（计算机应用技术专业论文）基于proengineer的建库技术与工具的研究.pdf

中文摘要 机械产品设计中，标准件、常用件以及一些相似零件在整个设计中占用很大 的比例。对于一些从事专门设备设计和生产的企业来说，开发适合用户自身需求 的专用零件库非常必要。本文基于p r o e n g i n e e r 软件，就标准件、常用件和特 殊零件的建库技术开展了研究，具体工作如下： 1 、应用p r o e n g i n e e r 提供的族表( f a m i l yt a b l e ) 功能，研究开发了机械 标准件库。首先在p r o e n g i n e e r 中建立标准件三维实体特征，设定标准件的标准 参数，然后应用族表功能将该标准件的不同型号参数值依次录入，创建不同零件 族表库，最后开发了相应的接口程序，实现了族表库的调用。 2 、对于类似齿轮这样的常用件，应用p r o e 中的p r o g r a m 和p r o e 提供的 二次开发工具p r o t o o l k i t 实现它的参数化。首先在p r o e 中创建了标准特征， 在生成的p r o g r a m 程序中修改和添加所需的参数，然后用p r o t o o l k i t 的u i 对 话框开发对应的对话框程序，最后开发了接口程序实现了对话框和参数间的交 互。 3 、对于类似轴这样的特殊零件，虽然外形简单，但轴肩个数不定，用尺寸 驱动很难实现一次成型，论文提出采用完全程序驱动来实现其参数化。用 p r o t o o l k i t 提供的特征描述法和v c + + 6 0 完成了整个开发，并实现了轴的参数 化设计。 论文的最后以齿轮油泵为例，分析了油泵中各类零件的特点，运用本文研 究提出的建库技术建立了齿轮油泵中对应的零件库，从而验证了各建库技术的简 捷可行性。 关键字：零件管理，特征描述法，参数化设计 a b s t r a c t i nt h em e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g n t h es t a n d a r dp a r t s , c o m m o np a r t s 勰w e l la s s o m es i m i l a rp a r t st a k eag r e a tp r o p o r t i o ni nt h ee n t i r ed e s i g n f o rt h es p e c i a l e q u i p m e n td e s i g na n dt h ep r o d u c t i o ne n t e r p r i s e ，i ti se x t r e m e l ye s s e n t i a lt oe x p l o r e t h ea p p r o p r i a t i v ep a r t sl i b r a r yt os u i tt h eu s e ro w nd e m a n d t h ep a p e rp u tt h eb u i l d i n g o ft h el i b r a r yo ft h es t a n d a r dp a r t s ，c o m m o np a r ta sw e l la ss o m es i m i l a rp a r t si n t o r e s e a r c h ，b a s e do nt h es o f t w a r eo f p r o e n g i n e e r t h ed e t a i l sa r ea sf o l l o w s ： 1 w i t hf a m i l yt a b l e , p r o v i d e db yp r o 厄n 画n r ，t oe x p l o r et h et e c h n i q u e s t a n d a r dl i b r a r y f i r s t l y , e s t a b l i s ht h e3 dc h a r a c t e ro fs t a n d a r dp a r t si np r o e n g i n e e r , s e tt h es t a n d a r dp a r a m e t e ro f s t a n d a r dp a r t s ，t h e ni n p u tt h ep a r a m e t e ro f s t a n d a r dp a r t s o f d i f f e r e n tt y p e sw i t ht h ef u n c t i o no f f a m i l yt a b l e ，e s t a b l i s ht h ef a m i l yt a b l el i b r a r y o fd i f f e r e n tp a r t s ，f i n a l l y , e x p l o r et h ec o u n t e r p a r ti n t e r f a c ep r o g r a m ，t h et r a n s f e ro f f a m i l