（机械制造及其自动化专业论文）基于proengineer的牙轮钻头三维变型设计研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文研究牙轮钻头的三维变型设计，牙轮钻头包括牙轮和牙掌两个部分。在 p r o e n g i n e e r 基础上，依据它的二次开发包p r o t o o l k i t ，结合v i s u a lc + + ，设计 了一套牙轮和牙掌三维参数化建模系统，实现了用户要求的尺寸标注和工程图的自动 生成。 应用程序源代码需经编译、注册、解锁，编译文件和注册文件有自己的语法格式， 本文研究了制作这些文件的方法。根据p r o t o o l k i t 提供的方法，制作系统菜单和 对话框资源文件，在应用程序中调用并激活它们，实现了基本的用户界面；解决了 p r o e n g i n e e r 和v c 的通信问题后，结合m f c 和p r o t o o l k i t 中技术，制作了一 些用户需求的、而在p r o t o o l k i t 中难以完成的复杂对话框界面，完成了系统的界 面设计。 f 使用p r o e n g i n e e r 中自定义特征( u d f ) ，建立牙轮和牙掌及各子特征的参数 化模型数据库，编程调用u d f 数据库文件来实现牙轮和牙掌各特征的自动建模；创 建和填充特征元素树，解决同类特征的阵列复制，完成了同类特征的自动建模；结合 两种方法，实现了不同品种的牙轮和牙掌自动建模。 p 1 o e n g i n e e r 无法直接标注用户要求的极坐标形式尺寸，本论文创造性地在 u d f 中使用注释、自制标注符号，通过编程实现了用户自定义的尺寸标注，解决了用 户要求的牙轮钻头的极坐标标注，满足了用户的要求。结合绘图模板制作技术，编程 实现了自动生成牙轮毛坯、总成工程图，简化了出图步骤。 整个系统遵循软件工程的开发思想并按面向对象的建模方法进行设计。按功能将 整个系统划分牙轮参数建模、牙掌参数建模、极坐标标注和工程图模块，并把各个模 块中子模块封装到动态链接库中。这样，使得系统结构清晰、修改调用方便，代码重 用度高。总之，本系统具有界面友好、易使用、易维护、易扩充等特点。实际应用表 明，利用本论文开发的系统于牙轮、牙掌的建模、牙轮工程图的自动生成等设计工作， 可提高效率5 0 左右。) 卫一、一 关键词： 牙轮、牙掌j 而庖i 湎吝三莨氐| j o i i i t 百走义祷征。特征元素# ( 7 ，l 一一一一 极坐掩夥 i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rd i s c u s s e st h e3 - dv a r i a n td e s i g no fr o l l e rb i tw h i c hi sm a d eu po fr o l l e ra n d p a l m o fr o l l e r b i t o nt h eb a s eo fp r o e n g i n e e r ，w ed e v e l o pt h es y s t e mw h i c hc a n a u t o m a t i c a l l yb u i l dt h ep a r a m e t r i cm o d e lo fr o l l e ra n dp a l mo fr o l l e r b i ta sw e l la st h e s i m p l ed r a w i n g o fr o l l e rw i t ht h eh e l po fp r o t o o l k i ta n dv i s u a lc + + t h em a i nt a s k so f t h i sp a p e ra r eh o wt ob u i l dp a r a m e t r i cm o d e lo fr o l l e ra n dp a l mo fb i t ，d i m e n s i o nt h eu s e r d e f i n ep o l a rd i m e n s i o no fm o d e la n d p r o d u c es i m p l e r o l l e rd r a w i n g o n l yh a st h ea p p l i c a t i o nb e e nc o m p i l e d ，r e g i s t e r e da n du n p a c k e d ，i tc o u l db er u n i n p r o e n g i n e e r t h i sp a p e r d i s c u s s e st h e w a y o f c o m p i l i n g f i l ea n d r e g i s t e r i n g a p p l i c a t i o n u s i n gt h et e c h n o l o g yo fp r o t o o l k i t , w ee d i tt h em e n ua n dd i