（机械设计及理论专业论文）基于PROE的水草切割装置特征建模及运动仿真.pdf

摘要 基于p r o e 二次开发技术在9 g s c c - 1 4 h 型水草收割机切割装置建模和仿真中 的应用，解决了利用c 语言和p r o t o o l k i t 对p r o e 二次开发的基本步骤和源文件 的编写、可执行文件的生成、注册及运行的关键技术。运用p r o e 提供的二次开发 工具p r o g r a m 、f a i i i l yt a b 分别对切割装置的非标准件和标准件进行特征建模和建 库。为了保证设计的可行性，首先利用v b 编制了切割装置的优化系统，在保证工 作效率最高的前提下，利用进退法进行初始区间的确定，然后利用黄金分割法进行 一维搜索，利用变量轮换法进行二维搜索，运用外点惩罚函数法对工作速度、曲柄 转速、刀具进距进行优化，通过切割图进行验证其切割性能。最后在特征模型中输 入合适的参数，通过参数化驱动生成所需的三维立体图，根据自顶向下的设想对切 割装置各部件进行自动装配，并在一定的伺服驱动下按照给定的规律进行运动仿 真，输出各部件及总体结构的二维工程图。以上设计步骤对水草切割装置的优化设 计及系列产品的开发提供了一个开放式的设计环境，同时使p r o e 的功能进行了有 效的扩展，在p r o e 的界面下能够很好的调用c 语言编制的对话框，很好的实现了 人机对话，为数字化设计提供了一个实用的技术手段。 关键字：p r o e ；水草切割装置；二次开发；特征建模：运动仿真；优化设计 c h a r a c t e rm o d e l i n ga n dm o t i o ns i m u l a t i o no fa q u a t i c c u t t i n gm e c h a n i s mb a s e do nt h ep r o e a b s t r a c t a p p l i c a t i o no nt h ec h a r a c t e rm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fc u t t i n gm e c h a n i s mo f a q u a t i ch a r v e s t i n ge q u i p m e n t i n9 g s c c 一14 hb a s e do n s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g yo fp r o 但，t h ek e yt e c h n o l o g yt h a tb a s i cp r o c e s so fd e v e l o p m e n to fp r o ，e ， c o m p i l eo fs o u r c ef i l e ，c r e a t eo fe x e c u t a b l ef i l e ，r e g i s t r a t i o na n dr t l na r es o l v e du s i n gc l a n g u a g ea n dp r o t o o l k i t p a r a m e t e rm o d e l i n go fs t a n d a r dp i e c e sa n de s t a b l i s h i n g b a s eo fn o n s t a n d a r dp i e c e sa r ea c h i e v e du s i n gt h es e c o n dd e v e l o p m e n tt o o lo ff a m i l y t a ba n dp r o g r a mi np r o ei no r d e rt oe n s u r ed e s i g nf e a s i b i l i t y , f i r s t l yw o r k o u t o p t i m i z e ds y s t e mo fc u t t i n gm e c h a n i s mu s i n gv bl a n g u a g e ，e n s u r i n gt h et h eh i g h e s t w o r ke f f i c i e n c y , c o n f i r mi n i t i a l i z i n ga r e au s i n gm e t h o do fa d v a n c ea n dr e t r e a t ，s e c o n d l y c a r r yt h r o u g hs e a r c ho fo n ed i m e n s i o nu s i n gm e t h o do fg o l d e ns e c t i o n ，p u tu ps e a r c ho f t w od i m e n s i o nu s i n gm e t h o do fv a r i a b l e e x c h a n g e ，o p t i m i z ew o r kv e l o c i t y 、r o t a t e s p e e do fw i n c ha n da d v a n c ed