yt a b l el i b r a r yi sa c h i e v e d 2 r e g a r d i n gt h ec o m m o np a r bl i k eg e a r , w i t ht h ep r o g r a mo fp r o e ，t h e s e c o n d a r ye x p l o r a t i o nt o o l ，s h o u l db eu s e dt oa c h i e v ei t sp a r a m e t e r i z a t i o n f i r s t l y , e s t a b l i s ht h es t a n d a r dc h a r a c t e ri np r o e ，m o d i f ya n da d dt h ep a r a m e t e ri nn e e di nt h e c r e a t e dp r o g r a m ，t h e ne x p l o r et h ec o u n t e r p a r td i a l o g u eb o xw i t ht h eu id i a l o g u eb o x o f p r o t o o l k i t , f i n a l l y , t h ea l t e r n a t i o nb e t w e e nt h ed i a l o g u eb o xa n dt h ep a r a m e t e r i sa c h i e v e dw i t ht h ee x p l o r e di n t e r f a c ep r o g r a m 3 a sf o rs o m ep e c u l i a rp a r t sl i k ea x i s ，a l t h o u g ht h ec o n t o u ri s s i m p l e ，t h e n u m b e ro ft h es h o u l d e r sc a n n o tb ec o n f i r m e d ；i ti sd i f f i c u l tt os h a p eo n e - o f fw i t ht h e s i z ed r i v i n g t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h em e t h o do fu t i l i z i n gt h ed r i v i n gp r o g r a mt o h a v et h e mp a r a m e t e r i z e d w i t ht h ed e s c r i p t i o nm e t h o do fp r o t o o l k i tt oa c h i e v e t h em o d e lb u i l d i n go ft h ep a r t s ，c o m p l e t et h ew h o l ep r o g r a md e s i g n i n go fm o d e l b u i l d i n gi nt h ee n v i r o n m e n to f v c + + 6 0c o m b i n e dw i t ht h em f cp r o v i d e db yv c 付 t oc o m p l e t et h ep a r a m e t e r i z a t i o nd e s i g no f t h ea x i s k e yw o r d s ：p a r t sm a n a g e m e n t ，f e a t u r ed e s c r i p t i o nm e t h o d ，p a r a m e t e r i z a t i o nd e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘盗盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：复1 名 棠 签字日期： 劲，铒月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：友1 镶 签字日期：础月3 日 导师签名： 签字日期：冽莎年7 月乡e t 第一章绪论 1 1c a d 技术的发展概况 1 1 1c a d 技术发展概况 第一章绪论 c a d 技术是当代最杰出的工程技术成就之一。它从根本上改变了过去的手工 绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式，将旧的技术管理方式变 为在计算机上交互设计产品，用数据文件发送产品定义，在统一的数字化产品模 型下进行设计打样、分析计算、性能仿真、工艺规划、工艺装备设计、数控加工、 质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等。 c a d 技术在工程设计和制造中的广泛应用，使得产品的设计与制造周期不断 缩短m ，产品质量不断提高，产品样式不断地快速更新，大大提高了产品的市场 竞争能力，同时也推动了c a d 技术不断地完善与提高。