a l o gr e s o u r c e f i l e s ，c r e a t ea n da c t i v a t et h e mi na p p l i c a t i o nt or e a l i z et h es i m p l eu s e ri n t e r f a c e ，b u t i ti s d i f f i c u l tt oc r e a t er e s o u r c ef i l e sw h e nw en e e dc o m p l i c a t ed i a l o g sw i t hg r a p h i c st og e t p a r a m e t e r si n f o r m a t i o n a f t e rs o l v i n gt h ep r o b l e mo fp r o t o o l k i tc o m m u n i c a t i n gw i t h v i s u a lc + + ，i tb e c o m e s p i e c eo f c a k e ，w ec a ne a s i l yc r e a t ea n yt y p ed i a l o g sw e w a n t u s i n gt h eu s e rd e f i n ef e a t u r ei np r o e n g i n e e r ，w eb u i l dt h ed a t a b a s eo fp a r a m e t r i c m o d e l so fr o l l e ra n dp a l mo fr o l l e r i n a p p l i c a t i o n ，w e c a l lt h ef i l ew h i c hd e s c r i b e st h e g e o m e t r yi n f o r m a t i o no f m o d e l st ob u i l di n s t a n t i a t eo fu d f ，s ot h es o t i dm o d e lo fr o l l e ra n d p a l mo f r o l l e rb i tc a nb ec r e a t e da u t o m a t i c a l l y f o rt h ep a t t e mf e a t u r e s ，f i r s t l yw ec r e a t ea n d f i l lt h ef e a t u r ee l e m e n tt r e e ，t h e nt r a n s f e ri tt op r o e n g i n e e rt oc r e a t et h ef e a t u r e s w ec a n b u i l dd i f f e r e n tt y p eo fr o l l e ra n d p a l m s o f r o l l e rb i tb yt h o s em e t h o d s t h ed i m e n s i o ni np r o e n g i n e e rd o e s n tf i tf o rt h en e e do fu s e rd e f i n e p o l a r d i m e n s i o n t h en o t e si ns o l i dc a nb es e e m e da sd i m e n s i o n s ，w eu s en o t e si nu d ft os o l v e s o m eo fd i m e n s i o n s t h es y m b o lt e c h n o l o g yi nd r a w i n gi sal i t t e r c o m p l i c a t e d ，b u t i tc a n a l s os o l v es o m et y p eo fd i m e n s i o n s f u r t h e r m o r e ，w ep r o v i d ea n o t h e rw a yo fm a r k i n gp o l a r d i m e n s i o n s t h r o u g hp r o g r a m t h e n w ei n t r o d u c et h em e t h o do fm a k i n g t e m p l a t e i n d r a w i n g ，w i t hi ta n d s o m ef u n c t i o no fp r o t o o l k it w ec a no u t l ：l u ts o m es i m p l ed r a w i n go f r o l l e ra n d s i m p l i f yt h es t e p so f d r a w i n g ，t h e s eg r e a t l yi m p r o v e t h ee f f i