等方面，為用戶提供全套解決方案。整個系統(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。更重要的是它 還 具有開放的體系結構和優(yōu)秀的二次開發(fā)工具 ，并且參數(shù)化設計是其最重要的特征。 (Solid model) 3D實體模型除了可以將用戶的設計思想以最真實的模型在計算機上表現(xiàn)之外，借助于系統(tǒng)參數(shù) (System parameters)，用戶還可以隨時計算出產品的體積、面積、 重心、慣性大小等，以了解產品的真實性，并補足傳統(tǒng)的面結構、線結構的不足。 (Singled atabase) Pro/ENGINEER可隨時修改由 3D實體模型產生 2D工程圖，而且自動標注工程圖尺寸。由于采用單一數(shù)據(jù)庫，提供了所謂雙向關聯(lián)性的功能，這種 功能也正符合了現(xiàn)代產業(yè)中所謂的同步工程 (Concurrent engineering). (Featurebased design) Pro/ENGINEER以最自然的思考方式從事設計工作，如孔 (Hole),開槽 (Slot)、倒圓角 (Round)等均被視為零件設計的基本特征，可隨時對特征做合理、不違反JL何的順序調整 (Reorder)、插入 (Insert),刪除 (Delete)、重新定義 (Redefine)等修正動作。正因為 Pro/Engineer有了以上優(yōu)秀的特征， 該軟件 越來越 廣泛 地 用于機械、汽車、航天、電子和工程機械等行業(yè)，是當今世界上應用最廣泛的三維 CAD軟件之一。其主要目的是讓用戶或第三方通過 C程序代碼擴充 Pro/Engineer 系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于 Pro/Engineer系統(tǒng)的應用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。通過和第三方能夠Pro/Engineer系統(tǒng)中添加所需要的功能。 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，使用戶編寫的應用程序能夠完全 地控制和訪問 Pro/Engineer，并可以實現(xiàn)應用程序模塊與 Pro/Engineer系統(tǒng)的無縫集成。同步模式又有兩種形式，即動態(tài)連接庫模式 (DLL模式 )和多進程模式，分述如下 :動態(tài)連接模式是將 Pro/Toolkit應用程序集成到 Pro/Engineer中的標準方法。 DLL模式具有代碼簡單、執(zhí)行速度快等優(yōu)點，所以本文選擇該模式 作為 Pro /Toolkit開 發(fā)發(fā)應用程序工作模式。它能直接利用 VC++、創(chuàng)建和調武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 10 試。 Pro/Toolkit典型開發(fā)結構如圖 1所示。 圖 1： Pro/Toolkit典型開發(fā)結構圖 參數(shù)化設計技術 1. 參數(shù)化設計的概念 參數(shù)化設計 (也叫尺寸驅動， Dimension— Driven)是目前 CAD 應用技術中最重要的技術之一 ， 作為產品建模的一個重要手段 ， 在系列化產品設計中得到較好的應用 。Pro/Engineer 的參數(shù)化是指將表示零件或組件的形狀和拓撲關系由賦予它們的特征值來控制，這些特征值可能與其它特征值相關聯(lián) 。 2. 參數(shù)化設計的實現(xiàn)過程 基于 Pro/Toolkit 三維參數(shù)化設計的開發(fā)方法有兩種：一是應用特征描述法，利用 Pro/Toolkit 提供的底層函數(shù)完成特征建模，并建立人機對話框，實現(xiàn)三維參數(shù)化設計，此方法程序設計繁瑣，對于形狀復雜的產品來說，用程序來生成三維模型非常困難。 武漢工業(yè)學院畢業(yè)設計 11 文中采用結合二者的優(yōu)勢來實現(xiàn)參數(shù)化零件設計的二次開發(fā)，即采用三維參數(shù)化模型與程序控制相結合，實現(xiàn)將零件模型用 Pro/Engineer 交互方式創(chuàng)建其三維基本模型，建立相應的設計參數(shù)和約束關系，并保存到零部件基本數(shù)據(jù)庫作為基準零部件模型；然后由 Pro/Toolkit 程序檢索基準零部件模型的設計參數(shù)供用戶編輯修改，最后按照新的設計參數(shù)更新，設計出新的零部件模型，實現(xiàn)快速設計。 圖 2：基于三維模型的參數(shù)化設計實現(xiàn)過程 基于 Pro/Toolkit 二次開發(fā)的參數(shù)化程序設計的基本原理是：采用三維模型與程序控制相結合的方式，根據(jù)零件或組件的設計要求，建立一組能控制三維模型形狀和拓撲關系的設計參數(shù)，參數(shù)化程序通過對零件或組件的設計參數(shù)編程，來實現(xiàn)設計參數(shù)的檢索、修