c a d 技术已经成为提高生 产力的一个重要手段，受到世界各国工业和科学研究部门的高度重视。它的发展 和应用水平已经成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之 一。 随着计算机集成制造( c i m ) 、并行工程( c e ) 、敏捷制造( a m ) 等先进制造 理念的出现和实施，制造业越来越强调在整个产品生命周期内对产品及产品数据 的集成和管理，强调面向制造的设计( d e s i g nf o rm a n u f a c t u r e ，d f m ) 、面向装 配的设计( d e s i g nf o ra s s e m b l y ，d f a ) 、面向分析的设计( d e s i g nf o r f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s ，d f f e a ) 等先进的设计方法学，这都给作为其核心技 术的c a d 的发展提出了新的要求。目前，计算机的性能价格比飞速提高，促使 c a d 技术的普及应用越来越广泛，越来越深入。c a d 技术正向着开放、集成、智 能化和标准化的方向发展n ，。 1 1 2 近年来机械产品c a d 系统设计研究的热点问题 随着科学技术的发展和生活水平的提高，顾客对产品的复杂程度和交货期的 要求越来越高，只有借助于现代化的设计手段和先进的设计方法才能满足这些要 求。因此，面向机械产品设计的c a d 系统研究的热点问题主要是： 1 支持的协同设计的c a d 系统 设计工作是一个典型的群体工作，群体成员既有分工，又有合作。因此群体 的工作由两个部分组成：一是个体工作，群体成员应完成的各自分工的任务；另 第一章绪论 一是协同工作，因为群体工作不可能分解为互相独立的个体工作，群体成员之间 存在相互关联的问题。因此，改变传统的作业方式，在并行工程方法指导下，采 用以i n t r a n e t 为基础、面向项目组的分布式协同工作方式，促进企业内部和企 业间的合作，加速产品开发过程中复杂信息的传递，缩短产品开发周期。 2 面向产品创新设计的c a d 技术 创新是产品设计的灵魂，如何利用c a d 技术来支持创新，已成为c a d 、c i m s 领域的一个研究焦点。目前只能提供一些启迪方法，如存入大量多媒体设计数据， 并通过网络方便地供设计人员查询，从而可能引导出意想不到的富有创新的设 计。又如利用c s c w 工具，通过直接讨论方式来相互启发，产生新的设计思想， 促进创新设计。提高企业创新能力。但需要强调的是：在产品设计过程中的创新， 不是源源不断地创造出新的零部件，而是如何利用现有的资源，创造出新的原理 和新的方法，实现新的功能。 3 提供建库工具 实践表明：尽管面向顾客的产品变化较快，但构成产品的零部件相对稳定。 据我国有关统计资料表明，每增加一个新零件，年平均费用增加2 0 0 0 - - 4 0 0 0 元 人民币；而另一份资料也显示，机械企业中按其零部件特性分类，约5 0 的零 部件属于标准件，其成本占1 0 ；通用件和相似件占4 0 0 0 ，成本占2 0 ；而 根据顾客要求设计的特殊零部件只占1 0 ，成本却占了7 0 。因此，对零部件 数量的控制，其意义不只是少出几张工程图，它节省了大量的费用，所以，在产 品设计中应尽量采用标准件。较为先进的c a d 系统应提供标准件和常用件的建 库工具，用户可以利用交互方式输入零件图形，然后由c a d 系统进行参数化设 计完成建库工作。同时，图库管理应利用成组技术和相似性原理，采用标准化技 术、模块化技术，建立标准化、模块化和系列化设计体系，改变传统产品结构， 充分利用现有的标准件和已有的零部件，进行新产品的设计，快速响应市场需求， 降低成本，提高质量n ，。 1 2 课题背景及问题提出 1 2 1 课题研究背景 现代技术的飞速发展，使得产品设计方法发生了根本的变化。c a d c a m 技 术的应用水平已成为一个国家现代化水平的重要标志，特别是c a d 三维设计技 术与c a m 技术的集成，极大地促进了产品设计理念和方式的变革。产品设计过 程是制造型企业立足市场，参与市场竞争的核心过程。随着经济一体化与产品市 场竞争全球化的的推进，制造业竞争已经走过了以价格、质量为主的时期，进入 第一章绪论 了对商业机遇快速响应的时代，传统产品设计过程已经无法快速适应市场的变化 和客户的需求，正逐步被先进的产品设计方法所取代。 参数化设计( p a r a m e t r i c ) ，也称作尺寸驱动( d i m e n s i o n d r i v e n ) 是c a d 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使c a d 系统具有交互式绘图功能，还具 有自动绘图的功能。目前它是c a d 技术应用领域内的一个重要的应用技术之一， 能否实现参数化已成为评价c a d 系统优劣的重要技术参数。1 。