i s t a n c eu s i n gm e t h o do fs e q u e n t i a lu n c o n s t r a i n e d m i n i m i z a t i o nt e c h n i q u e ，m a i np a r a m e t e ro f f o r ka n db eo p t i m i z e d c u t t i n gc a p a b i l i t yc a n b et e s t i f i e db yt h ec u t t i n gd r a w i n g ，a tl a s t i m p o r ta p p r o p r i a t ep a r a m e t e rt oc h a r a c t e r m o d e l ，t h r e e d i m e n s i o n a ls o l i dd r a w i n ga r ec r e a t e db yp a r a m e t e rd r i v i n g ，c u t t i n g m e c h a n i s ma r ea u t o m a t i c a l l ya s s e m b l e do nt h eb a s i so fc o n c e i v eo ff r o mt o pt ob o t t o m ， a n dm o t i o ns i m u l a t i o na c c o r d i n gt og i v e nr u l eu n d e rt h es e r v od r i v e ，t w od i m e n s i o n p r o j e c td r a w i n go fe a c hp a r ta n dc o l l e c t i v i t ya r ee x p o r t e d ao p e nd e s i g ne n v i r o n m e n to f o p t i m i z ed e s i g no fc u t t i n gm e c h a n i s ma n de x p l o i t a t i o no fs e r i e so fp r o d u c ta r ep r o v i d e d b ya b o v ea l lp r o c e s s ，a tt h es a m et i m e ，t h ef u n c t i o no fp r o ei se f f e c t i v e l ye x p a n d e d ，t h e d i a l o gb o xt h a tc r e a t e du s i n gcl a n g u a g ei sg r e a t l yt r a n s f e ri nt h ei n t e r f a c eo fp r o 但 m a n - m a c h i n ec o n v e r s a t i o ni sr e a l i z e dg r e a t l y , a na p p l i e dt e c h n i c a lm e a s u r ei sa f f o r d e d f o rd i g i t a ld e s i g n k e yw o r d s ：p r o z e ；a q u a t i cc u t t i n gm e c h a n i s m ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；c h a r a c t e r m o d e l i n g ；m o t i o ns i m u l a t i o n ；o p t i m i z ed e s i g n d ir e e t e db y ：p r o f s h a n gs h i y o u a p p ii c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：w a n gz h i g u o ( m e c h a n i c a l d e s i g na n d t h e o r y ) ( c o l l e g e o fm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ，i n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a l u n i v e r s i t y , h u h h o t0 1 0 0 1 8 ，c h i n a ) 内蒙古农业大学硕士论文 1 1 引言 1 1 机械制造业的发展现状 众所周知，制造业是国民经济的支柱性产业，其生产总值通常要占到各国生产总 值的2 0 5 5 。随着科学技术的发展靠0 造业所涉及的区域和所包容的范围日益扩 大，诸如机械、电子、化工、食品、轻工和军工等国民经济的广阔领域都属于制造业 的范畴。制造业已成为将可用资源通过相应制造过程转化为供人们使用和利用的工 业制成品和生活消费品的兴旺产业。