基于ProE的通用件二次开发设计

湘潭大学兴湘学院目 录第一章 引言11.1 CAD/CAM的发展现状11.2 课题的提出及意义21.3 预期功能31.4 本论文主要内容3第二章 二次开发总体方案的确定42.1 二次开发语言(Pro/TOOLKIT)42.2 开发工具的确定42.3 开发环境62.3.1硬件开发环境62.3.2 软件开发环境62.4 工作模式的确定62.5 总体设计框架7第三章 对话框的开发设计93.1对话框的设计93.1.1 类型对话框的设计103.1.2子对话框的设计143.2 编写菜单操作源程序173.3 注册运行363.4 程序验证37第四章 参数化设计404.1 弹簧404.1.1 圆柱螺旋压缩弹簧404.1.2 截锥螺旋弹簧444.1.3 圆柱螺旋拉伸弹簧444.1.4 中凹形螺旋弹簧454.1.5 中凸形螺旋弹簧454.2 齿轮464.2.1 直齿圆柱齿轮464.2.2 斜齿轮504.2.3 锥齿轮504.3 轴承514.3.1 深沟球轴承514.3.2 圆柱滚子轴承514.3.3 调心球轴承的524.4 带轮524.4.1 实心式带轮524.4.2 腹板式带轮534.4.3 孔板式带轮534.5 链轮544.6 蜗轮544.7 其它554.7.1 键554.7.2 垫圈57结论59致谢60参考文献61附录I 外文文献翻译62附录 外文文献原文70附录III 全部程序（光盘）83基于Pro/E的通用零件的二次开发设计摘要：本课题针对多种类型通用零件，提出基于Pro/E平台进行二次开发的一种可行方案。并且成功开发设计出能满足用户要求的零件模型库。本文首先简单介绍了与本课题相关的Pro/E二次开发功能，包括自定义菜单的生成、对话框的制作、Pro/TOOLKIT应用程序的执行。其次根据本课题的要求，分析了弹簧二次开发的整体设计思路。然后以圆截面圆柱螺旋压缩弹簧为例，较详细地说明了利用Pro/TOOLKIT及Visual Studio2005在Pro/E二次开发中的应用，并给出了测试实例。最后对开发的三维建模程序进行测试。结果表明：开发程序正确无误，建模迅速，大大提高了这类通用件在Pro/E平台上的设计效率。关键词：Pro/E、二次开发、Pro/TOOLKIT、Visual Studio2005The Secondary Development of common parts Based on Pro/EAbstract：This article introduces a feasible method of secondary development based on Pro/E against some kinds of parts. And the spring parts library is successfully designed meet to the user requirements.Firstly, this article simply introduces the secondary development functions of Pro/E referring to this task which includes the creation of menu, the creation of the dialogue, the Pro/TOOLKIT procedure execution. Then the precept to the overall design way of spring secondary development is analyzed. With an example of a round cross-section helical compression spring in detail, it particularly describes the application of Pro/TOOLKIT and Visual Studio2005 in the secondary development base on Pro/E, and test examples. At last, the test of all process of three-dimension-part-model driven by database is performed indicates that the program is right, and the mold can be set up quickly. The efficiency for the design of interchangeable part based on Pro/E can be increased.Keywords: Pro/E、Secondary Development 、Pro/TOOLKIT、Visual Studio2005第一章 绪论 1.1 CAD/CAM的发展现状CAD/CAM技术作为电子信息技术的重要组成部分，其应用已遍及各个工程领域，是工程设计、产品制造业界的一场革命。经过四十多年的发展，CAD/CAM技术有了长足的进步。