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    平码三中山论坛 www.mslzq.tw 三维机械设计已经成为机械设计的潮流和趋势,它能反映实际产品的设计、构造及制造过程。采用三维机械设计方法可以在设计之初建立三维立体模型,方便地进行产品设计,缩短了产品和研发设计周期,提高了设计质量。参数化设计是目前维机械设计应用技术中最重要的技术之一。

    作为应用最广泛的三维机械设计软件——Pro/E软件,是美国PTC公司开发的CAD/CAE/CAM三维软件,它具有参数化造型、模块化结构、基于特征的实体模型、3D实体模型、单一数据库及其全相关性等功能,可使产品设计开发流程大大简化,使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化。Pro/E软件在参数化设计方面的优点使其在产品参数化设计应用中发挥了巨大作用。

    1 参数化设计概念及优点

    参数化设计指在已对图形所建立的几何约束(尺寸约束和拓扑约束)基础上,通过调整参数来修改和控制几何形状,从而自动实现产品的精确造型。

    参数化设计方法更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想,它与传统设计方法相比,不仅仅局限于产品的详细设计阶段,可支持设计过程的完整阶段;可以快速地进行设计修改并有效地利用以前的设计结果;支持并行设计符合设计人员的习惯。除此之外,参数化设计还能够使设计人员在设计的同时实现参数化建库,极大的方便后续设计工作。

    参数化设计极大的改善了图形的修改手段,提高了设计的柔性,在概念设计、动态设计、实体造型、装配,公差分析与综合、机构方针、优化设计等领域发挥着越来越大的作用,体现出很高的应用价值。

    2 Pro/E软件的参数化技术特点

    参数化特征设计是Pro/E软件主要功能之一。通过有机地结合参数化设计和特征建模,Pro/E软件可方便地进行参数化建模。模型中的每一特征及尺寸都有相应参数一一对应,同时可通过关系将参数建立联系,使各模型及模型的特征及尺寸具有全相关性,实现对模型的控制。同时设计人员对其中一个特征或尺寸进行修改后,全局设计的相关修改可自动实现,以确保所有零件和多个环节的数据一致性。

    3 Pro/E软件的参数化常用设计方法

    Pro/E软件为用户提供了丰富的参数化设计方法和工具,常用的有:族表(Family Table)、用户自定义特征(User Define Feature,UDF)、程序(Pro/Program)、开发工具包(Pro/Toolkit)等。

    3.1 族表

    族表是Pro/E软件提供的一种可以复制特征的高级工具。族表是本质上相似零件(或组件或特征)的集合,使用族表功能可以将产品开发中用到的标准件或结构相似的零部件生成产品库,从而可以在设计中方便选用。在产品装配模型中,族表使得组件中的零件更加容易互换。

    创建族表首先要创建一个基本的类属零件,该零件需具有代表性并尽可能包括所有特征和尺寸参数。以类属零件作为基础,根据设计需要,确定需要变化的特征和尺寸等参数并将其写入族表,Pro/E软件通过读取族表内容从而生成系列化的衍生零件。也可以创建装配族表。整个族表可使用Microsoft Excel电子表格来管理并方便地修改参数。

    3.2 UDF

    用户自定义特征是把产品设计中常用的一些特征组合成为一个群组特征,对放置参考、可变化的尺寸特征进行定义并加以标注命名后保存起来,在设计需要时调出来使用生成设计衍生件的特征参数化建立方法。

    UDF的使用流程主要有以下步骤:规划并创建参照模型,建立UDF,放置UDF。

    在建立UDF时,应保证UDF组外的特征和尺寸尽可能少,并在参照模型内尽可能建立特征和尺寸之间的关系。同过对UDF时的定义进行清楚的标注使UDF库的创建者和使用者根据定义能顺利地建立新特征并生成设计衍生件。

    3.3 程序(Pra/Program)

    程序(Pro/Program)是Pro/E软件中的一个可程序化模块,它将模型的整个创建过程记录下来,包括特征类型及建立过程、尺寸参数设置、关系等创建特征所需要的所有信息,以类似于BASIC语言的简单程序来表示。程序经过适当修改后运行,Pro/E软件可以通过提问的方式完成手动的删除、特征显示和隐含、特征和尺寸的修改、暂停再生过程和附加特征等。设计人员可以根据产品研发需要编辑修改模型的Program以实现模型的建立和修改,可以方便地生成一族外型类似的模型及特征,这将大大加快建模速度,提高设计效率。