在人类迎接新世纪到来的今天，制造业已广泛接 受了t q c s e 管理模式所蕴涵的先进思想，它把时间准确性( t i m e ) 、质量可靠性 ( q u a l i t y ) 、成本合理性( c o s t ) 、服务周到性( s e r v i c e ) 和环境友善性( e n v i r o n m e n t ) 有机 结合起来，构成相互联系并相互促进的功能体系，使得制造业本身呈现出一派蓬勃生 机。 随着计算机软硬件技术和虚拟现实技术的迅速发展，制造业中许多新概念、新观 点应运而生，虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 就是其中之一，它代表了一种全新 的制造体系和模式。在虚拟制造中，基于数字化的虚拟产品开发方式( v i r t u a l p r o d u c td e v e l o p m e n t ) ，以用户的需求为驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种 功能特征。虚拟制造技术的出现是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，是各种 现代制造技术与系统发展的必然趋势。1 。 虚拟制造技术是多个学科领域知识的综合集成与应用，计算机仿真、建模和优化 技术是虚拟制造的核心与关键技术嘲。对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产 品设计阶段或产品制造之前，就能真实地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品 设计的影响，预测产品的性能、成本及可制造性，从而更有效、更经济灵活地进行组 织生产，合理配置工厂和车间的资源，使生产布局更合理、更有效，以达到产品开发周 期和成本最优化，生产效率最高化之目的。针对虚拟制造的特点，结合现有的研究手 段和条件，构建了一个虚拟设计与制造环境“ 。 1 2p r o e 的开发情况 由于p r o e n g i n e e r 在c a d c a m 领域的优秀表现，它在各个大中型企业中的使用 率越来越高。但是这同时也带来了另外一个问题，那就是怎样对通用软件进行本地 化的问题。因为通用的c a d 软件在设计的时候不可能考虑到每个企业的特殊情况， 要想充分发挥c a d 软件的功能，为企业创造更大的效益，企业必须根据自身的特点， 对软件进行本地化的工作，即二次开发。这也是所有c a d 软件都留有开发接口的原 因。p r o e n g i n e e r 的开发从实现方法上大致可以分为两类：一类主要是对 p r o e n g i n e e r 中使用的标准( 如：公差符号、尺寸标注样式等) 进行符合企业标准 的改造。这类开发只需要根据p r o e n g i n e e r 的开发工具p r o t o o l k i t 文档进行相应 配置的设置就可以了；另一类是需要开发出人性化的界面以方便用户的使用，以及 2 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 进行数据库的连接。这一类一般是在比较大型的系统中出现，因为操作复杂必须友 好界面。由于p r o t o o l k i t 开发界面的功能很弱，而且根本没有连接数据库的功能， 所以必须借助于其它的开发工具来实现，而这就涉及了开发工具和p r o t o o l k i t 的 兼容性问题。这个问题长期以来一直困扰着开发人员，没有得到很好的解决。这也 是使得人们认为p r o e n g i n e 职难于开发的原因之一。 南京理工大学采用并行工程思想，通过p r o e 平台开发了汽车制动器集成设计 系统，将制动器的选型、设计计算、三维造型、强度分析、性能分析及二维工程图 自动生成等设计环节并行集成在系统中“1 。装甲兵工程学院进行了一种挖掘机摇臂 机构的运动仿真分析，提出了进行系统运动仿真的设计方法“1 ；西南石油学院基于 p r o e 对四杆机构进行了仿真，可以方便的求出四杆机构各点的速度、加速度、铰 链的受力，绘制各点的运动轨迹”3 。但是对于水草切割装置基于p r o e 的二次开发， 还没有相关的研究。 1 3 国内外水草切割装置的发展现状 近年来，关于沉水植物收割机械与沉水植物收割工程的研究随着水体富营养化 的加剧越来越受到世界各国的重视。加拿大1 9 8 9 年推出一种小型沉水植物收割机械 采用前置式切割架、侧置式驱动明轮与全液压传动系统，用于在河道和小型湖泊内 清除沉水植物。日本、俄罗斯、德国等都有一些沉水植物收割机械在使用，其中最 大割幅4 5 m 4 1 。国内沉水植物收割机械主要是内蒙古农业大学研制的9 g s c c 一1 4 型水草收割机，已在内蒙古哈素海、天津市水上公园、天津市尔王庄水库、北京市 京密引水河道等水域试验应用，我国较大规模收割沉水植物进行生态治理的工程正 在内蒙古乌梁素海实施。 图1切割装置 内蒙古农业大学硕士论文 3 切割装置是水草收割机的主要工作部件之一( 如图1 ) ，它主要有定刀组、动刀 组、压刃器、拨叉、摆杆、曲柄连杆组等组成。从切割器的形式分，有采用往复式 割刀，也有绳索做切割器，割副大于2 米；从切割器位置分，有前置式、后置式、 侧置式三种；9 g s c c 一1 4 型水草收割机采用的前置式往复式割刀的切割装置嘲。