以前CAD/CAM技术大都是在工作站平台上运行和开发，随着计算机水平的大幅提高，目前CAD/CAM软件均可以在微机上运行。微机平台为普及CAD的应用创造了绝好的条件。在此基础上，CAD/CAM软件厂商展开了新一轮的竞争。目前CAD/CAM软件动态如下: Unigraphics(UG)UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。 SOLIDEDGESOLIDEDGE是真正Windows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows平台上，而是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。SOLIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计师们在使用CAD系统时，能够进行Windows下字处理、电子报表、数据库操作等。SOLIDEDGE具有友好的用户界面，它采用一种称为SmartRibbon的界面技术，用户只要按下一个命令按钮，既可以在SmartRibbon上看到该命令的具体的内容和详细的步骤，同时在状态条上提示用户下一步该做什么。SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。 AutoCADAutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。目前在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。Autodesk公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及Web网的数据开发等重大领域。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。 Pro/EngineerPro/Engineer系统是美国Parametric Technology Corporation(简称PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。Pro/Engineer系统主要功能如下:(1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方；(2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力；(3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图；(4)容易使用，可以极大地提高设计效率。Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/Engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。因此，本开发利用Pro/Engineer为平台对弹簧进行二次开发。1.2 课题的提出及意义产品的三维设计离不开CAD/CAM系统的支持，具有技术成熟、功能强大的Pro/ENGINEER参数化造型系统在设计和制造业中引起了人们的重视，并得到了日益广泛的应用。Pro/ENGINEER提供了强大的三维几何造型功能，使我们能够创建出各种复杂的几何模型，作为通用的三维CAD/CAM系统在功能上基本能够满足产品三维设计要求，但有时这些功能并不能满足我们的需求。例如标准零件系列，它们的结构都是相同的，区别只在于尺寸，如果标准零件系列都通过三维建模的方式来实现，那么工作量将非常巨大。虽然Pro/ENGINEER自身也有一些模型库，但是这远远满足不了用户的要求。因此，也就有了本课题研究开发的必要。机械产品的开发过程中会用到大量的通用零件、标准件、相似件。如何建立这些常用零部件的库，利用已有的资源，花费较少的时间完成产品设计是用户非常关心的问题。建立这些通用件、标准件、相似件零件库作为一项可行方案，一方面可以避免不同设计者的重复劳动，提高设计效率,提高设计的标准化程度，减少错误发生率，缩短产品开发周期；另一方面还可以基于该软件的三维实体模型进行更深层次的分析（如有限元分析等），以确保机械设计结果安全可靠。综上，对某些特殊零件进行二次开发是非常有必要的。因此也就有了本课题的提出。1.3 预期功能如今，虽然绘图软件很多，而且建模方法也越来越智能，易学易懂。但是有些模型，具有相似性和通用性，如标准件，常用件等。如果每用一次都要建一次模型，那么将会大大延长设计周期，如此繁琐而重复的步骤，将给设计者带来不必要的负重。本课题将通过参数化建模，解决这一问题。用户只需正确选择或输入零件相关参数，Pro/E便能自动生成用户所需的模型，这样大大缩短了开发设计的时间，提高了零件的结构设计效率。1.4 本论文主要内容在本课题中，将涉及到齿轮、弹簧、端盖等零件的二次开发。本人负责弹簧、齿轮、链轮、蜗轮、轴承等通用件零件的二次开发设计。