（材料加工工程专业论文）锻锤隔振cad系统开发.pdf

摘要 摘要 锻锤是一种使用广泛的锻压设备，锻锤工作时的冲击载荷所激起的振动是 一种严重的工业危害。对锻锤采取隔振措施后，可使基础的振动强度减少8 0 以上，从而获得显著的经济效益及环境效益。迄今为止，锻锤隔振装置主要采 用手工设计，设计效率低、直观性差、重复性工作多、往往要查阅手册、计算 和校核许多数据、绘制大量图形。因此改变传统的设计方法，采用与c a d 相结 合的技术成为一种趋势。对于p r o e 这类通用软件，其自身标准与国内标准存在 差异，而且缺乏锻锤隔振方面的专业模块，针对以上情况，本文提出了在p r o e 平台上对锻锤隔振c a d 系统进行研究与开发。 本文分析比较了各种p r o e 的二次开发方法，确定采用m f c 对话框在 v c h 6 0 环境中运用c 语言并结合p r o 仰o l k i t 函数、a c c e s s 数据库、参数 和关系等作为二次开发方法，并据此开发出一套锻锤隔振c a d 系统。该系统由 原理及工艺设计模块、零部件参数化设计模块、标准件库参数化设计模块以及 b o m 物料清单四个模块组成，可对板簧悬吊式，橡胶和螺旋弹簧隔振器的反压 式、承垫式、惯性块式四中隔振方案进行设计。 在p r o e 平台上开发锻锤隔振程序，将隔振原理设计等计算过程程序化，既 屏蔽了繁琐的计算，又得到了准确的计算结果。用户可以根据实际情况，通过 锻锤隔振c a d 系统的可视化界面选择所需的隔振方案、隔振元件的基本参数、 标准件的型号等，交互式的输出隔振系统零部件的三维及二维模型，避免了繁 琐的建模过程。最后系统以b o m 物料清单的形式将零部件质量、材料、数量、 备注等基本信息进行输出。从而显著的节省了计算、绘图、统计物料清单的工 作量，企业可以将主要精力投入到产品创新设计中，在整体上提高产品的设计 效率和创新水平，同时也提高了企业技术的应用水平。实例证明，利用该系统 可以方便快捷地设计出参数化的锻锤隔振装置，显著提高了锻锤隔振装置的设 计效率，有较强的应用及推广价值。 关键词：p r o e 二次开发；p r o t o o l k i t ；m f c ；a c c e s s ；b o m 物料清单；锻 锤隔振c a d 系统： a b s t r a c t a b s t r a c t f o r g i n gh a m m e ri saw i d e l yu s e df o r g i n ge q u i p m e n t ，t h ev i b r a t i o nt h a tg e n e r a t e d b yi m p a c tl o a dw h i l et h ef o r g i n gh a l l l l l e rr u n n i n gi sas e r i o u si n d u s t r i a lh a z a r d t h e i n t e n s i t yo fv i b r a t i o nf o rf o u n d a t i o nc a l lr e d u c em o r et h a n8 0 a f t e rt h ev i b r a t i o n i s o l a t i o nf o rf o r g i n gh a l l l n l e ra n dg a i ne c o n o m i cb e n e f i t sa n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s o b v i o u s l y s of a r , t h ed e s i g no fe q u i p m e n to fv i b r a t i o ni s o l a t i o nf o rf o r g i n gh a m m e ri s m a i n l yu s em a n u a l s i ti sl o we f f i c i e n c y ，b a dv i s u a la n di e p e t i t i v e w o r kt od e s i g nw i t h t h et r a d i t i o n a la p p r o a c h e s ，m a n ym a n u a l sa r er e f e r e d ，m u c hd a t ac a l c u l a t e d ，m a n y d r a w i n g sd e s i g n e da c c o r d i n g l y c h a n g i n gt h et r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o d ，u s i n ga c o m b i n a t i o no fc a dt e c h n o l o g yb e c o m ean e 1 1 dc o n s e q u e n t l y f o rt h ec o m m o n s o f t w a r es u c ha sp o r e ，i t so w ns t