它是 水草收割机的重要组成部分，作业对象为沉水植物，并且割刀在水下工作，决定了 其结构、功能和理论规律的复杂性，那么对它进行特征建模及运动仿真就显得尤为 重要。 1 4 本研究课题的意义 随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，其应用领域在日益扩展，已 使工程设计业和制造业发生了深刻的变化，这一点在产品的结构设计方面表现的尤 为显著。三维造型技术、参数设计技术和数字化制造技术等新概念、新方法已渗透 到传统的结构设计中，并发挥出前所未有的作用，推动了工程设计技术的发展。面 对不可预测、持续发展快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性， 企业能够对市场需求的变化做出快速敏捷的反应，并及时的对自身的生产做出合理 的调整与重新规划。为了解决这个问题我们必须对产品在计算机上进行模型化和运 动仿真，它能够在虚拟的状态下设计、制造、测试和分析产品，有效的解决那些在时 间、成本、质量等方面存在的问题。 先进制造技术的重要发展方向之一是数字化，数字化技术是指利用计算机软 ( 硬) 件及网络、通信技术，对描述对象进行数字定义、建模、存贮、处理、传递、 分析、综合优化，从而达到精确描述和科学决策的过程和方法。与传统制造技术相 比，数字化制造技术的核心是建模与仿真技术。在数字化制造中，利用建模技术建 立与物理样机相似的数字化模型，并对该模型进行仿真、实验、评估和优化“，从 而达到提高产品质量和缩短研制周期以及实现从传统制造向可预测制造转变的目 的。在产品数字化建模中，特征是十分重要的概念，由于特征包含丰富语义，在设 计时考虑了加工、装配、维修等问题，因而从设计方法学的角度看，它体现了并行 性和集成性。 p r o e n g i n e e r 软件的通用性很强，但它在具体应用时不能直接处理特定的产 品。尤其是对于水草切割装置，需要在水下工作，并且结构布局也比较复杂。基于 这一点，为了使p r o e n g i n e e r 软件能够在这种特定产品设计中最大限度地发挥潜 力，就需要对p r o e n g i n e e r 进行二次开发。 1 5 本课题研究的内容 水草切割装置作为水草收割机械的主要部件之一，由于其工作环境的特殊性， 对它的开发研究和试制提出了更高的要求，为了解决这个问题，我们必须对它进行 数字化制造，即特征建模和仿真。p r o e 这个大型的绘图软件可以实现这一过程， 4 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 但是p r o e 在优化和友好界面的开发上还存在着一些缺陷，为此我们利用v b 编制 了切割装置的优化系统，并且利用c 语言和p r o t o o l k i t 对p r o e 进行二次开发， 很好的实现人机对话，为产品的系列开发和快速生产提供了必要的保障。 本课题研究的主要内容为： ( 1 ) 基于p r o e 二次开发技术在9 g s c c - 1 4 h 型水草收割机切割装置建模和仿 真中的应用，解决了利用c 语言和p r o t o o l k i t 对p r 0 e 二次开发的基本步骤和源 文件的编写、可执行文件的生成、注册和运行的关键技术。 ( 2 ) 运用p r o e 提供的二次开发工具p r o g r a m 、f a m i l yt a b 分别对切割装置的 非标准件和标准件进行特征建模和建库。 ( 3 ) 利用v b 编制了切割装置的优化系统，在保证工作效率最高的前提下，利 用进退法进行初始区间的确定，然后利用黄金分割法进行一维搜索，利用变量轮换 法进行二维搜索，运用外点惩罚函数法对工作速度、曲柄转速、刀具进距进行优化， 并通过切割图进行验证其切割性能。 ( 4 ) 在特征模型中输入合适的参数，并通过参数化驱动生成所需的三维立体图， 根据自顶向下的设想对切割装置各部件进行自动装配，并在一定的伺服驱动下按照 给定的规律进行运动仿真，输出各部件及总体结构的二维工程图。 2 水草切割装置开发工具的选择 2 1p r o e n gin e e r 系统的简介 p r o e n g i n e e r 是当今世界上应用最为广泛的高档c a d 软件之一。由于它强 大的功能、全参数化的设计，被广泛应用于机械、汽车、航天、电子和工程机械等 行业中，在我国p r o e n g i n e e r 同样得到了广泛的应用。另外，p r o e n g i n e e r 是 一个高级的3 d 绘图软件，2 d 绘图软件与3 d 绘图软件不同的地方在于，2 d 绘图软 件无法绘制逼真的模型，因此使用2 d 绘图软件来绘制立体的模型就好比用手工的 方式来塑造模型，无法将产品精确的参数化以符合产品的规格。在众多的3 d 软件 中，p r o e n g i n e e r 产品开发环境之所以受到多数厂商的青睐，就在于它能够支持 同步工程。通过p r o 厄n g i n e e r 及其相关软件p r o d e s i g n e 、p r o m e c h a n i c a ， 用户可同时综合工业设计、机械设计、功能仿真和加主制造等功能，缩短产品开发 的时间和流程“。 2 2p r o e n gn e e r 系统特性 2 2 1 全相关性 全相关性是指所用的p r o e n g i n e e r 的功能都互相关联。