利用参数化设计手 段开发的专用产品设计系统，因为它符合现代c a d 中概念设计以及并行设计的思 想，设计开始工程设计人员会快捷草拟产品的零件图，通过对产品的形状及大小 的约束后精确工程图，同一系列产品的第二次设计可以通过直接修改第一次设计 来实现，设计参数不仅可以驱动设计结果，并且影响产品的整个开发周期，这样 可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速 度，并减少信息的存储量。除此以外，参数化设计还能使设计人员在设计的同时 实现参数化建库，为后续设计和新产品开发提供了极大的方便。有资料表明：目 前我国所有得航空设计所以及飞机主机生产厂均采用了先进的c a d 技术进行产 品设计，在新产品的开发与设计中，有8 0 的零、部件采用已有的设计模块， 使得设计时间、设计成本减少了5 0 ，分立零件、备件数量减少5 0 “1 。 有针对性的为用户提供预定义的标准件、常用件以及相似零件的建库工具， 使用户可以根据实际需要方便地建立和调用零件，以加快产品设计的速度，缩短 产品设计的周期，是今后c a d 发展的一种必然趋势。据统计表明，在一个产品中， 已有零部件、标准件的数量占6 0 以上，电子、航空航天和机械制造等行业， 其比例更高，因而零部件库和标准件库的建立被认为是一个国家制造业中最重要 的信息基础设施之一”1 。美国参数化公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ， 简称为p t c 公司) 提供的三维实体建模系统p r o e n g i n e e r ，从根本上改变7 机 械c a d c a e c a m 的传统概念，p t c 公司提出的这种单一数据库、参数化、基于特 征和完全关联的全新设计理念已经成为当今世界机械c a d c a e c a m 领域的新标 准。 随着p r o e n g i n e e r 这个企业化软件的应用普及，如何应用该软件创建适合 企业本身所需的零件库已成为一个讨论的热点问题，本文就该软件的功能，结合 不同零件的特点提供了便捷易学的建库工具，使企业设计人员能够快速的开发适 合自己的零件库。 1 2 2 目前常见c a d 系统零件库的研究现状 国外的c a d 技术发展较早，技术日趋成熟，应用日益广泛。在特征造型的 基础上，国外商品化c a d 系统以及提供用户自定义特征库( u d f ) 功能，这些均 第一章绪论 是针对单个零件设计而言，以基本特征为元特征构建常用的面向应用领域特征。 对部件乃至整个产品设计而言，大量使用标准件和典型零件，因此产品零件建库 显得非常重要，是评价c a d 系统的重要技术指标。世界各机械零件的标准均有 差异，目前国外c a d 系统还未有直接提供符合我国标准的产品零件库系统。国 内的c a d 系统大都是二维系统，部分系统提供了二维零件库，部分软件商基于 国外的系统开发三维零件库，由于系统开放程度不够，没有形成完整的技术体系 1 4 o 国外商品化c a d 系统的零件建库功能分析： 1 、u g ( u n i g r a p h i c s ) u g 是u g s 公司的一个通用的c a d c a e c a i i 软件，系统没有专门的零件模 块，但为用户提供了二次开发的工具。提供专用的g r i p 语言、由于c 语言兼 容的u s e rf u n c t i o n 、与集成界面完全统一的u s e rt o o l 等。利用这些工具， 用户可以开发出自己需要的应用模块。 2 、m d t 美国a u t o d e s k 公司的m d t 系统是微机平台参数化特征造型软件，是二维 绘图和三维造型一体化的系统。系统没有提供常用的标准件和通用件模块。但 m i ) t 的三维参数化实体造型功能为用户进行二次开发提供了条件。目前部分用户 已开始研究在m d t 系统上进行图形库功能模块的开发。 3 、i v e n t o r i v e n t o r 是美国a u t o d e s k 公司推出的自适应设计系统。与其它的基于特征 造型软件借助于脚本开发语言和“用户定义特征”的定制方法实现设计知识重用 不同，i v e n t o r 软件利用“设计元素( d e s i g ne l e m e n t ) ”，而不需开发定制软件 就可以实现用户化和知识重用。比脚本或宏定义更好的是，设计元素是自定义对 象，可以被任何用户定义。由于自动生成向导驱动式的界面，所以用户只需要定 义特定的尺寸和参数；规定有关的数值定义范围和输入类型，就可以实现知识重 用。 4 、s o l i d e d g e s o l i d e d g e 作为u g 公司的中档产品，提供了简单的建立图形库的工具，建 立特征库的能力较弱，库管理功能十分欠缺，只有简单的文件管理功能。 5 、s o li d w o r k s o l i d w o r k 作为新一代基于w i n d o w s 平台的中档c a d 系统，系统提供库特 征创建功能，不需要专用的开发语言，同时能对库进行创建、修改、删除等编辑 功能。载入库特征时，只需拖动特征到所需的大概位置，然后通过修改特征中的 所有定位尺寸来精确放置。 第一章绪论 6 、i - d e a sm a s t e rs e r i e s i d e a sm a s t e rs e r i e s ( i d e a sm s ) 是s d r c 公司推出的机械工程c a d c a m 软件，相对于参数化技术，s d r c 以变量化技术给设计者提供了更大的方便性和 创造空间。