a n d a r d sa n dd o m e s t i cs t a n d a r d sa r ed i f f e r e n t ，a n d a l s ol a c k st h e s p e c i a l i z e di s o l a t i o nm o d u l ef o rf o r g i n gh a l n l n e r i n v i e wo f a b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m s ，t h i sp a p e rs u g g e s t st or e s e a r c ha n dd e v e l o pt h ec a d s y s t e mo f v i b r a t i o ni s o l a t i o nf o rf o r g i n gh a m m e rb a s e do nt h ep l a t f o r mo fp r o e i nt h i sp a p e r , v a r i o u sm e t h o d so ff u r t h e rd e v e l o p m e n to fp r o ea r ea n a l y z e da n d i n t e r c o m p a r e d , t h ec h o i c ea r em a d et oe s t a b l i s ht h ec a ds y s t e mw i t ht h em f c d i a l o g a st h em a n - m a c h i n ei n t e r f a c eu n d e rv c + + 6 0 ，p r o g r a m m e dw i t h p r o t o o l k i t ，cl a n g u a g e ，a c c e s sd a t a b a s e ，p a r a m e t e r sa n dr e l a t i o n s t h es y s t e m w a sm a i n l yc o m p o s e do fp r i n c i p l em o d u l e ，c o m p o n e n t sp a r a m e t r i cm o d u l e ，s t a n d a r d p a r t sl i b r a r ym o d u l ea n db o mm o d u l ew h i c hc a nb ed e s i g n e df o rt h el e a fs p r i n g s u s p e n s o r yv i b r a t i o ni s o l a t i o n ，a n t i - p r e s s u r es t y l e ，u n d e r l a ys t y l ea n di n e r t i ab l o c k s t y l eo fr u b b e ra n dc o i ls p r i n g v i b r a t i o ni s o l a t i o n t h ef o r g i n gh a m m e rv i b r a t i o ni s o l a t i o np r o c e d u r e sw e r ed e v e l o p e do nt h ep o r e p l a t f o r mw h i c hc a ng e tr i do ft h ec u m b e r s o m ec a l c u l a t i o na n da c q u i r et h ea c c u r a t e r e s u l t sa f t e rp r o g r a m e dt h e p r i n c i p l ed e s i g n a c c o r d i n g t ot h eu s e r 、sa c t u a l s e l e c t i o n , u s e r sc h o o s et h em e a s u r eo fv i b r a t i o ni s o l a t i o n ，p a r a m e t e r so fc o m p o n e n t s a n ds e r i e so fs t a n d a r d l i b r a r yc o m p o n e n t st oo u t p u tt h e 3 - da n d2 - do ft h e c o m p o n e n t si n t e r a c t i v e l yt h r o u g ht h ev i s u a l i z a t i o ni n t e r f a c es y s t e r m f i n a l l yt h eb i l l o fm a t e r i a l ss u c ha st h em a s s ，m a t e r i a l ，q u a n t i t ya n dr e m a r