也就是说，在开发过 程中，用户任何时候所做的变更，都会扩展到整个设计中，自动更新所有的工程文 件，如部件、工程图和加工信息等。 内蒙古农业大学硕士论文 5 2 22 基于特征的参数化建模 p r 0 e n 咖e r 系统以智能特征作为产品几何造型的构造基础。这些特征都是 常用的具有一定机械功能的机械构件，内含与其环境相关的知识，且构件可以根据 用户预期的方式更改。装配、加工、制造及其他领域，都使用最适合该领域的特征。 产品开发时，将参数指定给这些特征，接着修改这些参数，以便轻松地开发多种设 计方案。 2 2 3 数据管理 为了在最短的时间内完成最多的开发工作，必须允许多位工程师同时处理一件 产品。p r o e n g i n e e r 数据管理功能可以管理并行工程所要求的并行作业程序，并 通过全相关性达到并行工程的目的。 2 2 4 装配管理 p r o e n g i n e e r 能够让用户使用匹配、插入、对齐等直觉式指令，轻松的装 配零部件，达到设计目的。而高级的功能则支持大型复杂部件的创建与管理，并 且零件的数目不受限制。 2 25 工程数据库的再利用 工程数据再利用就是为了达到大幅度提高生产力、降低成本的目的，而以标准、 公认的设计作为新产品设计的基础，它能够让用户快速的开发整个产品系列。 2 3 开发工具的选择 美国p t c 公司开发的p r o e n g i n e e r ( 简称p r o e ) 软件之所以得到广泛应用，不仅 是因为它成熟的参数化技术，更重要的是它具有开放的体系结构和优秀的二次开发 工具。p r o e 允许用户和开发者对其进行扩充和修改。本系统以p r o e 为支撑平台， 应用p r o t o o l k i t 工具包和c 语言来开发，将用户应用程序编译成可执行文件( e x e 文 件) ，在p r o e 环境下加载运行。这样既利用了p r o e 强大的开发功能，又利用了c 语言 编程效率高的优势。 在p m 厄n g i n e e r 中提供了多种二次开发的工具，常用的包括：f a m i l y t a b ( 族表) 、p r o g r a m ( 程序) 、u d f ( 用户定义特征) 和p r o t o o l k i t 等。这些工具 都可进行快速的二次开发，使用时应根据开发功能的难易程度、设计人员的素质高 低和产品的结构特点综合考虑选取。鉴于该系统在p r o e n g i n e e r 环境中定制了大 量用户化命令，需要与它低层的数据库信息进行大量交互，完成较复杂的操作，因 此，选择了通过f a m i l y t a b 对标准件进行建立数据库，而对非标准的主要部件通 过p r o g r a m 进行参数化建模同时利用p r o t o o l k i t 工具包作为开发工具“。 p r o f f o o l t 是p r o 】i n g i n e e r 软件系统提供的完全基于c 语言的用户化工 6 基于p r 0 e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 具箱，也称为用户接口( a p i ) ，它提供了大量的c 语言库函数，能够使外部应用程序 ( 客户应用程序) 安全有效地访问p r o e n g i n e e r 数据库和应用程序“。并且通过c 语言编程及应用程序与p r o e n g i n i 狙r 系统的无缝集成，客户和第三方能够在p r o e 系统中添加所需的功能，并借助第三方编译环境进行调试。虽然利用v b 也可以对 其进行开发，但是过程比较复杂，必须通过专用软件a u t o m a t i o ng a t e w a y 才可以 实现p r o e n g i n e e r 任务、创建用户界面、完全实现自动设计任务。 3 开发方案设计形式的选择与确定 对p r o 但n g 矾e e r 的二次开发，方法有两种：一种是全部通过弹出式对话框进 行全流程设计，另一中是通过模式菜单进行全流程设计流程。 3 1 弹出式对话框设计 通过c 语言进行编程，编制主对话框( 如图2 ) 和各子对话框的程序，并在d o s 系 统下通过p r o d i a l o gv i e w 进行预览，以确保程序的准确性，然后在p r o e 的界面下 通过p r o g r a m e 编程对相应的零件进行特征建模，必须保证对话框设计和特征建模当 中所用到参数的致性“，以便于互相能够方便的调用，然后在通过c 语言建立接 口程序，使得在p r o e 界面下能够很方便的调用主对话框，只要从图像中选择所需 的零件，点击即可弹出子对话框，输入合适的参数，生成自己所需的三维模型。然 后对各个零件进行分析，按照运动规律进行自动装配生成总体装配图，并对其进行 干涉检验，如果符合设计要求，在一定条件下进行运动仿真，使得切割装置整个运 动过程及其相互位置关系能够形象、直观的反映到屏幕上。 图2主对话框 内蒙古农业大学硕士论文 7 对于这种开发方案，存在着以下弊端，就是在p r o e 界面下调用任何一个子对话 框，输入所需的参数后，可以很方便的生成三维立体模型，但是对模型进行分析时， 必须要求关闭主对话框，这样一来，每调用一次子对话框，必须重新连接主对话框， 使得设计变得很不流畅。