本文首先简单介绍了一些绘图软件特别是Pro/ENGINEER的现状，说明了研究本课题的必要性以及重要性；其次介绍了一些Pro/ENGINEER二次开发工具；接着确定本二次开发的总体方案；最后详细地介绍了对弹簧进行二次开发的全过程。本文的重点在于对弹簧进行二次开发的部分。对弹簧的设计将包含以下内容： 弹簧的参数化建模； 设计弹簧菜单及对话框(其中包含实现对话框上各按钮的功能的相应程序)； 检验设计是否能达到预期功能。第二章 二次开发总体方案的确定2.1 二次开发语言(Pro/TOOLKIT)Pro/TOOLKIT是美国Parametric Technology Corporation(PTC)公司为Pro/ENGINEER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Pro/ENGINEER系统的功能，开发基于Pro/ENGINEER系统的应用程序模块，不仅如此，还可以利用Pro/TOOLKIT提供的UI对话框、菜单以及VC的可视化界面技术，设计出方便实用的人机交互界面，从而大大提高系统的使用效率。Pro/TOOLKIT是Pro/ENGINEER的一个应用程序接口(API)，它的编程语言是C语言，可以对Pro/ENGINEER进行功能扩展，满足PTC客户的特定需求。而且，Pro/TOOLKIT提供了定制标准Pro/ENGINEER用户界面的能力，自动执行重复性的程序，通过Pro/ENGINEER集成的内部程序(Dll)或外部应用程序（Exe）可以为造型用户提供自定义的应用程序、设计规划和绘图自动化。Pro/TOOLKIT工具包提供了开发Pro/ENGINEER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Pro/ENGINEER，并可以实现应用程序模块与Pro/ENGINEER系统的无缝集成。Pro/TOOLKIT工具包是随Pro/ENGINEER安装盘一起提供的，安装时在“元件”列表框中选中“API Toolkits”复选框，并在“子元件”列表框中选中“Pro/TOOLKIT”复选框，这样将在Pro/ENGINEER系统的默认目录下自动创建两个下级目录：protoolkit和prodevelop。Pro/TOOLKIT采用面向对象的程序设计方法（Object_Oriented Programming）。在Pro/ENGINEER和应用程序之间主要是通过特定的数据结构来传递信息，以应用程序来说这种数据结构并不是直接访问的，而只能通过Pro/TOOLKIT提供的函数来访问。2.2 开发工具的确定Pro/ENGINEER软件本身自带了一些二次开发工具，如族表工具、用户定义特征（UDF）、Pro/Program、J-link、Pro/Toolkit等。以下简单介绍上述几种二次开发工具：族表（Family Table）通过族表可以方便地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。族表工具是通过建立一个通用零件作为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表是通过电子表格来实现的，因此可以称其为表格驱动。用户定义特征（UDF）用户定义特征是将若干个系统特征整合为一个自定义特征，使用时作为一个整体出现。UDF适用特定产品的特定结构，有利于设计者根据产品特征快速生成几何模型。 Pro/ProgramPro/ENGINEER软件对于每个模型都有一个主要设计步骤和参数列表Pro/Program,它是由类似BASIC的高级语言构成，用户可以根据设计需要来编辑该模型的Program,使其以一个程序来工作。通过运行该程序，系统通过人机交互的方法来控制系统参数、特征出现与否以及特征的具体尺寸等。 J-linkJ-link是Pro/ENGINEER中自带的基于JAVA语言的二次开发工具，是一种面向对象、独立于操作系统平台的开发工具。用户通过JAVA编程实现向Pro/ENGINEER软件添加功能。 Pro/TOOLKITPro/TOOLKIT同J-link一样也是Pro/ENGINEER自带的二次开发工具。在Pro/TOOLKIT中，PTC向用户提供了大量的C语言函数库，函数采用面向对象的风格。通过调用这些底层函数，用户能方便而又安全地访问Pro/ENGINEER的数据库及内部应用程序，进行二次开发，扩展一些特定功能。上述各种二次开发工具集中在Pro/ENGINEER的“工具”菜单中，如图2-1所示。其中“辅助应用程序”主要用来调用Pro/TOOLKIT程序。图2-1开发工具由于Pro/TOOLKIT具有函数简单，应用方便等优点，本课题将使用Pro/TOOLKIT进行二次开发研究。2.3 开发环境开发环境包括两部分：即硬件开发环境和软件开发环境。2.3.1硬件开发环境本课题是基于Pro/Engineer Wildfire4.0的二次开发，因此只要能够安装支持Pro/E Wildfire4.0版本即可。建议配置如表2-1所示。