i - d e a s m s 为用户提供了特征库与标准件库等建库工具。其中d e s i g n 模块中的c a t a l o g - f e a t u r e 提供给用户自定义特征库的功能，利用 c a t a l o g - s e c t i o n 存取界面图形。i d e a s 软件中的c a t a l o g 模块为用户提供了 标准件零件库的建立工具。利用i d e a s 软件中的l i b r a r y 存放非标零件库。 利用i d e a sd r a f t i n g 模块中的s y m b o l 和p r o g r a m 语言编制工程图纸和2 d 机械标准零件库。利用i d e a s 软件中的r e l a t i o nd a t am a n a g e m e n t 建立参数 数据库。但各库之间的数据传输、数据流向、双向关联则需要利用i d e a sm a c r o 语言编写接口与管理程序。 7 、p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 是p t c 公司推出的高档c a d c a m 系统，系统特征库分两类： 从属特征库直接从源模型中获得需要的数据，源模型中尺寸值的改变直接影响到 库的相关数据，而且要求库与源模型同时存在。优点在于节约磁盘存储空间；独 立特征库从源模型中拷贝需要的数据到库模型，源模型与库模型各自独立存在， 互不相关，改变其中一个，另一个并不随之变动。缺点是需要较多的存储空间。 表1 - 1 常用c a d 软件标准件库功能比较 系统 名称 零件建库功能比较 标准开发开发难易使用库特库管 件库工具语言程度 性征理 u g i i无 有 c g r i p难较差无无 m d t 无有 c 较难差无 无 i v e n t o r无 有 c 较难差有 无 s o l id e d g e 无 有 c 难差有无 s o li d w o r k无 有 c 较难差有 无 c p r o e n g i n e e r无有 p r o g r a m 难 差有 无 p r o t o o l k it i - d e a s m a s t e r 有有p r o g r a m 难差有无 s e r i e s c a t i a 无有 c 难差有无 第一章绪论 8 、c r i a c a t i a 软件是由法国d a s s a u l t 宇航公司从七十年代开始开发，c a t i a 在汽 车给汽车、航空航天领域的统治地位不断增强，同时，c a t i a 也大量进入其他行 业，如机车制造、通用机械、家电、船舶等。c a t i a 创建零件的方法与p r o e 类 似，p r o e 提供库文件管理产品存放、检索和几何部件，以备在c a t i a 模型中 的重复使用。部件制造商可能希望与其他客户共享他们库的拷贝。此库的存在促 使客户在总装时使用制造商的部件。 将上述商品化系统在产品建库方面功能，进行分析、归纳、总结，见表卜1 。 1 3 相关文献综述 文献”1 论述了c a d 技术的应用目前已经从传统的二维绘图逐步向三维设计过 渡。从实现制造业信息化的角度来说，产品的三维模型可以更完整地定义和描述 设计及制造信息。在产品设计和开发过程中，零部件的标准化、通用化和系列化 是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径，而基于三维c a d 系统的参 数化设计与二维绘图相比更能够满足制造信息化的要求。并以以u g n x 为支撑平 台，介绍了三维参数化建模的基本思想和实现方法，结合实例分析了三维零件参 数化模型的建立步骤，并创建立一个简单的零件库。 文献。一论述了在装配设计中，要用到数目众多的标准件，如螺栓、螺母、键、 轴承，齿轮等，但现有的大部分c a d 软件本身不带有国家标准零件库，在用到标 准件时需要设计人员重新建模，造成了时间和精力上的浪费。基于这种情况，论 文利用s o l i d w o r k s 软件提供的a p i 接口，开发了对应的标准件，为装配设计提 供了方便。 文献“”论述了冲压模具c a d c a e c a m 一体化系统研究对制造业的发展起着 至关重要的作用，c a d 技术越来越广泛而深入地运用在制造业的各个方面。与此 同时目前工程设计中所出现的大量重复性劳动和反复的工程计算，已经逐步成为 各个工程设计中的常见问题。实践证明，三维设计是c a d 应用发展的必然趋势， 为了更有效发挥c a d 系统的作用，必须对系统进行二次开发，对其进行零件标准 化，部件通用化，以及典型零件参数化，实现c a d c a e c a i 系统的专业化和用户 化。 文献1 论述了2 1 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔 性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计周期及制造周 期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。