为了避免这种情况，我们采取第二种开发方案来进行开发。 3 2 模式菜单设计 在p r o e 的界面下通过p r o g r a m e 编程对相应的零件进行特征建模，必须保证对 话框设计和特征建模当中所用到参数的一致性，以便于互相能够方便的调用，通过 c 语言进行编程，编制主菜单值日图3 ) 和各子对话框的程序，并在d o s 系统下通过 p r o d i a l o g进行预览，以确保程序的准确性，然后在通过c语言建立接程序，view 1 ：3 使得在p r o e 界面下能够很方便的调用各个菜单，点击任何一个子菜单，即会弹出 一个对应的对话框，输入合适的参数，生成自己所需的三维模型，然后对各个零件 进行分析，按照运动规律进行自动装配生成总体装配图，并对其进行干涉检验，如 果符合设计要求，在一定条件下进行运动仿真，使得切割装置整个运动过程及其相 互位置关系能够形象、直观的反映到屏幕上。 对于这种设计方案，可以很流畅的进行设计，提高了设计效率，主菜单具有很好 的收缩性，点击任何一个子菜单，主菜单自动收回，这样就可以很方便在p r o e 界面 下进行分析。具体的开发工程，下面将会进行详细的分析。 图3主菜单 8 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 4 基于p r o t o o l k i t 开发的基本过程 4 1 编写源文件 源文件包括三种类型：菜单文件、窗口信息文件和c 程序。菜单文件分为完整菜 单( 以衄u 为后缀名) 和辅助菜单( 以a u x 为后缀名) 。完整菜单是指独立于p r o e 原有菜 单，并且具有完整结构的菜单。辅助菜单是指在p r o e 原有菜单中添加的菜单按钮。 这个按钮的名有p r o e 菜单的补充。窗口信息文件是含有在调用某些需要人机交互的 函数时在屏幕上显示的提示信息。它是以t x t 为后缀的文本文档。它是由若干个 构成，每个信息提示组由 、 和两行 构成。c 程序文件包含了用户定义的菜单内容与菜单动作。在定义动作函数时 可以调用本身的p r o t o o l k i t 函数，也可以调用用户自定义函数。为了将菜单文件 载入，需要在c 文件中完成菜单调入、菜单注册和菜单动作定义三个步骤“。 4 2 生成可执行文件 首先需要制作一个m a k e f i l e 工程文件，开发人员可由p r o e 自带的m a k e f i l e 修 改得到。这个文件包含了生成可执行文件或动态链接库的名称、库文件与包含文件 的位置、源文件位置等信息。p r o e 为应用程序提供两种工作模式：同步模式和异步 模式，由于后者使用复杂而很少使用。前者又分为s p a w n ( 多进程模式) 或d l1 ( 动态链 接库模式) 。根据工作模式不同，编译时的生成文件也不同。若采用s p a w n 模式工作， 必须将源文件编译生成e x e 文件：若用d l l 模式工作，将把源文件生成动态链接库。名 称不能与p r o e 中的菜单按钮同名，它是对原有p r o e 菜单的补充。 4 3 可执行文件在p r o e 中注册并运行 要使p r o t o o l k i t 应用程序在p r o e 中运行，首先要制作一个名为p r o t k d a t 的注 册文件。它的形式如下： n a m e 应用程序名称； s t a r t u p ： ：作模式s p a w n 或d ll ； e x e c f i l e 生成的可执行文件或动态链接库的位置； t e x t d i r 菜单文件和窗口信息文件位置； r e v i s i o n 所使用的p r o e 版本号； e n d 结束。 如果注册文件在p r o e 的启动目录下，应用程序将在启动p r o e 时自动注册：如果 注册文件不在p r o e 的启动目录下，可以在启动p r o e 之后，由u t i l i t i e s 菜单下选项 a u x i l i a r ya p p l i c a t i o n s 命令，然后在对话框中选取r e g i s t e r 进行注册p r o t o o l k i t 应用程序在p r o e 中注册成功后就可以运行了。 内蒙古农业大学硕士论文 9 5 水草切割装置总体设计 5 1 水草切割装置总体设计流程 系统采用自顶向下的设计模式( 如图4 ) ，总系统由定刀组、动刀组、压刃器、 拨叉、曲柄组等组成。首先根据总体设计任务书对切割装置的主要参数进行优化， 然后通过切割图来验证优化结果。根据优化结果从资料库中提取各部分需要的零件 模型，通过系统提供的变形设计方法完成参数驱动，建立新的零件，然后结合总体 设计规划的要求完成子系统自动装配生成整体模型，最后通过p r o e n g i n e e r 专用模 块对装配体在静态和动态两种情况下进行干涉检查“”，然后给动力部分旌加一个伺 服电机，使其按照给定的运动规律进行仿真运动，输出各部分和总体的二维工程图。 