c i e n c y ， t h ew h o l es y s t e mi sd e s i g n e da c c o r d i n gt os o f t w a r ee n g i n e e r i n gd e v e l o p m e n tt h o u g h t a n do b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n g ( o o m ) m e t h o d t h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e di n t or o l l e r m o d e l i n gm o d u l e ，p a l mo fr o l l e rb i tm o d e l i n gm o d u l ea n dp o l a rd i m e n s i o n i n gm o d u l e i t e n c a p s u l a t e st h ec h i l dm o d u l e st od y n a m i cl i n kl i b r a r y s o ，i tm a k e st h es y s t e ms t r u c t u r e h 华中科技大学硕士学位论文 = 2 = = = = = = ；= ；= = = = = = = = = = ；= = = = ；= = = 2 = = = = = = = = = = = = 一 c l e a r , m o d i f i c a t i o na n dc a l lc o n v e n i e n t ，r e u s ee f f i c i e n c yh i 曲i naw o r d ，t h i ss y s t e mh a s c h a r a c t e r i s t i co fi n t e r f a c e f r i e n d l y ，e a s yd e v e l o p i n g ，e a s ym a i n t a i n i n g ，e a s ye x p a n d i n g e t c - t h ee x p e r i e n c eo f u s i n gt h i ss y s t e ms h o w si ti m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo f d e s i g nm o r e t h a n5 0 k e yw o r d ：r o l l e rp a l mo fr o l l e rb i tp r o e n g i n e e rp r o t o o l k i t u s e rd e f i n ef e a t u r e f e a t u r ee l e m e n tt r e ep o l a r d i m e n s i o n i n g 一 i i l 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题来源、目的及意义 1 11 课题来源 1 绪论 本课题是由华中科技大学机械学院与江汉石油钻头股份有限公司合作的“牙轮钻 头三维变型设计研究”项目的组成部分。 11 ，2 课题目的及意义 一o e n g i e e r 是美国参数技术公司( p t c ) 研制的三维c a d c a m 软件，它是一个用 于产品的三维模型设计、加工、分析及绘图等的大型c a d c a m 软件系统。该软件以使 用方便、参数化特征造型和系统的全相关性而著称。目前在我国的电子、家电、塑料 模具等行业取得了广泛的应用是国外c a d c a m 软件在国内用户数最多的软件。以生 产石油钻头为主的江汉石油钻头股份有限公司，自引入该软件以来，在产品三维模型 设计效率得到一定程度提高的同时，也发现了不少问题。表现在：其一，由于 p r o e n g i n e e r 是一种适用面广泛的通用型软件，对该公司生产的石油钻头来说，针对 性不足不能满足公司对牙轮标注所采取的极坐标标注形式的特殊要求；其二，由牙 轮、牙掌构成的石油钻头，结构复杂，形状极不规则，采用常规的手工建模方式，周 期长、难度大，对于普通设计人员来说，需要花费大量的时间来熟悉和掌握 p r o e n g i n e e r 的高级建模技巧，造成人员培训成本的高昂。更为麻烦的是，由于牙轮 和牙掌产品的基本形状、主要结构比较固定( 如图1 1 和1 2 所示) ，不同型号的牙 轮往往改变的只是尺寸大小、齿孔数目、牙轮钻铰齿孔数目、开齿槽形状、铣合金槽 数目、牙掌油孔和牙掌水孔形位等细节内容。因此如果完全采用手工建模，将造成大 量重复性劳动，效率极为低下；其三，尽管p r o e n g i n e e r 功能强大，但其出图模块 却相对薄弱( 比如尺寸线的显示与否，尺寸线在图纸上的位置布局等需要人工逐项调 整) ，尺寸标注不能很好地满足公司对产品零件图的特殊要求。鉴于上述原因，江钴 股份有限公司委托我们承担“牙轮钻头三维变型设计研究”项目的具体研发工作。