kw e r eo u t p u t e db yt h e i i a b s t r a c t s y s t e mw h i c hc a nb er e d u c ew o r k l o a dp r o m i n e n t l y e n t e r p r i s e sc a nf o c u so nt h e d e s i g no fp r o d u c ti n n o v a t i o n , n o to n l yi m p r o v et h eo v e r a l le f f i c i e n c yo fp r o d u c t d e s i g n ，b u ta l s oi m p r o v et h el e v e lo fi t st e c h n o l o g y t h es a m p l ea p p r o v e dt h a ti ti s q u i t ec o n v e n i e n tt o d e s i g np a r a m e t r i ce q m p m e mb yu s i n gt h es y s t e m ，i m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c y ，a n d i ti sas t r o n gv a l u eo ft h ea p p l i c a t i o na n dp r o m o t i o n k e yw o r d s ：f u r t h e rd e v e l o p m e n to f p r o e ：p r o t o o l k i t ；m f c ；a c c e s s ；b i l l o f m a t e r i a l ；c a ds y s t e mo f v i b r a t i o ni s o l a t i o nf o rf o r g i n gh a m m e r ； i i i 学位论文独创性卢明 学位论文独创性声明 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 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得直昌盔堂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 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：互埔材 ) 签字日期：汐夕年月7 日 ， 学位论文版权使用授权书 ， 本学位论文作者完全了解由量盘堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权壹量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，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 导师签名：却虏表 签字吼叼年乡月7 日 签字日期：胡年乡月7 日 杯 ，好 了 心凇 日 一土q， 月 厂9 名 年 签 令 者 矿 作 ： 文 期 沦 日 位 字 学 签 第1 章绪论 第1 章绪论 锻锤是一种冲击性设备，具有结构简单、造价低廉、操作简便、生产效率 高、工艺适应性强等特点，几乎所有的大中型机器制造企业都设有锻造车间， 在我国锻压设备总量中占有相当大的比例，至今仍在国民经济各个部门中发挥 重要的作用。在锻造过程中，由于锻锤工作是锤头垂直车间地面的往复运动， 以冲击性振动作用在锻锤的基础上，并由此向周围传播，锻锤打击锻件所产生 的噪音与振动，不仅影响操作人员的身心健康，而且还会影响靠近车间的精密 机床和仪表的正常工作，也会对厂房结构和基础造成不良影响。有时还会使周 围的建筑物产生严重的下沉，特别是对距锻造车间较近的居民影响尤为突出【l 翻。 解决锻锤振动公害的最有效措施是采用隔振方法 3 - 4 ，锻锤隔振不仅能带来环境 效益和社会效益，而且也能给用户带来一定的经济效益。 1 1 锻锤隔振的研究概况 为治理这种危害很大的工业振动公害，国内外锻压界、力学界和土木建筑 界的专家长期致力于锻压设备减振、隔振技术的研究，现在对锻压设备的隔振 主要有基础下隔振和砧下直接隔振两种方法【5 刁】。当自由锻锤砧座质量较小或地 基面积尺寸不大时，既要求有良好的隔振效果，又需要严格控制砧座振幅及其 偏摆时，采用基础下隔振。这种方法可将砧座振幅控制在3 - - 4 m m ，但所采用的 惯性块质量太大【8 】、成本高、施工及维修困难，难以推广。近2 0 年来国内外锻 锤隔振设计广泛使用砧下直接隔振技术，即将弹性元件直接置于砧座底部，这 种方法结构简单、施工方便、成本较低。 联邦德国汉诺威大学的c u r t - r i s c h 研究所及g e r b 工业隔振公司，早在1 9 5 0 年就率先对锻锤减振理论进行研究【9 】，他们把包括设备、基础、地层的受振对象 视为一个系统，通过实测建立激振、传播和受振理论，从中分析减振的有效途 径。