图4总体设计流程图 5 2 特征建模 5 2l 特征建模的概念及优点 5 2 1 1 特征建模的概念 特征建模是以约束来表达产品模型的形状特征，阻一组参数来控制设计结果，从 而能通过变换一组参数值，方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手 段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的 l o 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 主参数以及各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只要输 入几个参数就可生成所要求的模型“。尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思 想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在 编程时输入或交互式输入，从而生成用户的模型。 5 2 1 2 特征建模的优点 1 ) 特征建模以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计、产品建模和 修改系列产品设计提供了有效的手段。 2 ) 可以满足设计具有相同或相近几何拓扑结构的工程系列产品及相关工艺装 备需要。 p r o e n g i n e e r 系统最典型的特点是特征建模，体现特征建模除使用尺寸参数控 制模型外，还在尺寸之间建立数学关系式，使其保持始终相对的大小、位置或约束条 件。在零件模式下，系统允许建立特征之问的关系式，使得零件中的不同特征产生关 联，此时创建的参数关系式成为零件关系式“。同时在零件与装配模式中，系统还允 许在阵列特征或阵列元件间建立参数关系式。 5 2 2 非标准件的特征建模 水草切割装置是定型产品，此种产品的系列化、通用化程度很高。进行这些产 品设计所采用的数学模型及产品的结构都是固定不变的，所不同的只是产品的结构 及其尺寸不同，而结构及其尺寸的差异是由于相同数目类型的已知条件在不同规格 的产品设计中取不同的值造成的。对于这类产品，可以将已知条件和其他的随产 品规格而变化的基本参数用相应的变量代替，然后根据已知条件和基本参数，由计 算机自动查询图形数据库，或由相应的软件计算出绘图所需的全部数据，由专门的 绘图生成软件在屏幕上自动设计出图形o “，其工作原理如图5 所示。 图5参数化设计工作原理 内蒙古农业大学硕士论文 1 1 5 2 2 1 对支架进行建模：综合支架的结构特征，选取其主要特征底板的孔径、支架的 孔径、支架长度、支架的相对高度通过p r o g r a m 程序进行特征建模，其程序为： v e r s i o n2 0 r e v n u m1 0 0 3 零件z h i j i a 的列表 i n p u t d i b a n h o l en u 佃e r ”请输入底板的孔径：” z h i j i a h o l en i n b e r ”请输入支架的孔径：” x h i j i a l o n gn 1 m b e r ”请输入支架长度：” x i a n g d u i h i g hn u m b e r ”请输入支架的相对高度：” e n di n p u t r e l a t l 0 n s d 5 6 = d i b a n h o l e d 3 8 = z h i j i a h o l e d 1 0 3 = z h i j l a l o n f i d 9 5 = x i a n g d u i h i g h e n dr e l a t i o n s 根据提示输入对应的特征值，即可得到所需要的模型( 如图6 ) ： 5 2 3 标准件的建库： 圈6支架模型 基于p r o i ：的水草切割装置特征建模及运动仿真 在建立标推件库之前，首先对p r o e n g i n e e r 的f a m i l yt a b l e ( 族表) 有个认 识。f a m i l yt a b l e 是p r o e n g i n e e r 提供的一个非常实用的功能，将具有共同特性 的产品( 零件、装配) 用f a m i l yt a b l e 这个功能组织在一起，组成一个产品家族。 在这个产品家族内，各个产品之间有很多共同点，但是每个产品又有它的特点。这 种情况是实际工程中常见的问题，p r o e n g i n e e r 的f a m i l yt a b l e ( 族表) 提供一个 功能强大、管理有效、使用方便的工具和方法解决了这个问题o “。 在切割装置中，我们考虑到紧固件螺栓和螺母的通用性，故对其进行建库； ( 1 ) 螺母的建库： 按名称搜寻( 如图7 ) ： 按参数搜寻( 如图8 ) 图7螺母名称列表 图8螺母参数列表 内蒙古农业大学硕士论文 1 3 5 3 菜单的开发 5 3 1 模式菜单 加载模式菜单需要编写菜单文件，模式菜单的菜单文件分为完整菜单文件( 以 m u 为后缀名) 和辅助菜单文件( 以a u x 为后缀名) 。完整菜单是指可独立于p r o e 原有 菜单并且具有完整结构的菜单。辅助菜单是向p r o e n g i n e e r 原有的菜单中添加菜单 按钮，是对p r o e n g i n e e r 原有菜单的补充。无论是完整菜单还是辅助菜单都需要编 写菜单文件，而且这两种菜单文件的语法结构是相同的“。在开发时，一般将编写的 菜单文件存放在注册文件关键字t e x t d i r 所定义的目录下的t e x t m e n u s 文件夹中。