该 项目旨在利用p r o g n g i n e e r 软件自带的二次开发工具p r o t o o l k i t ，根据产品优化设 计和标准化设计原则，建立以牙轮、牙掌零件特征为基础的组合设计架构，形成标准 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 化、模块化、参数化的牙轮钻头设计体系。这样，利用该体系，就可以方便、迅速地 完成牙轮钻头的三维实体建模和部分牙轮产品工程图的全套设计，缩短产品开发周 期，简化产品开发过程，提高产品的市场竞争力，最终取得良好的经济效益。 图1 1 牙轮外形 图1 2 牙掌简化模型 经济的迅速发展，信息技术的突飞猛进，使得现代企业的市场竞争目益呈现全球 化色彩。企业出于自身生存和发展的需要，越来越多地采用c a d 技术，以使其能低成本、 高效率地开发、设计出新产品，全面提高企业对市场的快速响应能力。这种趋势在客 观上为商用c a d 软件提供了巨大的市场需求，推动了整个c a d 技术的发展和普及。各 类c a d 软件在设计和制造中得到了广泛应用。现阶段，基于特征技术的商用c a d 软件 得到了广大用户的一致认可，如p r o e n g i n e e r ，u n i g r a p h ，i d e a s 等都拥有庞大的用 户群。作为通用的c a d 软件平台，这些软件在通用性上非常出色，覆盖了众多的产品设 计领域，也考虑了一般性的设计规范。但由于产品设计的要求千差万别，设计人员所处 的设计环境和拥有的设计资源也不尽相同，使用这类通用c a d 系统存在有如下一些缺 点：造型技术以几何形体构造为着眼点与产品设计中以零部件设计为重点有出入，影 响产品的设计效率；系统的设计计算能力差，用户难以借助于这类通用c a d 系统完整 自如地表达自己的设计思路，实现专业化的设计流程。上述缺陷与企业对c a d 系统的 用户化需求形成了矛盾，应运而生的三维c a d 系统的二次开发已成为解决这一矛盾的 主流技术。国内在二维c a d 系统如a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 软件的二次开发上有非 常良好的业绩，也推出了相当成熟的商用产品并拥有众多的用户，但在三维c a d 系统的 二次开：殳上还处于探索阶段，尚有许多问题需要解决。p r o e n g i n e e r 作为先进的机械 设计自动化系统，为用户提供了二次开发工具p r o t o o l k i t ，用户可根据需要开发自 己的基于p r o e n g i n e e r 的应用程序，加强软件的针对性，简化使用流程，提高使用 效率。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 国内外研究概况 121 变型设计理论概况 1 变型设计的基本概念 变型设计是关于设计方法和过程的一种分类定义，它提取已存在的设计或设计计 划，作特定的修改以产生一个和原设计相似的新产品。这种修改一般不破坏原设计的 基本原理和基本结构特征，是一种参数的修改或结构的局部调整或两者兼而有之，其 目的是快速、高质量、低成本地生产新产品以满足不断变化的市场的要求。p a h i 和 b e i t z ”最早将设计分为初次设计( o r i g i h a ld e s i g n ) 、适应设计( a d a p t i v ed e s i g n ) 、 变型设计( v a r i a n td e s i g n ) ，并指出在实际的设计工作中大约7 0 属于适应性设计和 变型设计。基于变型设计的重要性和存在的广泛性，客观上要求c a d 系统能够支持这 种设计方法但目前存在的c a d 系统对这种设计方法的支持程度十分有限，因而使有 关变型设计的理论和方法成为当今c a d 研究的一个重点“1 。 产品零件的变型设计主要包括两个方面： ( 1 ) 尺寸变型这类零件的结构完全一样，只需对基型( 标准模块) 重新确定尺寸 即可。 ( 2 ) 结构形状变化这类几何相似零件，不仅尺寸要发生变化，某些结构也要改 变，但因结构基本相似，故只需改变局部结构。 2 目前存在的变型设计的理论和方法 ( 1i 基于装配模型的变型设计理论“ 目前的c a d 系统建立了产品的完整的几何模型，这种建模方法是从零件的建模开 始的，以完成零件的拼装形成整个产品几何设计为最终目标。这种方法是一种自底向 上的建模方法，难以表达产品的功能信息、装配信息等设计者的设计意图，因为产品 的功能，不是由单个零件表现出来的，而是由不同零件的组合即装配体实现的。因此装 配模型足提供和维护产品功能设计意图的关键。装配建模即是装配模型的建立过程， 旨在建志完整的描述产品装配信息的数据模型，以期不仅可以表达零件的几何模型， 而且可以通过表达零件之间的装配关系反映整个产品的功能要求和设计者的设计意 图。 ( 2i 基于特征的变型设计理论”“ 特征设计是面向设计和制造的全过程，它是以几何模型为基础并包括零件设计、 生产过程所需的各种信息的一种产品模型方案。它允许设计者通过组合常见形体，如 华中科技大学硕士学位论文 槽、筋、凸台、键槽等来完成产品的设计，而不是使用抽象的几何点、线、面。