6 0 年代初期原苏联开始对减振理论及减振装置进行研究，提出了把锻锤基 础安装在弹簧地基上【l 们，并提出了惯性块防振基础的设计计算方法。同期，德 国g e r b 公司首先采用了有惯性块的减振基础【1 1 】。此减振基础由惯性块和外基 础组成，减振器( 粘性阻尼器和卷弹簧组成) 安装在惯性块与外基础之间，但 第1 章绪论 此基础占地面积大，投资大，施工困难，只适用于新建基础。当时的苏联、美 国、日本等大多采用此法【1 2 - l 引。为了减轻基础重量，日本锻工株式会社的大川 敏郎提出一种轻型吊式减振基础，其减振效果明显【1 9 1 。7 0 年代为了便于对老设 备进行减振，降低改造成本，提高减振效果，各国又先后研制出锻锤的多种减 振基础。苏联提出把模锻锤直接安装在由卷弹簧和橡胶隔振器构成的弹性基础 上，即所谓的砧下直接隔振。1 9 7 4 年，日本的山本镇男等对单自由度系统( 把 砧座和基础视为一个整体) 和砧座一砧下垫层一基础的双自由度系统进行研究， 给出了质点振幅的计算公式，并对土壤的恢复力与衰减性进行了研究【2 0 l 。德国、 日本等相继开发出锻压设备砧下直接隔振装置，对若干条锻压生产线进行隔振 改装，隔振效率均在9 0 以上。1 9 7 8 年德国g e r b 公司将新研制成的组合隔振 器直接支撑于锤砧下，由于其固有频率低，减振效果好，在各国已获得广泛应 用。 我国对锻锤振动及减振理论研究已取得可喜的成果。早在2 0 世纪7 0 年代， 机械部西安重型机械研究所在研究模锻锤的基础振动和最大打击力时提出了大 幅度降低弹性垫层的刚度可减小基础振动而不影响锻锤的最大打击力【2 。进入 8 0 年代，哈尔滨工业大学、南昌大学，以及华中理工大学等先后在该领域内开 展研究工作。 哈尔滨工业大学于1 9 8 4 年，首次提出锻锤减振性能的优劣取决于砧下弹性 垫层的刚度和阻尼值选取，提出弹性垫层刚度和阻尼优化设计程序，并将研究 成果应用于锻锤减振基础设计计算中 2 2 - 2 3 1 。近年来，哈尔滨工业大学又在锻锤 减振系统新型力学模型( 考虑回程减振器刚度及阻尼) 的建立及求解、砧下垫 层和回程减振器刚度对锻锤振动参数的影响等方面进行深入研究。 华中理工大学对有阻尼双自由度力学模型以及垫层刚度仿真程序设计等取 得了很好的研究成果 2 4 1 。 1 9 8 5 年南昌大学采用单自由度系统力学模型，对砧下板弹簧减振装置和系 统分别进行分析，提出只要合理选择砧下垫层刚度，使砧座振幅控制在1 0 - - 一 2 0 m m 范围内，可使基础振动加速度降低1 0 倍以上【2 铊6 】，对装有弹性垫层的模 锻锤装置进行试验研究和理论分析，证明砧下垫层刚度基本上不影响锻锤的打 击效率。1 9 8 5 年“模锻锤隔振装置 研制成功并投入使用。由于自由锻、空气 锤在结构上与模锻锤有重大差别，江西省科委又相继于1 9 8 7 年、1 9 9 0 年和1 9 9 3 年立项，对以上各类设备的隔振技术进行研究，从而建立起自己的成套隔振技 2 第1 章绪论 术，并开发出系列化的隔振器产品1 2 7 l 。1 9 9 7 年由南昌大学设计、德阳二重基础 件研究所制造、安装在铁道部山西永济电机厂的5 0 k n 电液自由锻锤板簧悬吊式 砧下直接隔振装置是国内第一台用于电液锤的隔振装置，也是在大型自由锻锤 上使用的首台板簧悬吊式隔振装置，使基础振动加速度降低9 7 。采用这种砧 下直接隔振的方法，能在投资不大的前提下收到降低厂房和基础造价，提高生 产面积利用率，改善劳动条件，消除振动公害，保护锻锤等多方面的社会经济 效益。在大型自由锻锤上成功地使用板簧悬吊式砧下直接隔振装置是国内首创， 这台隔振装置所采用的隔振方案，所达到的隔振效果和所实现的隔振元件布置 方式，处于国际先进水平【2 8 1 。 迄今为止，锻锤隔振还处于手工设计阶段，只能简化处理进行近似计算【3 ，7 】， 其结果往往得不到很好的优化，且费时、费力。可利用计算机的强大计算功能， 得出系统的特征值，以及砧座和基础的位移，并且能较好的进行参数的优化， 精确解出隔振所需的板簧或橡胶和螺旋弹簧等隔振元件的数量和规格，这也是 目前尚待攻克的难题。现已有一些人从事锻锤隔振的计算机仿真方面的研究 2 9 椰j ，例如广东科龙电器股份有限公司的何善梁先生根据二自由度阻尼振动力 学模型，建立了锻锤基础隔振参数最优化设计的数学模型，并利用随机方向搜 索法编写了优化设计程序f 3 2 1 。西北工业大学的余心宏已经成功的在空气锤打击 过程分析的基础上建立仿真模型并分析了空气锤各主要结构参数对锤头运动打 击能量的影响，为隔振提供了基础【3 3 1 。南昌大学的辛勇等采用模态分析法，给 出了对锻锤隔振的两个自由度有阻尼振动系统方程解耦的方法，按此方法开发 编制了通用的锻锤隔振动态过程的数值仿真程序。所开发研制的锻锤隔振仿真 系统程序能够真实描述锻锤砧下直接隔振的动态过程，并可用来优化系统模型 和技术参数，这对锻锤隔振工程设计具有较大的参考价值和指导作用【3 1 1 。 1 2c a d 技术的研究概况 1 2 1c a d 技术发展阶段 c a d 技术起步于5 0 年代后期，在发展初期仅仅是计算机辅助绘图，而非现 在我们讨论的c a d 所包含的全部内容。进入6 0 年代，随着计算机软硬件技术 的发展，c a d 随之开始迅速发展。