基于proe的減速器可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)1.3

1 1 1 緒緒 論論 1 1 1 1 研研究究背背景景 當(dāng)今 世界減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展 總的發(fā)展趨勢(shì)是向六高 兩低 兩化方向發(fā)展 六高即高承載能力 高齒面硬度 高精度 高速度 高可 靠性和高傳動(dòng)效率 兩低即低噪聲 低成本 兩化即標(biāo)準(zhǔn)化 多樣化 1 20 世紀(jì) 70 80 年代 世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展 且與新技 術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合 通用減速器的發(fā)展趨勢(shì)如下 1 高水平 高性能 圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火 磨齒 承載能力提 高 4 倍以上 體積小 重量輕 噪聲低 效率高 可靠性高 2 積木式組合設(shè)計(jì) 基本參數(shù)采用優(yōu)先數(shù) 尺寸規(guī)格整齊 零件通用 性和互換性強(qiáng) 系列容易擴(kuò)充和花樣翻新 利于組織批量生產(chǎn)和降低成本 20 世紀(jì) 60 年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20 世紀(jì) 40 50 年代的技 術(shù)制造的 后來雖有所發(fā)展 但限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì) 工藝水平及裝備條件 其總體水平與國(guó)際水平有較大差距 改革開放以來 我國(guó)引進(jìn)一批先進(jìn)加工裝備 通過引進(jìn) 消化 吸收國(guó) 外先進(jìn)技術(shù)和科研攻關(guān) 逐步掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設(shè)計(jì) 制造技術(shù) 材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高 通用圓柱齒 輪的制造精度可從JB179 60 的 8 9 級(jí)提高到 GB10095 88 的 6 級(jí) 高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4 5 級(jí) 部分減速器采用硬齒面后 體積 和質(zhì)量明顯減小 承載能力 使用壽命 傳動(dòng)效率有了較大提高 對(duì)節(jié)能 和提高主機(jī)的總體水平起到很大的作用 減速器是一種用途十分廣泛且比較典型的機(jī)械裝置 針對(duì)減速器的設(shè)計(jì) 方法也不拘一格 在減速器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中 原有的幾何模型是設(shè)計(jì)者利用 固定的尺寸值得到的 零件的結(jié)構(gòu)形狀不能靈活地改變 一旦零件尺寸 發(fā)生改變 必須重新繪制其對(duì)應(yīng)地幾何模型 建立可視化系統(tǒng) 可以利用 它的 參數(shù)化設(shè)計(jì) 一種使用參數(shù)快速構(gòu)造和修改幾何模型地造行方法 利用這個(gè)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) 圖形的修改非常容易 用戶構(gòu)造幾何模型時(shí) 2 可以集中概念和整體設(shè)計(jì) 因此可以充分發(fā)揮創(chuàng)造性 提高設(shè)計(jì)效率 由 于以實(shí)體造型為核心的系統(tǒng)不能用完整的產(chǎn)品模型來支持產(chǎn)品開發(fā)的全過 程 為了實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)開始就建立一種通用產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型 并完整的描述產(chǎn) 品的幾何結(jié)構(gòu) 為產(chǎn)品開發(fā)的后繼過程提供充足的信息 以提高信息復(fù)用 程度和產(chǎn)品開發(fā)自動(dòng)化 可視化程度 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 基于 Pro ENGINEER 便于交互及其強(qiáng)大的二維 三維繪圖功能 采用Top Down 自頂向下設(shè)計(jì) 先確定總體思路 設(shè) 計(jì)總體布局 然后設(shè)置零部件 最后完成一個(gè) 整體的設(shè)計(jì) 齒輪減 速器的體積 重量及其承載能力主要取決于傳動(dòng)參數(shù)的選擇 設(shè)計(jì)問題一般是在給定傳動(dòng)比和輸入轉(zhuǎn)矩的情況下 確定行星輪的個(gè)數(shù) 各輪的齒數(shù) 模數(shù)和齒寬等參數(shù) 在選擇設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)采用了很多設(shè)計(jì)方法 優(yōu)化設(shè)計(jì) 模糊設(shè)計(jì)和可靠設(shè)計(jì)等 減速器作為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)元部件 由于應(yīng)用范圍極廣 其產(chǎn)品必須按系列 化進(jìn)行設(shè)計(jì) 以便于制造和滿足不同行業(yè)的選用要求 針對(duì)其輸入功率和 傳動(dòng)比的不同組合 可獲得相應(yīng)的減速器系列 在以往的人工設(shè)計(jì)過程中 在圖紙上盡管能實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座不同規(guī)格的部分系列表示 但其圖形受到極 大限制 采用Pro ENGINEER 的 Pro TOOLKIT 二次開發(fā)工具 在 VC 6 0 的友好界面下 來實(shí)現(xiàn)這一過程 不僅能完善上述工作 建立 真實(shí)的三維模型 設(shè)計(jì)完全可視化 方便設(shè)計(jì)操作 而且使系列產(chǎn)品的技 術(shù)數(shù)據(jù)庫 圖形庫的建立 查詢成為可能 使設(shè)計(jì)速度加快 1 1 2 2 國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外 可可視視化化發(fā)發(fā)展展現(xiàn)現(xiàn)狀狀 在實(shí)際研究工作中 計(jì)算機(jī)技術(shù)具有不可替代的作用 并己成為研究 的基本平臺(tái)之一 可視化技術(shù)在現(xiàn)時(shí)中的重要作用是由科學(xué)研究的特性所 決定的 科學(xué)研究的一般過程是對(duì)實(shí)際的抽象化 用精練的數(shù)字信息代表 真實(shí)過程 再對(duì)這些數(shù)字信息進(jìn)行研究的而得到具有結(jié)論性意義的數(shù)據(jù)結(jié) 果 應(yīng)該注意的是 所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果本身并沒有直接揭示蘊(yùn)涵其中的規(guī) 律性 最終還必須有研究者去解釋數(shù)據(jù)結(jié)論 從中總結(jié)出可以運(yùn)用于實(shí)際 的一般性規(guī)律 這一過程是重要的 但顯然也是枯燥的 困難的 因?yàn)閿?shù) 據(jù)所代表的實(shí)際意義不會(huì)明顯的表露 研究者面對(duì)數(shù)據(jù) 尤其是大量數(shù)據(jù) 3 時(shí) 往往會(huì)淹沒于數(shù)據(jù)之中 難于理解 提煉和解釋其中規(guī)律 因此 研 究者期望一種輔助工具幫助他們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效分析 可視化系統(tǒng)正是這 樣一種工具 因?yàn)榭梢暬膶?shí)質(zhì)是抽象數(shù)據(jù)的具體化過程 它把數(shù)字信息 轉(zhuǎn)化為形象 直觀的圖形 將數(shù)據(jù)本身的現(xiàn)實(shí)意義通過二維或三維圖形等 手段直接返還到研究者眼前 使數(shù)據(jù)的內(nèi)在意義得以充分體現(xiàn) 使研究者 從形象化的模型中獲得靈感和洞察力 同時(shí)也激發(fā)了研究者的創(chuàng)造性思維 26 1 1 2 2 1 1 可可視視化化概概念念 科學(xué)計(jì)算可視化 Visualization In Scientinc Computing VISC 技術(shù)簡(jiǎn) 稱可視化 是80 年代后期被提出并得到發(fā)展的一門新興技術(shù) 90 年代 初在美國(guó)著名國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及高等學(xué)校中己從研究階段發(fā)展到應(yīng)用階段 計(jì) 算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展 特別是超級(jí)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用 