具体 表现出以下几个特征：标准化、集成化技术、智能化技术、网络技术的应用、多 第一章绪论 学科多功能综合产品设计技术、逆向工程技术的应用以及快速成形技术。其中标 准化是指c a d c a l i 系统可建立标准零件数据库、非标准零件数据库和模具参数数 据库。标准零件库中的零件在c a d 设计中可以随时调用，并采用g t ( 成组技术) 生 产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同。但利用系统自身 的建模技术可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型模具结构库是在参数 化设计的基础上实现的，按用户要求对相似模具结构进行修改，即可生成所需要 的结构。 在零件库开发方面v 6 h a s k a d b i “”针对现有c a d 系统中标准零件库，提出 了基于i s 0 1 3 5 8 4 标准建立零件库的思想。h l o o p 和e 1 l a u s e l e 描述了开发 标准件c a d 库的不同阶段，并通过在欧洲商用汽车制造i v e v c o 公司的实践证 明了建立c a d 标准零件库的必要性“”。在上述理论研究的同时，国内外在零件 库开发与应用方面都进行了一些尝试，如m a s i n l u t 公司开发了标准零件库系统 o b li s k ，日本c o j n e s 公司开发了基于i s 0 1 3 5 8 4 “”国际标准零件库管理原型系 统的c o o ls t a p l e 。王平“”等人从实现零件供应商到产品制造工厂的信息集成出 发，论述并讨论了基于标准件的数据接口的标准件信息系统及其应用。 针对p r o e n g n e e r 软件，文献“”论述了零件库的建立方法，分析了每种方 法的优缺点，提出了适用范围；文献“”介绍了在p r o e n g i n e e r2 0 0 1 环境下运 用零件簇( f a m i l yt a b ) 建立标准零件库的方法和技巧；文献“”介绍了在 p r o e n g i n e e r 环境下运用u d f 建立零件局部结构库的方法和技巧；文献“”1 研 究了基于p r o e 的二次开发技术，介绍了二次开发工具p r o t o o l k i t 的应用技 术，探讨利用p r o t o o l k i t 和v i s u a lc + + 工具相结合，开发组合式空调机组c a d 参数化三维造型系统的方法。 ， 综合国内外零件库的研究现状可看出：1 ) 在零件库的理论研究上，国外已 经有了一定的进展，而国内基于i s 0 1 3 5 8 4 国际标准的零件库理论的研究大多数 处于概念及其基本原理的探讨阶段。2 ) 在零件库的系统开发上，国内外大体上 仍停留在标准件库的开发及应用阶段。基于3 d 的零件库设计方面的研究，尚处 于起步阶段”。3 ) 针对特定地c a d 软件，零件库的开发方法较多，但缺少针对 性，即对特定的零件应用特定的方法研究较少，造成零件建库的盲目性，一方面 不便于用户掌握，另一方面造成零件库的管理和调用变得复杂。 1 4 课题来源及其研究的目的和意义 1 4 1 课题来源 本课题是在导师推荐下，并结合自己在给企业员工进行p r o e n g i n e e r 软件 培训时，企业的调研和实际需求中提出的。 第一章绪论 1 4 2 研究的目的和意义 在市场竞争日益激烈的今天，能否在最短的时间内，以最低的成本向客户提 供满意质量的产品已成为影响企业生存和发展的重要问题。应用计算机辅助软件 进行产品的设计和开发，已成为机械、建筑等行业的一种时尚，但是熟练应用自 己所需的辅助软件，并能利用其建立本单位所需专业通用的零件库，对设计技术 人员来说变得越来越重要了，因为通用零件库的建立和使用缩减了大量的建模时 间，大大提高了产品的开发效率，对于企业参与和赢得市场竞争具有重要的实际 意义。 如前所述，目前提供的大量建库文献中存在着很大的不足之处，对机械零件 的分析不透彻，使得建库工具具有很大的局限性，而且应用实例的代表性较差， 不便于技术人员掌握。 本文的主要目的：应用p r o e n g i n e e r 提供的各种建库方法，分析其优点和 不足，针对不同的零件特点，提供比较适合其特点的建库方法，从而使 p r o e n g i n e e r 用户熊够在最短的时间内掌握适合自身需求的建库方法，快速而 有效的开发出适合本企业设备需求的专用零件库。 本论文具有以下优点： l 、针对性较好本文针对具体的设备进行分析，剖析了不同零件的特点，对 具体的标准件、常用件以及相似零件，提出了不同的建库思路。 2 、适用性强本文提出的建库方法，涵盖了p r o e n g i n e e r 软件中的所有建 库方法，适用于所有的机械零件。 3 、便于掌握本文从具体实例入手，详细说明了各种方法的使用过程，并分 别建立了各种不同零件的图库和调用方法，使用者很容易掌握。 1 5 本章小节 本章针对c a d 系统研究的热点问题展开讨论，分析了当前三维c a d 软件系统 在零件库建立方面存在的不足，并对相关文献进行分析，提出了本文的研究重点， 以及本文研究的目的和重要的现实意义。 