此后，c a d 技术经历了几次技术革命f 3 4 1 ，其 主要发展阶段和特点如下： 3 第1 章绪论 ( 1 ) 6 0 年代，c a d 技术主要特点是交互式二维绘图和三维线框造型。这 种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的 拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，c a e 及c a m 均无法实现。 ( 2 ) 7 0 年代，c a d 技术产生了自由曲线曲面生成算法和表面造型理论。 法国达索飞机制造公司开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了 三维曲面造型系统c a t i a ，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息， 同时也使得c a m 技术的开发有了现实的基础，在这期间逐渐形成了c a d 产业。 ( 3 ) 8 0 年代，c a d 技术进入了实体造型技术和几何建模方法。表面造型 理论只能表达形体的表面信息，但难以准确表达零件的其他特征，如质量、重 心、惯性等，不能进行c a e 。1 9 7 9 年，s d a s 公司发布了世界上第一个完全基 于实体造型技术的大型c a d c a e 软件i d e a s 。由于实体造型技术能够精确 表达零件的全部属性，在理论上有助于统一c a d 、c a e 、c a m 的模型表达，给 设计者带来巨大的方便。 ( 4 ) 9 0 年代后至今，c a d 技术基础理论主要是参数化技术和变量化技术， 这两种技术分别以p t c 公司的p r o e n g i n e e r 和s d r c 公司的i - d e a sm a s t e r s e r i e s 为代表，都是基于特征、尺寸驱动设计修改。不同的是参数化技术是全尺 寸相关的，而变量化技术解决了在欠约束情况下方程联立求解的数学处理，即 保持了参数化技术的原有优点，又克服了它的不足【3 5 1 。 1 2 2c a d 软件二次开发的现状 任何通用的c a d 软件，都难以满足形形色色具体产品设计的需求。因此， 若公司想全面采用c a d 技术，并取得积极效果，应以引入的c a d 系统为基础， 根据实际情况，进行不同程度的用户化、本地化的二次开发，建立应用绘图系 统和数据库，形成具有本公司特色的产品设计c a d 系统【3 6 】。 有效的二次开发是c a d c a m 发挥效能的关键环节。我国有许多企业引进 了知名的c a d c a m 系统，但往往未得到充分利用，企业对c a d 的巨额投资， 并没有真正达到提高设计质量、缩短设计周期的目的，也没有带来应有的效益。 没有进行用户化、本地化的二次开发，就没有真正意义上的c a d c a m 技术的 有效应用。由此可见，二次开发问题是目前国内推广c a d c a m 所面临的一个 重要课题。 目前国内c a d 软件二次开发领域中研究最多、技术最成熟的软件，当属 4 第1 章绪论 a u t o c a d 软件。a u t o c a d 在国内应用非常广泛，尤其是在建筑和机械行业，拥 有强大的应用和开发队伍，堪称我国c a d 的标准平台。它的成功除了本身具有 使用方便、功能强大的特点外，更为重要的一点是它提供了功能强大的二次开 发接口，用户利用其二次开发接口，可以很方便地开发出有针对性的专用c a d 系统，大大地提高了软件的使用效率阳。但是，a u t o c a d 在本质上还是一个二 维的系统，目前在微机平台上已经开发出了大量的三维c a d 软件，在我国c a d 市场上比较流行的有美国p t c 公司的p r o e n g i n e e r ，e d s 公司的u g ，s o l i d w o r k s 公司的s o l i d w o r k s ，a u t o d e s k 公司的a m d ，以及u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司s o l i d e d g e 等等【3 8 】。这些软件在功能上都是比较出色的，也都提供了二次开发的接口。 总之，目前国内三维c a d 软件的二次开发水平较低，制约了c a d 软件作用的 发挥。因此，大力推广三维c a d 软件的二次开发，提高c a d 软件的使用率， 已成为当今国内c a d 软件应用的当务之急。 1 3p r o e 简介及其二次开发研究成果 1 3 1p r o e 软件简介 p r o e 软件由美国p t c 公司于1 9 8 9 年开发的，现在己成为全世界最普及的 c a d c a m 系统之一，它具有尺寸驱动、基于特征、单一全关联的数据库等特点。 其参数化技术的成功应用，被专家认为引起了c a d 技术的第三次技术革命，p t c 也一跃成为世界四大软件公司之一。广泛应用于电子、通讯、机械、模具、工 业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。