涉及到天體物理 生物學(xué) 氣象 數(shù)學(xué) 空氣動(dòng)力學(xué) 醫(yī)學(xué)圖象等領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù) 這對(duì)人 腦分析解釋這些數(shù)據(jù)的能力提出了挑戰(zhàn) 為此 1986 年 10 月 美國(guó)國(guó) 家科學(xué)基金會(huì) Nation Science Foundation 的科學(xué)計(jì)算分組就圖形學(xué) 圖 象處理及工作站等方面的問題展開討論會(huì) 會(huì)議認(rèn)為圖形學(xué)與成像技術(shù)應(yīng) 用于計(jì)算科學(xué)將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域一科學(xué)可視化 簡(jiǎn)稱 VISC Visualization in Scientin Computing 1957 年 1 月美國(guó)國(guó)家科學(xué)基 金會(huì) NDF 組織有關(guān)專家召開了科學(xué)可視化 VISC 討論會(huì) 形成了正 式的 VISC 報(bào)告 從而為VISC 這一門交叉學(xué)科的形成與發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 可視化是涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 圖象處理 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)視覺 及人機(jī)交互技術(shù)等多個(gè)方面的一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域 在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域 可 視化仿真或科學(xué)計(jì)算可視化被稱為對(duì)科學(xué)計(jì)算或仿真計(jì)算所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn) 行可視化加工 三維圖形顯示和動(dòng)畫顯示 并可通過交互的改變參數(shù)來視 察計(jì)算結(jié)果的全貌及其變化 由于科學(xué)計(jì)算可視化對(duì)各門學(xué)科和工程技術(shù) 的發(fā)展有著極其重要的意義及實(shí)用價(jià)值 因而這種技術(shù)在一開始就得到人 們的極大重視 科學(xué)計(jì)算可視化的基本思想是 從準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 實(shí)施計(jì)算 到表達(dá)結(jié)果都用圖形或圖象來完成或表現(xiàn) 最后結(jié)果還可以用具有真實(shí)感 4 的動(dòng)態(tài)圖形模擬來描述 實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算可視化可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速 度 可以在人與數(shù)據(jù) 人與人之間實(shí)現(xiàn)圖象通訊 可以觀察到傳統(tǒng)的科學(xué) 計(jì)算中不可能或不能觀察到的現(xiàn)象和規(guī)律 可以了解過程中發(fā)生的變化 并可以通過改變參數(shù)對(duì)計(jì)算過程實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)和控制 使科學(xué)計(jì)算和工程設(shè)計(jì) 方式發(fā)生根本變化 1 1 2 2 2 2 國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外 可可視視化化 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的發(fā)發(fā)展展現(xiàn)現(xiàn)狀狀 計(jì)算機(jī)可視化動(dòng)態(tài)模擬是近幾年發(fā)展起來的一門新型學(xué)科 針對(duì)某一研 究項(xiàng)目用戶根據(jù)某些初始條件和理論分析建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型 運(yùn)用計(jì)算 機(jī)這一先進(jìn)工具編制相應(yīng)的軟件模擬其真實(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 通過模擬數(shù)據(jù)結(jié) 果對(duì)照已有的真實(shí)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 可以驗(yàn)證該動(dòng)態(tài)模擬基于的數(shù)學(xué)模型建 立得是否正確 并且即而推廣到尚無真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的未知領(lǐng)域 通過動(dòng)態(tài) 模擬得到所需的數(shù)據(jù)或結(jié)論 國(guó)際上在 80 年代中期就對(duì)可視化技術(shù)重要性有了充分認(rèn)識(shí) 1987 年美國(guó)計(jì)算機(jī)成像專家對(duì)美國(guó)國(guó)家基金會(huì)提交的 科學(xué)可視化報(bào)告 指 出 科學(xué)可視化對(duì)科學(xué)生產(chǎn)力和重大科學(xué)突破將產(chǎn)生巨大影響 這種影 響可與巨型機(jī)相比擬 由于認(rèn)識(shí)的充分性和現(xiàn)實(shí)的需要 國(guó)外于90 年代興起了開發(fā)利用可視化技術(shù)的熱潮 可視化系統(tǒng)軟件開發(fā)也獲得了 很大的發(fā)展 現(xiàn)有多種技術(shù)較成熟的軟件系統(tǒng)問世 相比之下 我國(guó)的可視化應(yīng)用起步較晚 可視化系統(tǒng)水平基本上還停留 在各個(gè)單位為輔助項(xiàng)目設(shè)計(jì)而臨時(shí)開發(fā)這一原始階段上 設(shè)計(jì)時(shí)還往往受 到開發(fā)平臺(tái)限制 難以完成國(guó)外軟件的多種功能 實(shí)現(xiàn)上以后置處理型居 多 圖形工具多是三維非真實(shí)處理 其中比較成功的有上海交大機(jī)器人研 究所開發(fā)的 ROSIDY 可視化系統(tǒng) 用于工業(yè)化機(jī)器人圖形仿真 清華大學(xué) 自動(dòng)化系開發(fā)的IMSS 用于制造系統(tǒng)性能分析的一體化制造仿真 目前 在可視化應(yīng)用中借助的僅是計(jì)算機(jī)的圖形處理能力和圖形表示直 觀的特點(diǎn) 真正的分析仍是由人工完成的 隨著高性能工作站和可視化技 術(shù)的發(fā)展 圖形處理算法將更多的由硬件實(shí)現(xiàn) 可視化軟件將與人工智能 技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生智能化的可視化軟件 并被作為包含在工作站中的基本軟件 系統(tǒng)提供給用戶 研究人員可望獲得一種硬件和軟件 計(jì)算與人工智能和 5 可視化技術(shù)高度結(jié)合的理想的工作環(huán)境 從而大大減輕分析人員的勞動(dòng)強(qiáng) 度 縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期 1 1 2 2 3 3 可可視視化化 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的三三個(gè)個(gè)層層次次 按照模擬執(zhí)行與結(jié)果圖像的相結(jié)合程度將可視化研究分為三個(gè)層次 后 置處理 跟蹤 控制 在后置處理中 圖形顯示是在數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的 與數(shù)據(jù)源之間沒有交互 其優(yōu)點(diǎn)是如果用戶第一次未看清楚 可以很方便的再重復(fù)顯示 在這一層 次上很多研究人員已經(jīng)做了大量的工作 如流體力學(xué) 有限元計(jì)算結(jié)果的 后置處理等等 跟蹤是圖形顯示與計(jì)算過程同時(shí)進(jìn)行 其特點(diǎn)是 第一 計(jì)算的中間結(jié) 果及最后結(jié)果都能及時(shí)顯示 因而對(duì)計(jì)算中的錯(cuò)誤可以及早發(fā)現(xiàn) 如果有 必要 可以停止執(zhí)行 由于計(jì)算需要大量的時(shí)間 圖像結(jié)果可以收集在工 作窗口中 用戶可以在執(zhí)行其它任務(wù)時(shí)檢查其結(jié)果 第二個(gè)特點(diǎn)是關(guān)于數(shù) 據(jù)文件的存儲(chǔ) 當(dāng)采用跟蹤技術(shù)時(shí) 圖像直接從數(shù)據(jù)中產(chǎn)生 某些情況下 數(shù)據(jù)無需寫入存儲(chǔ)器之中 跟蹤技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還有 用戶使用效率高 等 待計(jì)算結(jié)果所需的時(shí)間少 