    使用Pro/Program的步骤:对零件进行分析,提取零件的关键参数,然后设置参数变量,以便后续建模,并根据需要确定驱动参数;创建零件模型;编制程序;运行程序。

    3.4 Pra/Toolkit

    Pro/Toolkit是针对Pro/E软件功能强大的二次开发和参数化设计工具,它装了许多针对Pro/E软件底层资源调用的库函数与头文件,能够使外部应用程序安全有效地访问Pro/E软件的数据库和应用程序。由于Pro/E软件提供了大量的库函数和定制标准Pro/ENGINEER用户界面的能力,使用和操作方便简单,使其在二次开发及参数化应用领域有着较为广泛的应用基础和良好的应用前景。

    使用Pro/Toolkit开发应用程序进行参数化设计包含以下步骤:编写源文件(包括资源文件和程序源文件)、编制Pro/Toolkit应用程序、编译生成可执行文件以及在Pro/E软件中的注册和运行可执行文件。

    4 基于Pro/E软件的参数化设计实例

    族表、UDF、程序(Pro/Program)是可在交互模式下操作,可用于重复性高、外形特征类似的或结构和特征之间关系较复杂的零部件的参数化设计,对于复杂件很难再生成功。Pro/Toolkit可结合上述方法,利用Pro/Toolkit提供的菜单和可视化界面的定制技术,设计出方便实用的人机交互界面,通过设计参数来控制三维模型,实现产品设计参数化。

    以19”机箱为例,介绍基于Pro/Toolkit的Pro/E软件的参数化设计的实现过程。

    4.1 建立基准模型及参数

    在Pro/E软件交互模式下利用Pro/E软件自顶向下设计工具中的布局和骨架模型建立机箱模型。在布局中定义机箱的参数和尺寸,根据文献建立参数和尺寸相互之间的关系,并根据设计需要将机箱U数、机箱深度、把手间距和面板厚度作为变量参数输入。

    4.2 创建菜单

    在主程序中使用Pro/Toolkit里的ProMenubarMenuAdd()函数在Pro/E软件菜单栏里增加“机箱参数化设计系统”的菜单条。使用ProMenubarmenuPushbuttonAd()函数在“机箱参数化设计系统”菜单条下添加“钣金机箱设计”、“铝板拼接机箱设计”、“铝板焊接机箱设计”、“非金属机箱设计”、“非标机箱设计”及“帮助”等菜单按钮,同时对应建立与之对应的“message.Txt”文件。使用ProCmdActionAdd()函数设计各菜单按钮的动作函数,实现通过单击按钮打开对应对话框的功能。通过Pro/Toolkit创建的菜单结构如图1所示。

      图1 菜单结构图

      4.3 可视化界面设计

    在VC++开发环境下建立MFC AppWizard(dll)工程,通过VC++开发环境提供的可视化界面设计对界面进行布局、修改和调试。可视化界面的设计涉及两个方面:一是按界面的布局编写资源文件;二是针对UI对话框的功能编写相应的控制程序。

    4.4 主程序设计

    在工程文件中加入并编写开始函数use_initialize()和结束函数use_terminate()。利用ProParameterValueGet()函数遍历获得机箱的参数值,然后利用ProParameter Valueset()函数对变量参数设置成输入的参数值。建立参数与可视化界面之间的传递和界面中对话框按钮的动作函数。利用ProSolidRegenerate()函数进行模型再生。

    4.5 编译连接

    通过设置好包含头文件的路径和连接所需库文件的路径完成编译环境设置后,用VC++6.0进行编译连接生成动态链接库文件。

    4.6 注册和运行程序

    编译连接成功后,制作一个(*.Dat)的注册文件,采取手动注册的方式进行Pro/Toolkit应用程序的注册。完成注册后就可以选取启动命令选项运行应用程序。如图2所示,程序运行显示参数输入对话框,Pro/E软件根据输入的参数生成所需的模型。

      图2 机箱系统设计运行界面

      5 结语

    该文介绍了Pro/E软件的参数化技术特点及常用参数化设计方法,给出了部分设计方法的基本步骤,并通过机箱设计的实例来对Pro/E软件参数化设计的基本步骤作进一步的说明。设计实例说明Pro/E软件在参数化设计方面具有广泛的应用前景,通过Pro/E软件进行参数化设计可大大提高产品的设计效率。

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