系统 提供了用不同属性值实例化特征的能力，而且一般常用的形状特征由系统设计者以特 征库的形式提供给用户，且许多系统还允许用户用自定义特征扩展系统特征库。 ( 3 ) 基于参数设计和变量设计方法的变型设计 参数设计一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关 系。参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应关系，设计结果的 修改受到尺寸驱动。生产中常用的系列化、标准化设计就是属于这一类型。 变量设计是设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程组来确定 产品的尺寸和形状。约束可以是几何约束，也可以是工程约束，约束的修改可由约束 方程驱动。参数设计和变量设计适用于产品的初始设计和定型产品系列设计，使产品 的设计图纸的修改可以由某些结构尺寸的变化来驱动。 ( 4 ) 基于实例推理技术的变型设计理论“3 近年来在国外出现了将基于实例的设计( c b dc a s e - - b a s e dd e s j g n ) 系统的研究和 开发引入设计领域的趋势。c b d 系统是新兴的人工智能技术c b r ( c a s e b a s e d r e a s o n i n g ) 中的推理技术在c a d 领域的应用的结晶，是一种组合或修改已存在的设计 结果、产生满足新设计要求的新设计过程。c b r 技术是近年来人工智能重要的研究方 向。它充分利用人类的经验知识，将人类以往处理某类问题的经验作为现在处理这类 相似问题的参考。国内在c b d 方面的研究尚处于空白阶段，因此开展c b d 的理论和应 用研究不仅意义重大，而且十分迫切。 以上述及的变型设计理论和方法，均不同程度地解决了变型设计中一些重要问 题，达到了一定的目的和要求。 12 2p r o e n gin e e r 二次开发方法简介 p r o e n g i n e e r 的二次开发方法有两种：一是基于a u t o m a t t o ng a t e w a y 的二次开 发过程；一是基于p r o t o o l k i t 的二次开发过程。 1 基于a u t o m a t i o ng a t e w a y 的二次开发 a u t o m a t i o ng a t e w a y 是r a n d 公司开发的针对p r o e n g i n e e r 软件的二次开发工 具，应用它可以自动实现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。并且可以把任何支持a c t i v e x 的应用程序和p r o e n g i n e e r 建立直接联系。可以 利用v is u a b a s i c ，使m i c r o s o f to f f i c e 产品和p r o e n g i n e e r 对象之间进行数据交 换。 a u t o m a tl o ng a t e w a y 最显著的特点是可以用简单易用的v b 建立用户需要的应用 4 华中科技大学硕士学位论文 程序，利用这个程序可以控制p r o e n g i n e e r 模型的建立过程，从而可以方便地开发 适合客户需要的应用程序。 v i s u a l b a s i c 6 0 a u t o m a t i o n g a t e w a y p r o e n g i n e e r 图1 3 三者关系图 图1 3 为v i s u a lb a s f c 、a u t o m a t i o ng a t e w a y 和p r o e n g i n e e r 三者之间的联 系图。从图中可以看出，a u t o m a t i o ng a t e w a y 在v is u a b a s i c 和p r o e n g i n e e r 之间 起到桥梁和纽带的作用。通过a u t o m a t i o ng a t e w a y ，就可以利用v is u a b a s ie 访问 p r o e n gi n e e r 底层数据库了。 2 基于p r o t o o l k i t 的二次开发4 。“ p r o t o o l k i t 是p t c 公司自己研发的针对p r o e n g i n e e r 的功能强大的二次开发工 具，它有族表( f a m i l yt a b l e ) 、用户自定义特征( u s e rd e f i f i ef e a t u r eu d f ) 、 p r o p i o g r a m 、特征元素树( f e a t u r e e l e m e n t t r e e ) 等二次开发方法。它封装了 许多针对p r o e n g i n e e r 底层资源调用的库函数与头文件，借助第三方编译环境( c 语言、v c + + 等) 进行调试。