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有可能僅在計(jì)算時(shí)才能得到 為改 善此問題 可要求系統(tǒng)提供存取數(shù)據(jù)的能力 以便用戶隨時(shí)去用檢查結(jié)果 在跟蹤差錯(cuò)及實(shí)時(shí)監(jiān)視中 交互技術(shù)十分必要 控制 又稱駕馭 則應(yīng)該在計(jì)算過程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改 對(duì)數(shù)值模擬進(jìn) 行直接的控制和引導(dǎo) 現(xiàn)在已能實(shí)現(xiàn)的 控制 實(shí)例是駕駛模擬 已建 立的數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確地計(jì)算出車輛對(duì)一系列內(nèi)部作用力和外部作用力的反 應(yīng) 根據(jù)實(shí)時(shí)反應(yīng)的最新信息確定車輛在三維世界中的位置 然后用一系 列視覺手段來保證計(jì)算達(dá)到要求 為了實(shí)現(xiàn)適用范圍較廣的控制結(jié)構(gòu) 必 須使用工具箱 圖形工具箱包括擴(kuò)展的交互技術(shù)靈活的圖像繪制及支持大 型數(shù)據(jù)集的交互 提供聯(lián)結(jié)用戶與計(jì)算模型的結(jié)構(gòu) 提供三維數(shù)據(jù)輸入 大量數(shù)據(jù)的輸入及公共單元的輸出手段及動(dòng)畫功能等 在此階段用戶可以 根據(jù)需要進(jìn)行下述處理 重畫圖像或采用動(dòng)畫功能 比較多幅圖像和多動(dòng) 畫系列 進(jìn)行較快和光滑的動(dòng)畫播放 停止模擬等等 6 1 1 2 2 4 4 可可視視化化 發(fā)發(fā)展展的的趨趨勢(shì)勢(shì) 科學(xué)計(jì)算與圖象 圖形有著緊密的聯(lián)系 人們不僅僅滿足于單純的 有了數(shù)據(jù)后進(jìn)行圖形顯示 還希望從計(jì)算模型的建立和原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 備開始就通過圖象和圖形來實(shí)現(xiàn) 計(jì)算過程能由人來駕嘆 計(jì)算結(jié)果不僅 圖形化 而且能通過分析處理獲取更多有用的信息 這一切的關(guān)鍵所在是 圖形顯示與數(shù)據(jù)處理的緊密結(jié)合 即所謂視算一體化 Visual ComputingIntegration 這一技術(shù)可以概括如下 6 任何一項(xiàng)計(jì)算從開始 獲取數(shù)據(jù)就依靠圖象或圖形來實(shí)現(xiàn) 如通過作圖建模的方法 對(duì)攝錄或掃 描圖象處理的方法 或其它物理手段 如射線 超聲 磁共振等 計(jì)算 模型不僅在幾何上用圖形表示 物理量也可用灰度及顏色表示 計(jì)算過程 及中間結(jié)果還應(yīng)形象地用圖形模擬 以圖線 圖形及動(dòng)畫等形式表現(xiàn)出來 這一過程還應(yīng)是一個(gè)緊密的人機(jī)交互過程 計(jì)算機(jī)不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)加工 用圖形或圖象顯示其過程 而且通過分析判斷 智能地反應(yīng)出信息 而 人們則一方面可對(duì)計(jì)算過程和結(jié)果有一個(gè)全面形象的了解 追蹤計(jì)算過程 洞察發(fā)生的問題 加深對(duì)計(jì)算過程和結(jié)果的理解 并由此獲得啟發(fā) 建 立新概念 悟出解決問題的思路和方法 另一方面可以根據(jù)計(jì)算機(jī)分析判 斷所反饋的信息 通過對(duì)圖形的修改 改變參數(shù) 實(shí)時(shí)地干予和引導(dǎo)計(jì)算 過程 朝著預(yù)期的方向發(fā)展 最后結(jié)果除了用圖形 圖象 顏色和動(dòng)態(tài)模 擬來描述外 還應(yīng)提供多種手段 通過對(duì)圖形的處理 獲取更多更直接有 用的信息 這一技術(shù) 是從表示大量科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)使其可視而發(fā)展起來的 但實(shí) 際上其意義已超過了 可視 這一范 籌 因?yàn)檫@一技術(shù)的關(guān)鍵在于圖形 與計(jì)算的有機(jī) 結(jié)合 故使用 視算一體化 的術(shù)語較為貼 切 6 但是這項(xiàng)技術(shù)的引入是一件有相當(dāng)難度的工作 其復(fù)雜性在于它涉 及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的多個(gè)方面 如軟 硬件技術(shù) 圖形顯示 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特別是圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 以及專業(yè)問題 因此它是一門邊緣科學(xué) 開發(fā)此類軟件必須由專業(yè)人員與計(jì)算機(jī)人員協(xié)同工作 并以專業(yè)人員為主 導(dǎo) 這是由于視算一體化軟件必須緊密結(jié)合 專業(yè)需要的原則決定的 專 業(yè)人員必須掌握計(jì)算機(jī)軟 硬件知識(shí)到一定深度 成為復(fù)合型人才 親自 動(dòng)手 而計(jì)算機(jī)人員則在較為深入的計(jì)算機(jī)技術(shù)工作上發(fā)揮作用 7 1 1 3 3 論論文文內(nèi)內(nèi)容容概概述述 1 1 3 3 1 1 選選題題的的 目目的的及及意意義義 隨著三維圖形技術(shù)和 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立相應(yīng)的 三維實(shí)體模型能夠更直觀 更全面地反映設(shè)計(jì)意圖 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)交互造 型不僅效率低而其容易出錯(cuò) 為提高效率 提出了建立參數(shù)化模板庫的方 法 通過引入基于特征的參數(shù)化造型的思想 建立常用的典型零部件模板 庫 在設(shè)計(jì)計(jì)算完成后 通過參數(shù)化驅(qū)動(dòng)從而得到所需的模型并且將材料 信息等物料信息自動(dòng)加入到模型中 并且 在三維模型的基礎(chǔ)上可以進(jìn) 行零件裝配 干涉檢查 有限元分析 運(yùn)動(dòng)分析等高級(jí)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 工作 建立三維實(shí)體模型以后 還可以根據(jù)需要由該模型方便地生成傳統(tǒng) 加工過程所用 的工程圖 機(jī)械產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)從產(chǎn)品構(gòu)思 概念表達(dá) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 性能分析到最終 的產(chǎn)品加工是一個(gè)非常復(fù)雜的過程 這種設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性 多樣性和靈 活性就要求設(shè)計(jì)自動(dòng)化必須走參數(shù)化可視化 的道路 從而提高機(jī)械設(shè)計(jì) 的效率 這也是機(jī)械設(shè)計(jì)師夢(mèng)想的事情 本文研究的可視化系統(tǒng)主要針 對(duì)張家口煤機(jī)廠項(xiàng)目 該廠以往減速器的設(shè) 計(jì) 都是重復(fù)的建立三維模 型 工作量很多 而且重復(fù)性勞動(dòng)很多 因此 采用特征造型和參數(shù)化 技術(shù)進(jìn)行齒輪減速器可視化設(shè)計(jì) 能夠更好地縮短設(shè)計(jì)周期 提高齒輪減 速器的設(shè)計(jì) 制造質(zhì)量 目前 三維 CAD 技術(shù)在減速器設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用主要集中在以下幾 個(gè)方面 減速器產(chǎn)品的三維實(shí)體造型 產(chǎn)品的可靠性分析等方面 而 對(duì)整體的比較全面的三維參數(shù)的 可視化設(shè)計(jì)目前尚處于探索階段 本 文開發(fā)的 減速器 不包括箱體 三維參數(shù)的可視化設(shè)計(jì) 系統(tǒng)利用 Pro ENGINEER 平臺(tái)的強(qiáng)大二次開發(fā)接口技術(shù) 成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的修改 參數(shù)的獲取以及部件的裝配 不僅 提高設(shè)計(jì)效率 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 解放設(shè)計(jì)人員 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的三維參數(shù)化可視化設(shè)計(jì)有一 定的參考價(jià)值 需要說明的是行星減速器的設(shè)計(jì)不同于普通的定軸減速器 