p r 0 e 可谓是个全方位的3 d 产品开发 软件，整合了零件设计、产品组装、二维工程图制作、异种格式文件处理、机 构仿真与有限元分析等c a e 技术、管路设计、饭金设计、模具设计、电缆设计、 机械设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、n c j j h 工、自动测量、产品数据 管理、协同设计开发等功能于一体，大大缩短产品开发的时间与流程【3 9 - 4 0 1 。 1 3 2p r o e 二次开发研究成果 对p r o e 平台的二次开发现阶段主要集中在对标准零件库的开发、模架的开 发，其次是适合于公司的专门需求的二次开发，国内外目前的研究如下。 孙慧祯【4 l 】利用p r o e 提供的族表，创建了相同样式不同尺寸的零件库，这种 方式能有效的解决了基于实例推理的相似零件库的建立问题。 5 第1 章绪论 王栋彦【4 2 】研究了基于p r o e 平台的渐开线齿轮三维参数化造型技术，运用 p r o t o o l k i t 、v c + + 6 0 对p r o e 软件进行二次开发，可根据用户输入的齿轮 实际参数，自动生成齿轮的三维实体。提高了零件的设计和绘图效率，实现了 机械零件的快速造型。 江南大学设计学院的蒋晓【4 3 】，利用族表和p r o g r a m 建立标准件库。哈尔滨 工业大学汽车工程学院的刘海芳m l ，介绍了利用三维零件样板、设计参数、模 型参数化和族表技术实现标准件的尺寸系列化以及三维标准件库的建立。 北京理工大学的李湘媛【4 5 】等基于p r o t o o l k i t 和m f c 建立了三维夹具标 准设计库，采用零件族的建库方式，通过对族表的调用，既减少了建库的工作 量又方便用户扩充和修改零件信息。 华中科技大学的李宝金【4 6 】等利用p r o t o o l k i t 及v c + + 6 0 开发界面技术， 实现了注射模智能模架库设计系统。该系统可以实现模架设计和修改两种功能， 大大减轻模具设计人员的负担，提高模具设计的效率。 天津科技大学的吴崇峰1 4 7 l 根据某公司的模架为基础，开发了基于p r o e 的注 塑模具标准模架设计系统，该系统能调用开发的外部数据库对零件库零件进行 参数化设计，并可按规定的方式装配成标准模架。同时能实现开模过程的动态 模拟，还可按照用户需求输出零件和模架的工程图。 山东科技大学的王翠香1 4 8 1 等在p r o e 中利用族表上对g b t 1 2 5 5 6 9 0 塑料 注射模中小型模架及技术条件中的1 8 个系列1 0 0 0 0 多个标准模架建库，并设 计开发了该标准库的调用界面，使注塑模具c a d 过程变的容易和快捷，使设计 的专用软件交互性更强、更友好，接近商用水平。 南昌大学的谭永明【4 9 1 在p r o e 平台下利用a u t o m a t i o ng a t e w a y 与v b 实现了 塑料模架的设计，并通过调用a c c e s s 实现了在p r o e 平台上建立常用材料库。 方便用户的数据录入和修改，显著提高了设计效率。 昆明理工大学的张超群【5 0 1 基于p r o e 及v c n e t 实现了冲裁模辅助设计系统。 新加坡国立大学的w y n n eh s u t 5 1 1 等人，以p r o e 软件为平台，运用c 语言 编程开发出将装配设计分析与产品的概念设计相结合的系统。系统通过设计特 征库、分析模块、交互模块、搜索模块和装配模块五大模块，实现了产品的自 动装配。 综上所述，对p r o e 软件进行二次开发是减少重复性建模、是减少设计工作 量的一个好办法。 6 第l 章绪论 1 4 课题意义及本论文的研究内容 1 4 1 课题意义 迄今为止，锻锤隔振系统主要采用手工设计，设计效率低、直观性差、重 复性工作多，目前对锻锤隔振c a d 系统的研究未见报道，因此改变传统的设计 方法，采用与c a d 相结合的技术成为一种趋势。对于p r o e 这类通用软件，缺 乏锻锤隔振方面的专业模块，在p r o e 基础上开发锻锤隔振程序，将隔振原理设 计等计算过程程序化，既屏蔽繁琐的计算，又得到了准确的计算结果。在设计 隔振系统时通过界面进行参数化设计，通过设置、选择参数直接生成模型，避 免了建模过程，显著提高了设计的效率。设计人员可以将主要精力投入到产品 创新设计中，在整体上提高产品的设计效率和创新水平，同时也提高了企业技 术的应用水平。 另外，p r o e 的功能强大并且通用性强，应用广泛。然而，正是由于p r o e 广而博的通用性，使它在具体使用时不能直接处理、调用特定的产品，再加上 国外设计观念、标准和国内的差异，使得使用该软件时感到不便。基于上述理 由，对其进行有针对性的二次开发，使p r o e 能在特定的产品设计中最大限度的 发挥潜力，因此开展这方面的研究有较高的学术意义和应用价值。 1 4 2 研究内容 本文以p r o e 软件作为二次开发平台，根据锻锤隔振的设计原理，利用 v c + + 6 0 的m f c 和p r o e 自带的二次开发工具包p r o t o o l k i t 开发出一套界面 友好、交互性强的锻锤隔振c a d 系统。研究的主要内容如下： ( 1 ) 解决p r o e 软件、v c + + 6 0 编译器以及a c c e s s 数据库之间的通信及 有关接口技术。