使用p r o t o o l k i t 开发应用程序包含三个基本步骤：编 写源文件，如资源文件( 包括菜单资源文件、窗口资源文件、对话框资源文件等) 和 程序源文件( c 或c h 程序) ；将源文件编译生成可执行文件；在p r o e n g i n e e r 中注 册可执行文件并运行。 a u t o m a t o ng a t e w a y 可以使用v i s u a lb a s i c 对p r o e n g i n e e r 进行二次开发。由 于a u l o m a t i o ng a t e w a y 是第三方开发的接口程序，它不具有能够访问所有 p r o e n g i n e e r 底层资源的优点。现在最高版本的a u t o m a t i o ng a t e w a y 可以访问 p r o e n g i n e e r 中常用的大部分的底层资源文件，这些资源文件用户常常用到。v i s u a l b a s i c 是一种简单易学的语言，使用起来非常方便，适合初学者。但以v i s u a lb a s i c 开发的应用程序与p r o e n g i n e e r 的兼容性要差一些。 p r o t o o l k i t 是p r o e n g i n e e r 软件系统自带的二次开发模块可以直接访问 p r o e n g i n e e r 软件的最底层数据库资源，它几乎可以访问所有的p r o e n g n e e r 的资 源，可以说是进行p r o e n g i n e e r 二次开发的最根本方法。用它开发的应用程序可以 实现与p r o e n g i n e e r 的无缝连接，但这需要开发者有c 和v is u a lc 十+ 编程的功底。 华中科技大学硕士学位论文 13 项目实现的技术路线和开发环境的配置 1 3 1 项目开发的技术方案 本项目在w i n d o w s 2 0 0 0 下，采用v c + + 6 0 作为软件开发平台，应用软件使用 p r o e n g i n e e r2 0 0 1 版。项目的技术方案为： 1 选用同步模式( s y n c h r o n o u sm o d e ) 作为应用程序与p r o e n g i n e e r 系统的 集成方式，以尽量降低开发难度可以提高程序的运行速度。 2 对于p r o t o o l k i t 提供的实现程序自动建模的几种途径，对单一特征，我们 采用用户自定义特征( u d f ) 法。相比较而言，采用这种方法所编程序的过程与手工 建模过程比较相似，编程实现相对容易，也更易理解：对于多层多数量的钻铰孔，还 要结合特征元素树，这要复杂一些。 3 工程图模块较为复杂，除了使用p r o t o o l k i t 提供的一些相关函数外，必要 时我们也将考虑另行构建出图模型，专门用于零件的出图。 132 项目的开发环境配置 目前国内利用p r o t o o l k i t 开发p r o e n g i n e e r 应用程序还不多，主要原因是二 次开发比较困难，特别是初学者在开发应用程序的过程中会感到很多不便“1 。其中之 一就是p t c 公司只提供了m s d o s 命令行来编译连接生成应用程序，而没有提供任何 其它相关资料。在这种情形下，源程序的编辑、编译要在不同的环境中进行。这是一 种相当繁琐的工作，开发效率低下。而先编辑m a k e f il e 模扳文件，再以m ic r o s o f t 公司的软件开发平台”作为p r o t 0 0 l k f t 应用程序的集成开发和编泽环境，就可以 圆满地解决这个问题。 采用v c 作为开发和编译环境，可以同时满足d l l 模式和多进程模式 ( m u l t i p r o c e s sm o d e ) 开发需求。对于多进程模式的程序，可以利用v c 的w j n 3 2 控制台程序模块( w i n 3 2c o n s o l ea p p l i c a t i o n ) 来编写。而对于d l l 模式的应用程序， 则可以利用v c 的m f c 动态连接库编程向导( m f ca p p w i z a r d ( d 1 1 ) ) 来编写。无论哪 种模式，均需在v c 中引入p r o t o o l k i t 内一些专门的库文件，并指定p r o t o o l k i t 中库文件和头文件的存放路径。这些库文件包括p r o d e v d 1 1 1 ib 、p r o t k d 1 1 1 i b 、 l i b c 1 i b 、w s o c k 3 2 1 i b 、m p r 1 i b 等。要加入库文件，应在p r o j e c t 下拉菜单里，点 击s e t t i n g ，在弹出的p r o j e c ts e t t i n g 对话框里单击l i n k 选项卡，再在 o b j e c t l i b r a r ym o d u l e s 编辑框中输入这些库文件名即可。要指定库文件和头文件的 6 华中科技大学硕士学位论文 存放路径，应单击t o o l s 下拉菜单里的o p t i o n s 菜单项，在出现的对话框中，选择 dl r e c 【，o rl e st a b 下的d i r e c t o r e s 输入框，在其中加入必要的头文件路径和库文件 路径。 