它的傳動(dòng)參數(shù)的選擇受到諸多條件的限制 裝配 同心 鄰接 強(qiáng)度 結(jié) 構(gòu)和工藝 所以在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí) 也相對(duì)復(fù)雜 在實(shí)現(xiàn) 它的可視 8 化時(shí) 也主要是以零部件為單位 先實(shí)現(xiàn)部件軸系的可視化 然后利用 裝配關(guān)系生成新的結(jié)構(gòu)相同的減速器 來應(yīng)對(duì) 不同功率和傳動(dòng)比的需要 1 1 3 3 2 2 論論文文的的主主要要過過程程 本論文的主要工作有 1 確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)該行星減速器的特點(diǎn)和可視化設(shè)計(jì)的要求 確定系統(tǒng)的開發(fā)方法 選擇系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境 2 確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)分解 確定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行合理的模塊劃分 3 利用 Pro ENGINEER 建立參數(shù)化的 零部件 模型庫 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化裝 配 4 以 VC 6 0 和 Access 為開發(fā)工具 建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 5 通過 ODBC 將數(shù)據(jù)庫與 VC 相連 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與Pro ENGINEER 的交互 6 用 Pro ENGINEER 的二次開發(fā)工具Pro TOOLKIT 和 VC 設(shè)計(jì)一 個(gè)友好的用戶交互界面 1 1 4 4 本本章章小小節(jié)節(jié) 本章著重討論了減速器的設(shè)計(jì)發(fā)展在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況 根據(jù)現(xiàn)狀 提出可視化設(shè)計(jì)的意義 在對(duì)可視化的概念 發(fā)展及其在機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng) 用等相關(guān)說明中 說明了減速器可視化設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì) 方向的 重要 性 最后敘述了 本論文選題的 目的 意義 希望通過 Pro ENGINEER 二次開發(fā)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)減速器的可視化設(shè)計(jì)及需要完成的主要 工作 9 2 2 可可視視化化系系統(tǒng)統(tǒng)的的總總體體設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方案案 2 2 1 1 減減速速器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn) 述述 減速器是一種在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間用來降低轉(zhuǎn)速的獨(dú)立傳動(dòng)裝置 其 類型很多 傳動(dòng)級(jí)數(shù)和傳動(dòng)的布置形式也是多樣的 本系統(tǒng)便是以運(yùn)用到 刮板運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的二級(jí)行星減速器為例 進(jìn)行減速器的參數(shù)化設(shè)計(jì) 本文的 行星齒輪減 速器是 張家口煤礦機(jī)械廠所開發(fā)設(shè)計(jì)的減速器產(chǎn) 品 主要針對(duì)該減速器 開發(fā)研制 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的可視化系統(tǒng) 該系統(tǒng) 以原樣機(jī) 60JSCD 2K H 型機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ) 當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí) 太 陽輪回轉(zhuǎn) 帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)行星架座輸出 其結(jié)構(gòu)如圖 2 1 所示 圖 2 1 減速器結(jié)構(gòu)圖 該行星減速器主要由傳動(dòng)零件 齒輪 軸承 箱體及其附件組成 2 2 2 2 系系統(tǒng)統(tǒng)開開發(fā)發(fā)軟軟件件的的選選擇擇 隨著信息時(shí)代及全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的到來 企業(yè)必須具備新產(chǎn)品的開 發(fā) 研制及創(chuàng)新能力 有自己的便于更新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái) 才能不斷快速 地推出適應(yīng)市場(chǎng)需求 滿足顧客需要的新產(chǎn)品 才能在激烈的市場(chǎng)竟?fàn)幹?生存下來 隨著微機(jī)版三維CAD 系統(tǒng)的日趨完善 Windows 操作平臺(tái) 10 的日益普及和微機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高 企業(yè)大范圍使用三維CAD 技術(shù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟 從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看 三維CAD 技術(shù)必然會(huì)很大 程度替代二維CAD 技術(shù) 實(shí)踐也證明 三維CAD 技術(shù)的應(yīng)用對(duì)加速新 產(chǎn)品開發(fā) 提高產(chǎn)品質(zhì)量 縮短產(chǎn)品研制周期 降低產(chǎn)品成本起著關(guān)鍵的 作用 它是支持企業(yè)增強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)有力手段 也是 企業(yè)在工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)企業(yè)信息化的重要舉措 那么如何正確選擇一款 適合企業(yè)實(shí)際的三維CAD 軟件就成了企業(yè)信息化的一個(gè)重要方面 2 2 2 2 1 1 典典型型三三維維造造型型軟軟件件介介紹紹 CAD 技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展 先后走過大型機(jī) 小型機(jī) 工作站 微 機(jī)時(shí)代 每個(gè)時(shí)代都有當(dāng)時(shí)流行的CAD 軟件 近年來 由于個(gè)人計(jì)算機(jī) 的性能迅速提高 已具有較強(qiáng)的圖形處理能力和支持多處理機(jī)及并行處理 的能力 基于Pentium X 芯片 運(yùn)行 Windows NT 的高檔 PC 系統(tǒng) 其 性能己接近傳統(tǒng)的工作站 而價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者 所以基于PC 的 CAD 系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正逐漸提高 工作站和微機(jī)平臺(tái)CAD 軟件已經(jīng)占 據(jù)主導(dǎo)地位 并且出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀 比較流行的商品化軟件 UG 是 Unigraphics Solutions 公司的拳頭產(chǎn)品 它將參數(shù)化和變量化 技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體 線框和表面功能結(jié)合在一起 AutoCAD 是二維繪 圖軟件 它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群 AutoCAD 有強(qiáng)大的二 維功能 如繪圖 編輯 剖面線和圖案繪制 尺寸標(biāo)注以及二次開發(fā)等功 能 同時(shí)有部分三維功能 AutoCAD 提供 AutoLISP ADS ARX 作為二 次開發(fā)的工具 在許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域 如機(jī)械 建筑 電子 中 一些軟 件開發(fā)商在 AutoCAD 的基礎(chǔ)上己開發(fā)出許多符合實(shí)際應(yīng)用的軟件 MDT 是 Autodesk 公司在 PC 平臺(tái)上開發(fā)的三維機(jī)械CAD 系統(tǒng) 