第二章零件建库需求分析 2 1 需求分析 第二章零件建库需求分析 近几年来，随着c a d 技术在机械零件设计领域的广泛应用，三维c a d 软件 越来越成熟，参数化设计思想在产品设计中体现的越来越明显。面对机械行业中 种类繁多的零件，不同的企业有不同的需求，计算机的普及使他们从繁重的手工 绘图中解脱出来，但如何利用先进的计算机辅助设计技术，将设备设计中繁多的 典型零件标准化、系列化、通用化，从而使设计人员从大量重复、纷繁的劳动中 解放出来，将更多的实际用于新产品的开发，一直是企业开发商的一大难题。一 些企业虽然已经应用了零件库，但一般是从专门的软件开发商那里购买的零件 库，库中的零件繁多复杂，真正满足自己需求的只是一少部分零件，经济上造成 了很大的浪费。一些企业可能会有比较针对性的零件库，但一般都是让软件开发 商给专门开发的，成本很高，一旦自己有新的设备或零件变得较多，这些零件库 就利用不上，造成了很大的资源浪费。所以针对这些困难，最后的解决办法就是 能够自己开发自己需求的专用零件库。本论文就p r o e 软件，研究了不同零件的 建库技术，提出了新的建库思路，使p r o e 用户能根据自己所需零件特点，快速 方便的建立满足产品需求的零件库。 另外从前面论述的分析资料可知，机械行业中按其零部件特性分类，约5 0 的零部件属于标准件；通用件和相似件占4 0 ；而根据顾客要求设计的零部 件却只占1 0 。因此，利用先进的c a d 系统提供的标准件和常用件的建库工具， 对零件进行合理的分析，选择合适的建库工具完成零件建库工作，同时采用标准 化、模块化技术，建立标准化、模块化和系列化设计体系，改变传统的产品结构， 充分利用现有的标准件和已有的零部件，进行新产品的设计，快速响应市场需求， 从而达到降低成本，提高质量的目的。 2 2 零件建库分析 2 2 1 零件建库分析和建库思路 根据机械设计中的零件不同，将零件分为以下几类：标准件、常用件和一般 零件；一般零件中通常有四类比较典型的零件，即：轴套类零件、轮盘类零件、 叉杆类零件和箱体类零件，其中轴套类零件的外形较简单，基本上是同轴回转体， 9 第二章零件建库需求分析 而且在机械行业应用非常频繁，开发参数化的程序会使后续设计更加方便快捷。 本论文针对机械产品中常见的零件进行分析，研究并提出了可行的建库技 术，使得零件的参数化设计更加问捷方便，零件库的调用，采用p r o e 的菜单格 式，即在p r o e n g i n e e r 中设计一对应的下拉菜单，分别调用不同类型的零件库， 建立零件库整个设计思路如图2 - 1 所示。 图2 - - 1 机械零件参数化设计思路 2 2 2 不同零件的建库技术 1 、标准件库的建立技术 f a m i l yt a b l e ( 族表) 是p r o e 中的一个利用表格来驱动模型的工具。用 户可以先在p r o e 的p a r t 模式下创建一个基本模型，该模型作为族表零件的特 征模型，或称父零件，然后用p r o e 的尺寸切换功能修改模型特征中的特征参 数，将其改为标准件中的标准参数。然后打开族表，将事先定义好的模型( 在表 格中称之为g e n e r i c ) 零件的可供驱动的尺寸参数、特征、模型等放入表格中。 i o 第二章零件建库需求分析 用户在表格中按照标准件的系列参数输入对应的参数值就可以创建一系列新的 标准零件( 在表格中称为i n s t a n c e 零件) 。通过族表可以方便的管理具有相同 或相近结构的零件，特别适用于标准件的管理。族表通过建立一特征零件为父零 件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表通过电子表格来 管理，所以又被称为表格驱动。 对于重复性高、相似性大的零件或标准件，在c a d 系统中利用族表( f a m i l y t a b l e ) 建立标准件库，不需要每个规格都建立一个零件，可以使用一个原始样 本零件( g e n e r i cp a r t ) 及一族表，即可自动产生一个按族表所示尺寸比例的实 例零件。例如一批同类螺栓，直径和长度相互差异很大，可首先任选一种螺栓进 行造型，以此为原型零件，依照变化的特征尺寸生成一系列实例零件，从而形成 一种树状结构，也就是零件族，用户不用对零件分别进行设计，只需给出变化的 特性尺寸即可。 2 、常用件库的建立技术 在p r o e 中，通过编程来进行零件和装配件的设计是一个非常重要的设计方 法，用户可通过编辑简单的程序来控制零件和装配件的设计。p r o e 中的编程设 计与通用的计算机程序设计不同，其大部分程序代码是由p r o e 系统产生的，用 户并不需要从头到尾地编写整个程序，而只需要对程序进行部分编辑即可”3 。 机械零件中齿轮、蜗轮等常用件，它的某些参数都已标准化，其它的参数都 与标准参数有关，在p r 0 e 中利用程序( p r o g r a m ) 建立这些具有高度重复性的 零件比较简单。首先也是在p r o e 中先创建零件模型，零件建模完成后就会自动 生成对应的p r o g r a m 程序；之后调出对应的程序，在程序中的对应位置输入所需 的标准参数值和尺寸关系式，程序校验成功后，就可以通过改变参数，迅速生产 很多系列零件。