1 4 论文研究的主要内容 本论文的主要研究内容是牙轮和牙掌的三维变型设计，当用户输入尺寸参数后， 应用程序可以在基础模型上自动生成牙轮和牙掌新模型、用户自定义的尺寸标注和牙 轮的工程图。具体工作包括： 1 p r o t o o l k i t 的基本特点和基本数据结构研究。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；p r o t o o l k i t 中的一些基本的自定义对象及其 封装方法，基本数据的对象表示，常用的对象和坐标系的变换。 2 用户界面的设计。研究菜单资源文件、窗口资源文件、对话框资源文件，制 作牙轮和牙掌界面菜单和特征参数输入界面等。研究p r o t o o l k i t 与v i s u a lc + + 的接 口技术，复杂的用户界面用p r o t o o l k i t 中的方法比较难做，用v c 却相对容易，由 于v c 是以c + + 为编程语言，而p r o t o o l k i t 却用c 编程，所以要解决它们之间的通信 问题( 尤其是和m f c 的接口) 。 3 特征建模研究。研究p r o e n g i n e e r 中的几种二次开发方法，如用户自定义 特征( u d f ) ，特征元素树等，研究u d f 对象的数据结构和功能函数，阵列方法的数据 结构和功能函数，解决多层多数量自动钻铰孔的技术问题，实现牙轮毛坯、铰齿孔、 挖齿槽、轴承孔和牙掌毛坯、轴承、油孔、水孔等特征的自动建模。 4 自定义标注和工程图。解决p r o e n g n e e r 中p a r t 模式下牙轮极坐标标注( 参 数驱动) 的实现方法问题，结合u d f 技术实现用户要求的牙轮极坐标标注；利用 d r a w i n g 模式中的符号标注的实现部分极坐标标注。制作绘图模板，并利用 p r o t o o l k i t 中的有关出图的函数与对象实现基本的出图。 华中科技大学硕士学位论文 2 1p r o t o o l k it 概述 2 应用程序接口 p j o t o o l k i t 是参数技术公司( p t c ) 为用户定制的二次开发工具，用c 语言编程， 可以实现和p r o e n g i n e e r 的无缝连接，以扩展p r o e n g i n e e r 的功能。p r o t o o l k i t 提供了大型的c 函数库供外部应用程序调用，它们可以使用p r o e n g i n e e r 的数据库。 因此，p r o t o o l k i t 可以说是p t c 应用程序开发的接口。 2 1 1p r o t o o l k i t 和p r o d e v e l o p 的关系 用户在安装了p r o t o o l k i t 后，自动生成如图2 1 所示的目录结构。它分别提供 了常用的头文件( i n c l u d e s 中) 、常用的源程序( p r o t k _ a p p l s 中) 、p r o t o o l k i t 的最新信 皂, ( r e a d e m e ) 、常用的库文件和m a k e f i l e5 叫8 6 ( i 4 8 6 _ n t ) j i l l o 图2 1p r o t o o l k i t 的目录结构 p r ( ，t o o l k i t 使用面向对象的编程风格，旧版本p r o d e v e l o p 的使用者熟悉的许 多库函数都被2 0 0 1 版同样功能的新函数取代。对于已经存在的旧版本的应用程序， 用户没有必要将其转换为新的面向对象的风格，因为它使用同旧版本中同样的方法集 成应用程序代码到p r o e n g i n e e r ，所以，两种代码可以同时存在一个应用程序中，被 华中科技大学硕士学位论文 取代的函数仍然保存在系统的数据库中，这说明已有的p r o d e v e l o p 程序可以利用 2 0 0 1 版本的优点而不必改变自身的风格。但在2 0 0 1 版本的p r o t o o l k i t 中，有些模 块领域的p r o d e v e l o p 函数没有被对应的p r o t o o l k i t 替换函数，使用这些函数时必 须混合两者的函数，以利用各自的优点。 2 1 2 编程风格 p r ) t o o l k i t 使用面向对象( o b j e c t - o r i e n t e d ) 的编程风格，数据经过封装和隐 藏，所以它和系统之间传递信息的数据结构对应用程序而言是不可见的，这些数据结 构只有p r o t o o l k i t 的函数可以访问。其最基本的概念是对象和动作( o b j e c ta n d a c t i o n ) ，这里对象是一个明确定义和独立的、可以完成对象相关动作的c 结构体的 实例。一部分对象是p r o e n g i n e e r 数据库中的项目，如特征，曲面；另一部分项目 是临时的，如一个选择动作选择的临时项目。