它以三 維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ) 集設(shè)計(jì) 分析 制造以及文檔管理等多種功能為一體 為 用戶提供了從設(shè)計(jì)到制造一體化的解決方案 由于該軟件與AutoCAD 同時(shí)出自 Autodesk 公司 因此兩者完全融為一體 用戶可以方便地實(shí)現(xiàn)三 維向二維的轉(zhuǎn)換 MDT 為 AutoCAD 用戶向三維升級(jí)提供了一個(gè)較好的 選擇 SolidWorks 是基于 Windows 平臺(tái)的全參數(shù)化特征造型軟件 它可 以十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型 復(fù)雜裝配和生成工程圖 圖 11 形界面友好 用戶上手快 該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機(jī)械 產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中 其價(jià)位適中 DEASMasterSeries5 是高度集成化的CAD CAE CAM 軟件系統(tǒng) 它 幫助工程師以極高的效率 在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì) 仿真分析 測(cè)試 直至 數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程 I DEAS 是全世界制造業(yè)用戶廣泛 應(yīng)用的大型 CAD CAE CAM 軟件 I DEAS 在 CAD CAE 一體化技術(shù)方 面一直雄居世界榜首 軟件內(nèi)含諸如結(jié)構(gòu)分析 熱力分析 優(yōu)化設(shè)計(jì) 耐 久性分析等可提高產(chǎn)品性能的高級(jí)分析功能 Pro ENGINEER 系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 Parametric Technology Corporation 簡(jiǎn)稱 PTC 的產(chǎn)品 PTC 公司提出的單一數(shù)據(jù)庫 參數(shù)化 基于特征 全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD CAE CAM 的傳統(tǒng)觀念 這 種全新的概念己成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn) 利用 該概念開發(fā)出來的第三代機(jī)械CAD CAE CAM 產(chǎn)品 Pro ENGINEER 軟 件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起 讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)制造工作 即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程 2 2 2 2 2 2 軟軟件件二二次次開開發(fā)發(fā)的的選選擇擇 為推廣應(yīng)用 以 D 技術(shù) 許多企業(yè)紛紛購置了昂貴的計(jì)算機(jī)硬件和 CAD 支撐軟件系統(tǒng) 由于這些商品化的以 D 軟件一般都是通用化軟件 基本上覆蓋整個(gè)機(jī)械行業(yè)各個(gè)方面的工作 而用戶在應(yīng)用時(shí)都具有自身行 業(yè)的特色 因此 用戶在引進(jìn)商品化的CAD 軟件后 通常需要那些既掌 握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)又懂得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人員針對(duì)本行業(yè)的特點(diǎn)對(duì)支撐軟件進(jìn) 行修改和擴(kuò)充 開發(fā)出實(shí)用性更強(qiáng)的CAD 應(yīng)用軟件 即所謂的二次開發(fā) 二次開發(fā)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)軟件系統(tǒng)或稱之為設(shè)計(jì)工具來輔助具體的機(jī) 械設(shè)計(jì) 二次開發(fā)不同于一般的軟件開發(fā) 主要在于它不是從底層開始 的軟件設(shè)計(jì) 而是 在已有的軟件上進(jìn)行的開發(fā) 所以二次開發(fā)的最大特點(diǎn) 就是繼承性 二次開發(fā)后的軟件功能在很大程度上取決于支撐軟件本 身的功能和開放程度 因此 支撐軟件的選擇非常關(guān)鍵 首先 軟件應(yīng)當(dāng)由可靠的 較大規(guī)模的公司生產(chǎn) 防止由于軟件公司的 12 倒閉使我們失去長(zhǎng)期而可靠的技術(shù)支持 其次 應(yīng)當(dāng)選擇大家比較熟悉的 功能齊全 性能優(yōu)良 且本身又在不 斷進(jìn)步的軟件 如 具有標(biāo)準(zhǔn)的圖形格式 符合國(guó)際 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 方便與 其它軟件的交換 具有windows98 windowsNT 及工作站等多種版本 支持從微機(jī)到工作站多種硬件平臺(tái) 實(shí)現(xiàn)功能完全一樣 并在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù) 上達(dá)到無縫集成 最后 也是最重要的性能 就是支撐軟件的開發(fā)性 或者說二次開發(fā)的 能力 可以從兩方面考慮 一方面開發(fā)功能是否齊全 接口是否簡(jiǎn)單 另 一方面開發(fā)語言是否為通用的高級(jí)語言 編譯環(huán)境是否優(yōu)良 此外 根據(jù)本論文是進(jìn)行行星減速器的可視化設(shè)計(jì) 所以選擇支持軟件 時(shí) 除了要具備以上的基本條件外 還應(yīng)該具備以下三點(diǎn) 1 完善的三維實(shí)體建模功能 模型應(yīng)具有良好的繼承性和可控制性 2 良好的參數(shù)化設(shè)計(jì)特性 3 能夠?qū)崿F(xiàn)與第三方程序無縫連接 綜上所述 結(jié)果本論文決定選用的軟件是美國(guó)PTC 公司的機(jī)械設(shè)計(jì) 自動(dòng)化軟件 Pro ENGINEER Wildfire 該軟件自 1988 年問世以來 10 多年間成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D CAD CAM 系統(tǒng) 軟件 Pro ENGINEER 集合了零件設(shè)計(jì) 產(chǎn)品組合 模具開發(fā) 鈑金 設(shè)計(jì) 鑄 造件設(shè)計(jì) 造型設(shè)計(jì) 逆向工程 自動(dòng)測(cè)量 機(jī)構(gòu)仿真 應(yīng)力分析 產(chǎn)品 數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體 是一個(gè)全方位的3D 產(chǎn)品開發(fā)軟件 Pro ENGINEER 已經(jīng)成為世界3D CAD CAM 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件 廣泛應(yīng)用 于電子 機(jī)械 模具 工業(yè)設(shè)計(jì) 汽機(jī)車 航天 家具 玩具等各行業(yè) 2 2 3 3 P Pr ro o E EN NG GI IN NE EE ER R 的的參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)化化特特性性 本論文的減速器可視化設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 實(shí)際是 對(duì)減速器 參數(shù)化 造型設(shè)計(jì) 的可視 體現(xiàn) 因此要求開發(fā)軟件本身有較高的參數(shù)化設(shè)計(jì)特性 這里我們 先介紹 Pro ENGINEER 的參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性 1 3D 實(shí)體模型 Solid model 3D 實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表 13 現(xiàn)之外 借助于系統(tǒng)參數(shù) System parameters 用戶還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn) 品的體積 面積 重心 慣性大小等 以了解產(chǎn)品的真實(shí)性 并補(bǔ)足傳統(tǒng) 的面結(jié)構(gòu) 線結(jié)構(gòu)的不足 用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中 可以隨時(shí)掌握以上情 況 設(shè)計(jì)物理參數(shù) 并減少許多人為計(jì)算時(shí)間 2 單一數(shù)據(jù)庫 Single database Pro ENGINEER 可隨時(shí)修改由3D 實(shí)體模型產(chǎn)生2D 工程圖 而且自 