分析p r o t o o l k i t 内部的基本数据结构、功能函数及其使用方 法，研究基于o l ed b 、d a t a g r i d 的方式将a c c e s s 数据库与v c + + 6 0 联接， 实现外部数据库与p r o e 软件的结合。 ( 2 ) 研究基于p r o t o o l k i t 的菜单设计技术以及p r o t o o l k i t 与m f c 的混合编程技术，研究菜单资源文件、注册文件的建立方法，实现锻锤隔振c a d 系统可视化界面的设计。 ( 3 ) 研究锻锤隔振c a d 系统开发的关键技术，在基于特征的参数化、 p r o t o o l k i t 应用程序设计的基础上，提出了基于三维模型的参数化自动建模 7 第1 章绪论 的技术。根据锻锤隔振的设计原理，设计板簧悬吊式隔振参数化系统、螺旋弹 簧及橡胶阻尼器的承垫式、反压式、惯性块式隔振参数化系统。实现各类隔振 系统零件、组件的三维模型及二维工程图的自动化生成。 ( 4 ) 设计锻锤隔振系统标准件数据库，通过a c c e s s 创建的标准件库零件 参数数据库来驱动模型参数，实现对所选标准件进行自动建模。 ( 5 ) 对p r o e 进行合理配置并编写b o m 格式文件，实现自动生成锻锤隔 振c a d 系统零部件的b o m 清单功能。将零部件的信息( 如质量、名称、图号、 材料、备注等) 通过清单形式进行输出。 8 第2 章p r o l e 二二扶开发技术 第2 章p r o e 二次开发技术 2 1p r o e 二次开发技术简介 2 1 1 族裹( f a m i l yt a b l e ) 族表就是本质上相似零件( 或组件或特征) 的集合。但它们在规格方面稍 有不同，诸如尺寸大小或详细特征。族表可用于管理具有相同或相近结构的零 件，特别适用于标准零件的管理。它是通过建立基础零件为父零件，然后在族 表中定义各个控制参数来控制模型的形状及大小。这样就可通过改变各个参数 的值来控制派生的各个子零件，“族表”中的零件也称为“表驱动零件叫2 】。在 零件普通模型建立完成之后打开族表框，从模型树和参数表中选取零件的特 征尺寸作为主要驱动参数添加到族表列项目，下面以六角螺栓g b 5 7 8 2 为例建立 的族表列表，建立的列表如图2l 所示。族表创建完成以后，打开此模型选择所 需规格的零件即可。 瞄2i 六角螺栓族表 为了便于管理，将创建的零件进行分类，对于本系统中用到的标准件主要 是紧固件类，在此我们可以分为螺栓、螺母、销、螺柱、挚圈、导轨、螺钉七 类。并分别建立目录来存放这些文件。如需要增加类型则只需添加目录即可， 这些目录亦可继续添加子目录，在所有的目录创建完毕及标准库文件做好分类 之后，即形成了相应的标准零件库。 9 第2 章p r o e 二次开发技术 为了实现在p r o e 中能够直接调用此标准件库，需要建立所有目录的菜单文 件即m n u 文件。取当前目录名为s t dl i b ，在此目录下创建一个与当前目录同 名的菜单文件s t dl i b m n u 。其目录结构为： g ：s t d l i b i b o l t s n u t s l p i n s l s t u d ls c r e w s 1w a s h e r s l r a i l ls t d l i b m n u 对于最下级目录，如p i n s ( 销) 为例，其菜单格式如下： p i n s 撑 群 g b l1 7 p r t 2 国标1 1 7 型 群 g b l1 8 p r t 3 国标1 1 8 型 撑 g b l1 9 p r t - 3 国标1 1 9 型 拌 要使s t dl i b 标准库挂到p r o e 中，需要修改c o n f i c t p r o 中的 p r o _ l i b r a r y _ l i b ，将p r o _ l i b r a r y _ l i b 的值设置为o ：s t d l i b 并保存，启动p r o e 后 在打开对话框中就可以看到s t dl i b 标准库已经成功挂上，如图2 2 所示：依次 打开相关目录选择相应规格零件即可，如图2 3 所示的销子目录。至此一个完整 的标准库已经建成，利用这种方法可以快捷的对零件库进行添加及更改，大大 1 0 第2 章p r o e 二次开发技术 提高了设计效率，给使用者带来方便。 幽22s t d1 i b 标准库打开界面幽23 销子目录文什 2 1 2 用户定义特征( u d n 设计人员在进行零件设计时，经常会遇到一些重复出现的特征，例如螺钉、 螺栓的座孔等设计人员就要花费许多时闻进行这种重复性的操作。用户自定 义特征( u d f ) 则能将同一特征用于不同的零件上，或将若干个系统特征融台 为一个自定义特征，使用时作为一个全局出现，并允许像加入标准特征一样将 其加入到以后的设计模型中去 s 1 - s 4 ，从而提高设计效率。一个u d f 包括选定的 模型特征、所有相关尺寸、选定特征之间的所有关系以及在零件上放置u d f 的 参照等内容。与族表法类似，u d f 也要先构建零件模型，零件创建完成后定义 要包含的几何特征、参考基准、可变尺寸及可变尺寸的符号，然后将这些信息 存在一个后缀为g p h 的文件中，之后就可以在程序中利用该文件，通过给参数 赋值来改变特征的尺寸，得到所需要的衍生特征。