菜 单文件的具体形式为： 菜单标题组 菜单 命令组 其中菜单标题作为显示在菜单顶部的名称，非常重要。在菜单文件的注册及向该菜单 添加按钮时都需要将其作为参数输入到相应的函数中。因此，如果是完整菜单其标 题必须与p r o e n g i n e e r 中原有的菜单标题不同，防止发生冲突。但如果是辅助菜单， 由于它是向原有菜单添加按钮，其菜单文件的标题必须是己存在的菜单标题。菜单命 令的名称显示在屏幕的菜单中，在向菜单添加按钮时需要在函数中引用。如果菜单命 令的名称中出现空格则空格后的内容会显示在菜单中，如果需要空格以# 代替。 完整的菜单结构模式： u s e r 0 s o s # # 切割装置设计系统 切割装置设计系统 # # 切割装置设计 1 4 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 切割装置设计 # # 设计切割装置 设计切割装置 # # 动刀梁设计 动刀梁设计 # # 设计动刀梁。 设计动刀梁。 # # 标准螺栓设计 标准螺栓设计 # # 设计标准螺栓。 设计标准螺栓。 # # 切割装置装配设计 切割装置装配设计 # # 设计装配好的切割装置组件。 设计装配好的切割装置组件。 # # 系统帮助 系统帮助 # 内蒙古农业大学硕士论文 1 5 # 关于本系统的帮助。 关于本系统的帮助。 # # 刀片组件库 刀片组件库 # # 本系统建好的刀片组件。 本系统建好的刀片组件。 # # 定刀梁设计 定刀梁设计 # # 设计定刀梁。 设计定刀梁。 # # 拨叉设计 拨叉设计 # # 设计拨叉。 设计拨又。 # # 支架设计 支架设计 # # 设计支架。 设计支架。 1 6 基于p r o e 的水草切割装置特征建模及运动仿真 # # 偏心轮设计 偏心轮设计 # # 设计偏心轮。 设计偏心轮。 # # 取消 取消 # # 取消。 取消。 # # 5 32 全局菜单 p r o e n g l n e e r 的全局菜单的菜单栏( m e n ub a r ) 包含有很多菜单( m e n ub a rm e n u ) 这些菜单又是由按钮或子菜单组成。所以，我们可以向菜单栏中添加菜单，也可以向 菜单中添加按钮或子菜单。 5 3 2 1 向菜单( m e n ub a rm e n u ) 中添加按钮 向菜单中添加按钮，在应用程序中需要做如下几步： ( 1 ) 按钮定义命令操作，这些命令即在我们通常所说的回调函数中进行定义。 ( 2 ) 向菜单中添加此按钮。按钮与命令的绑定是通过命令标识符( c o m m a n di d ) 实现的。在定义命令的回调函数时需要调用p r o t o o l k i t 的函数p r o c m d a c t i o n a d d 0 ， 该函数返回输出一个类型为u i c m d c m d l d 的命令标识符，在向菜单中添加按钮时，例如 添加一个p u s h b u t t o n ，就需要调用p r o m e n u b a r m e n u p u s h b u t t o n h d d ( ) 函数，而这时就 要将上一步得到的命令标识符作为参数输入到函数中o “。 5 3 2 2 向菜单栏中添加菜单及向菜单中添加子菜单 向菜单栏中添加菜单以及向菜单中添加子菜单都同向菜单中添加按钮相似，在 内蒙古农业大学硕士论文 ” 调用相应的函数中都需要输入类型为p r o m e n u i t e m n a m e 的参数，这些参数主要用来确 定父菜单的名称，添加的菜单或按钮的名称或与其相临的菜单或按钮的名称。这些参 数的确定可通过查找p r o e n g i n e e r 的记录文件( t r a i lf i l e ) 得到。 5 4g 语言程序与p r o e 连接 5 4 1 编写源文件 包括资源文件和程序文件。资源文件包括菜单资源文件、窗口、信息资源文件 和对话框资源文件等。程序资源文件是用c 语言程序，是整个p r o t o o l k i t 程序开发 的核心部分。从功能上分，程序设计的主要工作体现在两个方面：一是按p r o t o o l k i t 应用程序在p r o e n g i n e e r 环境运行的要求设计接口程序和应用程序运行结束时的终 止程序；二是根据功能需求设计p r o t o o l k i t 应用程序主体部分。前者是系统所要求 的初始化部分和终止部分，后者是完成应用程序预定功能的个或多个c p p 源程。” p r o t o o l k i t 用户界面的所有结构都是在一个后缀名为r e s 的被称为资源文件 的文件中定义的。开发时，一般将资源文件存放在注册文件关键字t e x t d i r 所定义路 径下的t e x t r e s o u r c e 文件夹中o “。应用程序通过调用资源文件来显示该交互界 面。资源文件主要描述了： ( 1 ) 对话框的所有属性。 ( 2 ) 对话框所包含的所有控件。 ( 3 ) 控件的自身属性及控件之间的相对位置。 ( 4 ) 当用户改变对话框的大小时，这些控件的变化规则。 资源文件是由一些声明组成，每一声明用一对圆括号括起来，其中包含了一个关 键字或对话框的名称或控件的属性，其后紧跟相应的一个或多个值或其他声明。资源 文件的起始声明一般为：d i a l o gd i a l o g _ n a m e ( o t h e rs t