動(dòng)標(biāo)注工程圖尺寸 不論在3D 還是 2D 圖形上作尺寸修改 其相關(guān)的 2D 圖形或者 3D 實(shí)體模型均自動(dòng)修改 同時(shí)組合 制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自 動(dòng)修改 這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性 并避免反復(fù)修正的耗時(shí)性 由于采用 單一數(shù)據(jù)庫 提供了所謂雙向關(guān)聯(lián)性的功能 這種功能也正符合了現(xiàn)代產(chǎn) 業(yè)中所謂的同步工程 concurrent engineering 3 以特征作為設(shè)計(jì)的單位 Feature based design Pro ENGINEER 以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作 如孔 Hole 開槽 Slot 倒圓角 Round 等均被視為零件設(shè)計(jì)的基本特征 可隨時(shí)對(duì)特 征做合理 不違反幾何的順序調(diào)整 Recorder 插入 Insert 刪除 Delete 重新定義 Redefine 等修正動(dòng)作 4 參數(shù)化設(shè)計(jì) Parametric design 配合單一數(shù)據(jù)庫 所有設(shè)計(jì)過程中所使用的尺寸 參數(shù) 都存在數(shù)據(jù) 庫中 設(shè)計(jì)者只需更改3D 零件的尺寸 則2D 工程圖 Drawing 3D 組合 Assembly 模具 Mold 等就會(huì)依照尺寸的修改做幾何形狀的變化 以達(dá)到設(shè)計(jì)修改工作的一致性 避免發(fā)生人為改圖的疏漏情形 且減少許 多人為改圖的時(shí)間和精力消耗 也正因?yàn)橛袇?shù)化的設(shè)計(jì) 用戶才可 以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式 建立各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式 Relation 使得模型可自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)有的外型 減少尺寸逐一修改的繁瑣費(fèi)時(shí) 并減 少錯(cuò)誤發(fā)生 2 2 4 4 基基于于 P Pr ro o E EN NG GI IN NE EE ER R 的的減減速速器器可可視視化化系系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 2 2 4 4 1 1 系系統(tǒng)統(tǒng)的的 總總體體組組成成 本系統(tǒng)是在減速器各零部件按照強(qiáng)度 剛度 壽命要求完成優(yōu)化設(shè) 計(jì)的基礎(chǔ)上 得到相關(guān)的優(yōu)化參數(shù)和各零部件 之間的相互關(guān)系 利用 14 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象 設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分類 以 Pro ENGINEER 為支撐軟件 用其PART 模塊和 ASSEMBLY 模塊建立減速器所有 的實(shí) 體模型 在面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境VC 6 0 中 利用 Pro ENGINEER 二 次開發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)友好的用戶界面 進(jìn)入減速器各零部件可視化設(shè)計(jì) 的 人機(jī)交互界面 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中傳遞到Pro ENGINEER 中 在 Pro ENGINEER 中執(zhí)行 Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序 實(shí)現(xiàn)對(duì)減速器模型 參數(shù)的改變生成新的三維實(shí)體的可視化設(shè)計(jì) 其中 用 Access 建立數(shù)據(jù) 管理庫 通過ODBC 參數(shù)數(shù)據(jù)庫與VC 連接 導(dǎo)入 Pro ENGINEER 中 然后調(diào)用在本系統(tǒng)中作為圖形瀏覽工具的Pro ENGINEER 其中 Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序源代碼是在VC 6 0 的編譯環(huán)境中 利用 Pro ENGINEER 的二次開發(fā)工具包Pro TOOLKIT 對(duì) Pro ENGINEER 進(jìn)行的二次開發(fā) 本文中的 行星減速器的可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)由三大模塊構(gòu)成 通過 VC 6 0 開發(fā)的用戶界面模塊 利用Pro ENGINEER 建立模型庫模塊 其中模型庫模塊又分為零件模型庫和裝配關(guān)系模型庫 以及 Access 建 立的 數(shù)據(jù)庫模塊 此系統(tǒng)的模塊 結(jié)構(gòu)見圖 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的總體組成框圖如圖2 3 用戶界面模塊數(shù)據(jù)庫模塊 零件模型庫 裝配關(guān)系模型庫 用戶界面模塊 模型庫模塊 15 圖 2 2 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖 圖 2 3 減速器可視化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 2 2 4 4 2 2 系系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)應(yīng)用用環(huán)環(huán)境境 系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境推薦如下 1 硬件環(huán)境 CPU Pentium 166MB 以上 內(nèi)存 4MB 較大的裝配應(yīng)在128MB 或 256MB 以上 硬盤 10G 以上 顯示器 分辨率 800 X 600 或 1024 X 768 2 軟件環(huán)境 系統(tǒng)軟件 Windows 2000 或 Windows XP 支撐軟件 Pro Engineer2001 以上 應(yīng)用軟件 VC 6 0 2 2 5 5 本本章章小小節(jié)節(jié) 本章介紹了 本文所要進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)減速器的 基本 結(jié)構(gòu) 以及針 對(duì) 基于 PRO E 的減速器可視化系統(tǒng) 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)圖庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 零件實(shí)體造型庫 非標(biāo)準(zhǔn)件庫標(biāo)準(zhǔn)件庫 產(chǎn)品裝配模型庫 總裝配模型圖庫裝配示意分解圖庫 16 減速器可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的二次開發(fā)軟件選擇過程 并對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行了 介紹 和對(duì)比 擇優(yōu) 選擇 Pro ENGINEER 作為平臺(tái)完成設(shè)計(jì)需要 最后 闡述了基于 Pro ENGINEER 的減速器可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)方案和思路 及系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的確定 17 3 3 系系統(tǒng)統(tǒng)開開發(fā)發(fā)工工具具介介紹紹 3 3 1 1 P Pr ro o E EN NG GI IN NE EE ER R 簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及 CAD 技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng) 用 先進(jìn)的工具提高了人們的工作效率和工作質(zhì)量 目前 較為先進(jìn)的機(jī) 械 CAD 軟件有 AutoCAD Pro ENGINEER I deas 等 隨著 面向?qū)ο蠹夹g(shù)及特征建模技術(shù)的發(fā)展 CAD CAE CAM 技術(shù)已緊密相連 CAD 已從單純模仿二維工程圖樣飛躍到三維實(shí)體造型 同時(shí) 當(dāng)今虛擬現(xiàn) 實(shí)技術(shù)的發(fā)展 使得CAD 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中呈現(xiàn)越來越重要的地位 