每种对象都有一个包含“p r o ”、加上一 个以大写字母开头、描叙对象的名字，均对应数据库中的一个项目，如p r o f e a t u r e 一 特征、p r o s o l i d - - 描叙零件和装配件。对象的等级反应了数据库的层次，如一个 p r o p e a t u r e 对象可以包含一个p r o s u r f a c e 类型的对象，如图2 2 所示。 图2 2对象之间等级和关系 p r o t o o l k i t 函数库中的每个c 函数都会针对某个特定的对象执行一个动作，从 而完成相应的功能。函数含有一个或以上的对象类型，函数名中，首先是对象类型， 其次是动作，函数命名规则为：p r o + 对象名+ 针对对象的动作。例如 p r o a x i s d g e t ( p r o a x i sa x i s ，i n t 却i d ) ，其中* g e t ( ) 表示从p r o e n g i n e e r 数据 库中读取数据。函数参数采用默认的规定：第一个参数用于识别对象，输入参数在输 出参数的前面，如a x i s 为输入的轴对象，p _ i d 是输出的指向轴标识的指针。每个函 数都有一个函数原型，如e x t e r np r o e r r o rp r o a x i s i d g e t ( p r o a x i sa x l s ，i n t + p j d ) ，调用的函数必须遵循该格式。某个特定的对象的所有函数原型都存于针对该 对象命名的头文件中，且头文件名与对象名相同。例如，函数p r o e d g e l e n g t h e v a l ( ) 华中科技大学硕士学位论文 的函数啄型在头文件p r o e d g e h 中。每个函数都会有返回值，返回的是p r o e r r o r ，它 指明返回错误的类型，无论函数调用是成功或失败，都会返回错误类型的信息，指明 函数调用的结果。p r o e r r o r 定义如下： t y p e d e fe n u mp r o e r r o r s p r o t k n o e r r o r = 0 ， p r o t k g e n e r a l e r r o r = 一1 ， p r o t k b a d i n p u t s = 一2 ， p r o e r r o r ，p r o e r r ： 函数调用成功时一般返回p r o t k o e r r o r 。失败时根据不同的失败原因，返回 值不同，如p r o t k g e n e r a le r r o r 指一般错误，p r o _ t k b a d i n p u t s 指输入错误。应 用程序中必须注意对函数返回的错误状态进行处理，以确保程序的顺利执行和获取正 确的结果。不同的错误有不同的处理方法，通常在头文件函数原型的注释中包含了可 能的错误类型，应用程序只需对该类型错误做处理就可以了。 2 2 应用程序的开发模式 2 2 1 同步模式 应用程序集成到p r o e n g i n e e r 中的标准方法是使用动态连接库( d l l ) 。用户编 译c 源代码并将其和p r o t o o l k i t 库连接，生成d l l 文件，在p r o e n g i n e e r 启动时 自动将该文件连接到其中，这种方法称为“d l l 模式”。在d l l 模式，应用程序和 p r o e n g i n e e r 的信息交换是通过直接的函数调用实现。 p r o t o o l k i t 也支持另一种集成方法“多线程模式( m u l t p r o c e s sm o d e ) ”。在 该模式下，应用程序代码被编译和连接为一个单独的可执行文件( e x e 文件) ，作为 p r o e n g i n e e r 进程的子线程。该系统模拟直接函数调用，在两个进程间传递函数的识 别信息及其参数。多线程模式含有比d l l 模式更多的交换过程，一般而言，多线程模 式通信负担比d l l 模式重，尤其是应用程序频繁调用p r o t o o l k i t 库函数时，通信更 复杂，但它易于调试和发现程序错误。尽管多线程模式同时有多个线程在并行运行， 这些线程并没有真的并行处理，每个进程给另一个进程发一个消息，询问是否有操作 在进行，并等待其它线程报告操作完成的消息。控制在两个线程之间转换，总是有一 个线程在等待。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 我们可以在两种模式中任选一种而无需改变源代码。也可以在p r o e n g i n e e r 进 程中同时使用多个应用程序和多种模式。如果为了调试方便而使用多线程模式，那么 在安装该应用程序作为终端用户使用时，应该切换到d l l 模式，因为在d l l 模式性能 更好一些。由于不同的模式有不同的并发症，故应该以d l l 模式测试成功才可发行。 d l l 模式和多线程模式通常称为“同步模式( s y n c h r o n o u sm o d e ) ”。 2 2 2 异步模式 异步模式( a s y n c h r o n o u sm o d e ) 也采用多线程，但p r o t o o l k i t