用p r o g r a m 程序需要用户具备一定地编程基础和专业知识，针对 该方法参数调用不太直观的问题，论文提出用p r o t 0 0 l k i t 的u i 对话框来直观 的实现常用件参数的调用。 3 、特殊相似零件库的建立技术 零件的参数化设计一般通过尺寸驱动或程序驱动来实现，对于齿轮这样的常 用件，虽外形比较复杂，但外形特征比较固定，用尺寸驱动很方便。对于象轴这 样的特殊零件，虽然外形简单，但轴肩个数不定，用尺寸驱动很难实现一次成型， 对于这样的零件只能采用程序驱动实现其参数化。论文提出采用p r o t o o l k i t 的特征描述法来实现这类特殊零件的建模，在建模肘每个特征由不同的特征元素 树( f e a t u r ee 1 e m e n tt r e e ) 来定义。在程序中对每个特征元素树赋值一次，就 可以产生一个特征，多个特征的积累就形成了所需的产品模型。 第二章零件建库需求分析 2 3 开发平台简介 2 3 1p r o e 软件的特点 p r o e n g i n e e r 美国p t c 公司的c a d 产品，它的功能包括参数化功能定义、 实体零件及组装造型、三维实体或线框造型和工程图产生。p r o e 是一个功能定 义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋( r i b s ) 、 槽( s l o t s ) 、倒角( c h a m f e r s ) 和抽空( s h e l i s ) 等，采用这种手段来建立形体，无 需采用复杂的几何设计方式。该软件的参数化功能是采用符号式的参数赋予形体 尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样设计人员可以任意建 立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其相关的特征也会自动 修正。这种功能使得修改更为方便，可令设计优化更趋完美m 。 2 3 2p r o e 的a p i 概述 p r o t o o l k i t 是p t c 公司为p r o e 软件提供的开发工具包，其主要目的是让 用户或第三方通过c 程序代码扩充p r o e 系统的功能，开发基于p r o e 系统的应 用程序模块，从而满足用户的特殊要求。p r o t o o l k i t 工具包提供了开发p r o e 所需的函数库文件和头文件，使用户编写的应用程序能够安全地控制和访问 p r o e ，并可实现应用程序模块与p r o e 系统的无缝集成o “。 p r o t 0 0 l k i t 采用面向对象的程序设计方法( o b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 。在p r o e 和应用程序之间主要是通过数据结构来传递信息，对 应用程序来说这种数据结构并不直接访问，而只能通过p r o t 0 0 l k i t 提供的函数 来访问。 p r o t 0 0 l k i t 最基本的概念是对象( o b j e c t ) 和行为( a c t i o n ) 。p r o t o o l k i t 的对象实质是一种类型为结构体的数据，结构体中的成员描述了该对象的属性。 对象的命名约定为：p r o + ，其中对象名用英文单词表示，第一个字母大 写，如p r o f e a t u r e ( 特征对象) 、p r o s o l i d ( 实体对象) 。对特定的p r o t 0 0 l k i t 对象执行的某种操作称为行为。行为的执行是通过调用p r o t o o l k i t 函数库提供 的c 函数来实现。行为的命名约定为：p r o + 十 ，表示 和 的英文单词首写字母均用大写表示，如：p r o s o l i d r e g e n e r a t e 0 ( 实体 再生) 、p r o f e a t u r e d e l e t e ( ) ( 特征删除) 。 p r o t o o l k i t 提供了一些便利之处，如：常用函数的原型及相应的头文件、 参数的类型和用法、外部函数错误状态报告等。绝大部分p r o t o o l k i t 函数的返 回类型是p r o e r r o r 。p r o e r r o r 为枚举类型，用不同的值表示各种常见情况，其 第二章零件建库需求分析 定义为： t y p e d e fe n u mp r o e r r o r s p r 0t kn 0e r r o r= 0 p r o t k g e n e r a l r 肿r 一1 ， p r ot kb a d _ i n p u t s = - 2 ， p r ot ku s e r _ a b o r t= 一3 p r 0t ken o tf o u n d = - 4 p r ot i ( ef o u n d = 一5 p r o t k l i n e _ t o o _ l o n g= - 6 ， p r o t k c o n t i n u e= - 7 ， p r o _ b a dc o n t e x t- - - 8 ， p r o n o ti