Pro ENGINEER 軟件是美國(guó) PTC 公司 Parametric Technology Corpo ration 的產(chǎn)品 是一種單一數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)的基于特征的建模技 術(shù)以及獨(dú)特的全相關(guān)技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件 Pro ENGINEER 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 因此開發(fā)過程中某一處所發(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 Pro ENGINEER 的零件設(shè)計(jì)功能是一些和系統(tǒng)內(nèi)部蘊(yùn)藏的知識(shí) 智能 相聯(lián)結(jié)的過程 可以畫出非常復(fù)雜的幾何外形 Pro ENGINEER 設(shè)計(jì)的 零件不僅包含制造工藝和成本等一些非幾何的信息 而且還包括零件的位 置信息以及它們之間的相互聯(lián)系 這意味著對(duì)零件進(jìn)行布置時(shí) 并不需要 一個(gè)坐標(biāo)系 零件自身知道它們是任何和模型的其余部分相聯(lián)系的 這就 使得對(duì)模型的改動(dòng)非常迅速 并且使最終 和最初 的設(shè)計(jì)意圖相一致 3 3 2 2 V Vi is su ua al lC C 開開發(fā)發(fā)工工具具 VisualC 是新一代面向?qū)ο蟮?可視化的程序設(shè)計(jì)工具 本系統(tǒng)用戶 界面 模塊的設(shè)計(jì)選擇VC 6 0 作為開發(fā)平臺(tái) VC 6 0 是運(yùn)行于 Windows 上的交互式可視化集成開發(fā)環(huán)境 是美國(guó)Microsoft Visual St udio 的一部分 56 像其它的可視化開發(fā)環(huán)境 如 Vusual Basic Delpic C Builder 一樣 VC 6 0 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)完整而又方便的開發(fā)界面和許多有效的輔助 開發(fā)工具 VC 6 0 的 AppWizard 可以為很大一部分類型的程序提供框 架代碼 用戶不需要書寫代碼 只需要幾個(gè)按鈕就可以生成一個(gè)完整的可 18 以運(yùn)行的程序 利用 VisualC 開發(fā)基于 Pro ENGINEER 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 二是代碼編寫階段 在可視化設(shè) 計(jì)階段 編程者使用VisualC 工具箱來定制所需的用戶界面 在代碼編 寫階段 編程者通過 調(diào)用 消息和事件函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的功能 由于在 VisualC 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)開發(fā)的 效率 3 3 3 3 P Pr ro o E EN NG GI IN NE EE ER R 開開發(fā)發(fā)方方法法介介紹紹 Pro ENGINEER 提供了多種層次開發(fā)方法 根據(jù)層次的高低用戶的靈 活性不同 開發(fā)方法如下 1 族表 Family Table 族表是 Pro ENGINEER 提供給用戶一個(gè)工具 不需要編制程序 功能 十分有限 通過族表用戶可以方便的管理具有相同或相似結(jié)構(gòu)的零件 特 別適合標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立和管理 族表通過建立通用性零件為父零件 然后在此基礎(chǔ)上對(duì)尺寸參數(shù)進(jìn)行控制來生成派生零件 族表通過表格來管 理 常常被稱為表格驅(qū)動(dòng) 2 用戶定義特征 UDF 用戶定義特征也是系統(tǒng)提供給用戶的工具 通過這個(gè)工具 用戶可以將 幾個(gè)特征組成為一個(gè)自定義特征 系統(tǒng)以gph 文件保存用戶定義特征 調(diào)用時(shí)作為一個(gè)整體出現(xiàn) 用戶定義特征有利于用戶根據(jù)產(chǎn)品特征快速生 成三維模型 提高設(shè)計(jì)效率 3 Pro Program Pro ENGINEER 給每個(gè)模型都提供了一個(gè)主要設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)列表記 載工具 Pro Program 它是一種類似于BASIC 的高級(jí)語言格式 用戶可 以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來編輯模型的Program 使其作為一段程序來工作 通過 運(yùn)行該程序來控制系統(tǒng)參數(shù) 特征顯示和特征尺寸參數(shù)等 但是 Pro Program 不能調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) 功能十分有限 4 J Link 19 J Link 是 Pro ENGINEER 提供的基于 JAVA 語言的高級(jí)開發(fā)工具包 功能強(qiáng)大 用戶可以通過JAVA 編程來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能或定制基于產(chǎn)品的 設(shè)計(jì)模塊 5 Pro TOOLKIT Pro TOOLKIT 在 Pro ENGINEER17 版本之前是 Pro Develop 從 Pro ENGINEER18 版本開始是 Pro TOOLKIT 是 Pro ENGINEER 提供的 功能最強(qiáng)大的高級(jí)開發(fā)工具包 不同于J Link 的是它是基于C 語言的 Pro TOOLKIT 支持 Windows 和 UNIX 操作系統(tǒng) Pro TOOLKIT 提供了 一個(gè)龐大的 C 語言函數(shù)庫 借助第三方編譯環(huán)境進(jìn)行調(diào)試 使得外部應(yīng)用 程序在一種可控制和可靠的方式下訪問Pro ENGINEER 數(shù)據(jù)庫和用戶界 面 實(shí)現(xiàn)與 Pro ENGINEER 的無縫集成 隨著版本的不斷更新 提供的庫 函數(shù)更加豐富 因此 用戶的應(yīng)用程序功能逐漸強(qiáng)大 本系統(tǒng)中選用它 作為二次開發(fā)方法 能更好的實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互界面的友好連接 下面就介 紹 Pro TOOLKIT 的詳細(xì)用法 3 3 4 4 P Pr ro o T TO OO OL LK KI IT T 二二次次開開發(fā)發(fā)介介紹紹 3 3 4 4 1 1 P Pr ro o T TO OO OL LK KI IT T 的的特特點(diǎn)點(diǎn) Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序具有面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格 21 它利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在 Pro ENGINEER 和應(yīng)用程序之間進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換 而這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)于應(yīng) 用程序來講不是直接可見的 只能通過Pro TOOLKIT 函數(shù)來進(jìn)行訪問 下面就 Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序的幾個(gè)主要特點(diǎn)分別作以介紹 1 對(duì)象和動(dòng)作 Objects and Actions 在 Pro TOOLKIT 中最基本的概 念就是對(duì)象和動(dòng)作 Pro TOOLKIT 函數(shù)庫中的任何一個(gè)函數(shù)的功能都是 在一個(gè)指定類型的對(duì)象上執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作 Pro TOOLKIT 函數(shù)的命名規(guī)則 是 前綴 Pro 對(duì)象的類型名 執(zhí)行動(dòng)作的名稱 如 ProMdlCopy ProSolidCreate Pro TOOLKIT 的對(duì)象是一個(gè)完整定義的C 結(jié)構(gòu) 大多數(shù)對(duì)象是 Pro ENGINEER 數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)條目 如特征 面 每一類對(duì)象都有一個(gè) 以大寫字母開頭的標(biāo)準(zhǔn)名稱 并且與Pro ENGINEER 中的名稱相對(duì)應(yīng) 如 20 Feature 特征 Surface 面 Solid 一 實(shí)體 