u d f 适用于特定产品中的特 定结构，可以作为一个新特征添加到现有零件上，有利于设计者根据产品特征 快速生成几何模型。 使用自定义特征方法实现程序自动建模的缺点与族表类似，都是要预先设 计好模扳。与族表不同的是，这种方法的编程过程与手工建模比较相似，u d f 可以作为一个特征添加到现有零件上，且其创建过程符合手工绘图的习惯。因 此，跟后者相比，u d f 的灵活性强，但对于建立数据多的标准库而言，建库快 捷性不及族表。 第2 章p r o e 二次开发技术 2 1 3p r o p r o g r a m p r o m 对每个零件或组件模型都有一个主要的设计步骤和参数列表，那就是 p r o p r o g r a m l 5 2 1 。它是p r o e 中的一个模块，可以记录特征的整个创建过程，它 是零件与组件自动化设计的一种有效工具。设计人员可使用类似b a s i c 的高级 语言，根据需要来编写该模型的p r o g r a m 。包括：特征类型、参数、关系等创建 特征所需要的所有信息。在建模后的每一个模型中，p r o p r o g r a m 相应地记录了 该模型的整个创建过程，用户可以通过修改p r o g r a m 来控制特征的出现与否、尺 寸的大小、零件与组件的出现与否、零件与组件的个数等。然后，p r o e 就可以 通过运行该程序来读取此零件或组件，并通过人机交互的方法得到不同的几何 形状，以满足产品设计的需要，这将大大提高建模速度【5 5 1 。 p r o p r o g r a m 还可以通过提问的方式与用户交流，包括：通过手动地删除、 重排序、隐含特征、修改特征、暂停再生过程和增加附加特征等。因此，设计 出零件中的某些相关尺寸后，即使是通过其他的设计人员，也可以方便的进行 修改。但p r o p r o g r a m 无法与p r o e 集成，也无法与外部数据库相连，主要用于 开发简单的控制程序，实现一些简单的功能，只可用于简单零件的二次开发编 程，不适合于开发大型的c a d 系统。 2 1 4j - l i n k 从p r o e2 0 0 1 版本开始，p r o e 推出了j - l i n k 这一基于j a v a 语言的新接口， 是扩展、定制和自动处理p r o e 功能的强大工具包。j - l i n k 是一个面向对象、独 立于平台且向上兼容的基于j a v a 的应用程序接口，j a v a 语言本身也具有与平台 无关、安全、易于实现基于网络的应用程序等优势。 使用j - l i n k 开发的应用程序既可以与p r o e 应用程序相关联，又可以与某个 模型任务相关联，使得在模型重建等事件的执行期间，让用户来控制p r 0 e 模型 的行为。例如，无论何时重建模型，模型程序都可以调出特定的模型界面，来 收集用户输入的信息，并可以从数据库中提取信息【5 6 1 。 2 1 5p r o t o o l k i t i s 7 l p r o 彻l k i t 是p t c 为p r o e 定制的开发工具包，它提供了应用程序接口 ( a p i ) 、使客户或第三方厂商具有扩展p r o e 功能的能力。p r o t o o l k i t 使用 面向对象风格的c 语言编程，且提供了一个庞大、用于底层资源调用的c 语言 1 2 第2 章p r o e 二次开发技术 函数库和头文件，外部应用程序可借此访问p r o e 的数据库和应用程序。p r o e 程序也是基于p r o t o o l k i t 应用程序开发的，用它编写的程序可达到与p r o e 无缝连接，而且p r o t 0 0 l k i t 所提供的大量函数库，也能够满足设计人员对 p r o e 功能扩充的要求。 综上所述，由于隔振c a d 系统较为复杂，需要良好的可视化界面，且要求 的功能较多，故本文选择p r o t o o l k i t 的方法进行二次开发。 2 2p m t o o l l ( i t 的特点及工作模式 2 2 1p m t o o l l ( i t 的特点概述 ( 1 ) p r o t o o l k i t 的风格【5 7 - 5 8 】 p r o t o o l k i t 具有很强的面向对象的设计风格，在进行应用程序的开发时， 应用程序只能通过p 删t o o l 融t 提供的库函数来访问特定的数据结构，实现和 p r o e 软件系统之间的信息交互。在p r o t o o l k i t 中有比以前的版本 p r o d e v e l o p 更多的库函数，更少的显式数据结构( 目的在于信息隐蔽，实际上 这正是面向对象的设计及编程所要求的) 。 ( 2 ) p r o t o o l k i t 中的对象、对象名、动作、p r o t o o l k i t 函数 对象( o b j e c t ) 和动作( a c t i o n ) 是p r o t o o l k i t 中最基本的概念。对象 ( o b j e c t ) 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