執(zhí)行動(dòng)作的名稱指定了將要執(zhí)行的動(dòng)作類型 如 Get 從 Pro ENGINEER 數(shù)據(jù)庫中直接讀取數(shù)據(jù) Eval 提供簡(jiǎn)單計(jì)算的結(jié)果 Compute 提供可能包含的幾何模型數(shù)據(jù)分析的結(jié)果 2 函數(shù)原型 Function Prototyping 每個(gè) Pro TOOLKIT 函數(shù)都有一 個(gè) ANSI 函數(shù)原型 一個(gè)特定Pro TOOLKIT 對(duì)象的所有函數(shù)都被放在以 這個(gè)對(duì)象為名稱的頭文件中 例如 函數(shù)ProEdgeLengthEval 的原型 位于頭文件 ProEdge h 中 3 函數(shù)錯(cuò)誤狀態(tài) Function Error Statuses Pro TOOLKIT 函數(shù)庫中 的大多數(shù)函數(shù)都有一個(gè)ProError 類型的返回值 ProError 是一個(gè)枚舉類 型 包含了 Pro TOOLKIT 函數(shù)成功或失敗時(shí)最常見的返回信息 對(duì)我們 調(diào)試程序很有幫助 常見的返回值有 PRO TK NO ERROR 調(diào)用函數(shù)成功 PRO TK BAD INPUT 程序沒有正確調(diào)用函數(shù) PRO TK OUT OF MEMORY 或 PRO TK COMM ERROR 系統(tǒng) 錯(cuò)誤 應(yīng)用程序?qū)?Pro TOOLKIT 的返回狀態(tài)應(yīng)做出反應(yīng) 不同類型的成功 和失敗信息需要用不同的方法處理 4 對(duì)象句柄 Object Handles 在 Pro TOOLKIT 中 每一個(gè)對(duì)象都有 一個(gè)對(duì)應(yīng)的 C 類型定義 叫做 柄 handle 它的名字是由對(duì)象本身的 名字加前綴 Pro 構(gòu)成的 句柄常用來作為指向某一類型對(duì)象的所有變量 和參數(shù)的類型 例如 對(duì)一個(gè)實(shí)體Solid 執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作的任何 Pro TOOLKIT 函數(shù)都有一個(gè)ProSolid 類型的輸入?yún)?shù) 根據(jù)句柄定義和 使用的方法 句柄可分為兩種類型 不透明句柄 opaque handle 和數(shù)據(jù) 庫句柄 database handle 簡(jiǎn)稱 Ohandle 和 Dhandle 21 3 3 4 4 2 2 創(chuàng)創(chuàng)建建 P Pr ro o T TO OO OL LK KI IT T 應(yīng)應(yīng)用用程程序序的的基基本本模模式式 Pro TOOLKIT 提供多種創(chuàng)建應(yīng)用程序的模式 主要分為兩大類 同步模式和異步模式 1 同步模式 Synchronous Mode 同步模式是指應(yīng)用程序進(jìn)程和Pro ENGINEER 系統(tǒng)進(jìn)程不能同時(shí)操 作 并且 應(yīng)用程序只能在Pro ENGINEER 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)或啟動(dòng)后通過輔助 應(yīng)用程序注冊(cè)來調(diào)用 同步模式又分為動(dòng)態(tài)鏈接庫模式 DLLS 和多進(jìn) 程模式 Multiprocess 動(dòng)態(tài)鏈接庫模式是標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序創(chuàng)建模式 用戶程序通過C 編譯 器和鏈接器的處理生成文件擴(kuò)展名為DLL 的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件 在動(dòng)態(tài)鏈 接模式中 應(yīng)用程序與Pro ENGINEER 之間的交互通過函數(shù)的直接調(diào)用 來實(shí)現(xiàn) 而且進(jìn)程單一 所以應(yīng)用程序的運(yùn)行直觀明了 容易檢查錯(cuò)誤 本論文有關(guān)實(shí)例程序都是通過動(dòng)態(tài)鏈接庫模式創(chuàng)建 在多進(jìn)程模式下 應(yīng)用程序被編譯 鏈接形成一個(gè)單獨(dú)的文件擴(kuò)展名為 EXE 的可執(zhí)行文件 應(yīng)用程序不但有通過函數(shù)的直接調(diào)用與Pro EN GINEER 系統(tǒng)進(jìn)行交互 而且可以通過消息傳遞實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的交互 但無 疑增加了程序的復(fù)雜性 并且排除錯(cuò)誤比較麻煩 2 異步模式 Asynchronous Mode 在異步模式下應(yīng)用程序進(jìn)程和Pro ENGINEER 系統(tǒng)進(jìn)程可以同時(shí)操 作 不同于同步模式 異步模式可以使用遠(yuǎn)程程序調(diào)用命令 rpc user remote procedure calls 作為應(yīng)用程序同Pro ENGINEER 交互的方法 并 且異步模式創(chuàng)建的應(yīng)用程序不顯示在Pro ENGINEER 的輔助程序?qū)υ捒?中 同步模式和異步模式另一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于Pro TOOLKIT 應(yīng)用 程序的啟動(dòng)方式不同 在同步模式下 Pro TOOLKIT 程序通過 Pro EN GINEER 啟動(dòng) 這種啟動(dòng)基于注冊(cè)文件包含的信息 在異步模式下 Pr o TOOLKIT 應(yīng)用程序 包含這個(gè)程序自己的主函數(shù) 的啟動(dòng)獨(dú)立于 Pro E NGINEER 因?yàn)楫惒侥Ｊ较率褂胷pc 遠(yuǎn)程程序調(diào)用命令 將會(huì)導(dǎo) 致此種模式的操作比同步模式慢很多 并且應(yīng)用程序的創(chuàng)建和調(diào)用都很復(fù) 雜 所以 用戶盡量不要使用異步模式 22 3 3 4 4 3 3 基基于于 W Wi in nd do ow ws s 平平臺(tái)臺(tái)在在 V VC C 環(huán)環(huán)境境下下創(chuàng)創(chuàng) 建建 P Pr ro o T TO OO OL LK KI IT T 應(yīng)應(yīng)用用 程程序序的的過過程程 Pro TOOLKIT 給用戶提供了利用Make 文件創(chuàng)建應(yīng)用程序的簡(jiǎn)單范 例 用戶可以修改模板Make 文件創(chuàng)建自己需要的Make 文件 模板 Make 文件在 protoolkit i486 nt obj 文件夾 文件名前綴為Make 將 其擴(kuò)展名修改為 mak 然后在 VC 6 0 環(huán)境打開該文件 便可以修改 內(nèi)容 然后直接創(chuàng)建應(yīng)用程序 但是 采用 Make 文件的方法創(chuàng)建應(yīng)用程序必須手工修改Make 文件 程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試均不方便 并且 由于這種方式無法使用 MFC Micr osoft Foundation Classes 類庫 因而不能充分利用VC 的應(yīng) 用程序設(shè)計(jì)向?qū)?AppWizard 和類向?qū)?Class Wizard 來創(chuàng)建應(yīng)用程序 無疑是一種更佳選擇 3 3 4 4 4 4 創(chuàng)創(chuàng)建建 P Pr ro o T TO OO OL LK KI IT T 應(yīng)應(yīng)用用程程序序基基本本框框架架 VC 的集成開發(fā)環(huán)境是采用工程 Project 來管理所有的C 源程序 頭文件 庫文件和對(duì)話框等各種資源的 程序的設(shè)計(jì) 編譯 連接和調(diào)試 均十分方便 利用VC 的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)向?qū)Э梢苑奖?快捷地創(chuàng)建 Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序的基本框架 創(chuàng)建的步驟為 1 啟動(dòng) Visual C 6 0 集成開發(fā)環(huán)境 選擇文件 File New 菜單 在 New 新建 對(duì)話框中選工程 Projects 選項(xiàng)卡 選擇MFC AppWizard dll 項(xiàng) 在工程名 Project name 輸入框中輸入用戶的工程文 件名 在位置 Location 輸入框中輸入目標(biāo)路徑 單擊OK 按鈕 2 在 MFC AppWizard 對(duì)話框中選擇動(dòng)態(tài)連接庫共享MFC DLL 單 選按鈕 使 Pro TOOLKIT 應(yīng)用程序使用共享的MFC 單擊完成 Finish 按 鈕 進(jìn)入新建工程信息 New Project Information 窗口后 單擊OK 按鈕 完成工程文件框架的建立 3 選擇 FileView 打開 VC 應(yīng)用程序