表2-1 计算机配置项目推荐配置CPU2.0GHz内存512MB显卡显存32MB以上，推荐使用Geforce4以上的显卡网卡必须安装网卡（或使用虚拟网卡）2.3.2 软件开发环境操作平台：Windows2000/XP/NT；开发平台：Pro/ENGINEER Wildfire4.0；开发语言：Visual Studio2005.2.4 工作模式的确定Pro/TOOLKIT应用程序有两种工作模式：异步模式和同步模式。异步模式无需启动Pro/ENGINEER，就能够单独运行Pro/TOOLKIT应用程序的方法叫异步模式。异步模式实现了两个程序的并行运行，可以只在程序需要调用Pro/ENGINEER功能时，才启动Pro/ENGINEER。但由于异步模式具有代码复杂、执行速度慢等缺点，因此一般不采用异步模式。同步模式同步模式下，Pro/TOOLKIT应用程序必须与Pro/ENGINEER系统同步运行。同时，当Pro/TOOLKIT应用程序执行时，Pro/ENGINEER系统是处于停止状态的。同步模式又分为两种模式，即动态连接模式（DLL模式）和多进程模式（Multiprocess Mode）。动态连接模式是将用户编写的C程序编译成一个DLL文件，这样Pro/TOOLKIT应用程序和Pro/ENGINEER运行在同一个进程中，它们之间的信息是直接通过函数调用实现的。多进程模式是将用户的C程序编译成一个可执行文件，Pro/TOOLKIT应用程序和Pro/ENGINEER运行在各自的进程中，它们之间的信息交换是由消息系统来的。由于本设计任务要求运行Pro/ENGINEER时，所设计零件能自动嵌入到Pro/ENGINEER菜单上，兼之动态连接模式(DLL模式)又较为简单，运行速度比较快，因此本设计开发将采用同步模式中的动态连接模式，即DLL模式。2.5 总体设计框架本二次开发是基于Pro/ENGINEER的关于弹簧、齿轮、链轮、蜗轮、轴承的参数化设计。设计的对象是弹簧、齿轮、链轮、蜗轮、轴承。本任务将设计多种类型的弹簧、齿轮、链轮、蜗轮、轴承，要求用户只需选择或输入相关参数，就能自动生成所需的通用零件。弹簧的类型非常多，这里将以圆截面圆柱螺旋压缩弹簧为例进行二次开发设计过程说明。本开发的总体设计流程如图2-2所示，调用响应图如图2-3所示。建立开发目录设计菜单设计对话框打开VS2005新建工程Pro/toolkit编程与Pro/E连接调试通过图2-2 总体设计流程图启动Pro/E自动加载菜单选择自定义菜单选择所需零件调用对话框输入设计参数生成实体模型退出程序图2-3 程序调用响应图第三章 对话框的开发设计3.1对话框的设计本设计中将向Pro/ENGINEER界面上产生一个“弹簧参数化设计”的类型对话框，对话框中有“圆截面圆柱螺旋压缩弹簧” 、“矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧”、“圆柱螺旋拉伸弹簧” 、“圆柱螺旋扭转弹簧” 、“截锥螺旋弹簧” 、“中凹形螺旋弹簧” 、“中凸形螺旋弹簧”选项，用户可以根据自己的要求随意选取，如图3-1所示。图3-1弹簧类型对话框如上图3-1选取“圆截面圆柱螺旋压缩弹簧”将产生如图3-2所示的子对话框。 图3-2弹簧参数对话框 3.1.1 类型对话框的设计类型对话框程序的编写如下：(Dialog gear (Components (PushButton Cancel) (Label Selection) (SubLayout GearLayout) ) (Resources (Cancel.Label 取消) (Cancel.TopOffset 4) (Cancel.BottomOffset 4) (Cancel.LeftOffset 4) (Cancel.RightOffset 4) (Selection.Label 请在上面选择弹簧的种类) (Selection.TopOffset 4) (Selection.BottomOffset 4) (Selection.LeftOffset 4) (Selection.RightOffset 4) (.Label 弹簧参数化设计) (.StartLocation 5) (.Layout (Grid (Rows 1 1 1) (Cols 1) GearLayout Selection Cancel ) ) ) )(Layout GearLayout (Components (PushButton verticalgearbmp) (Label verticalgear) (PushButton inclinegearbmp) (Label inclinegear) (PushButton bevel1bmp) (Label bevel1) (PushButton wormbmp) (Label worm) (PushButton bevel2bmp) (Label bevel2) (PushButton ingearbmp) (Label ingear) (PushButton rackbmp) (Label rack) ) (Resources (verticalgearbmp.Bitmap E: example2TEXTRESOURCESPUR.GIF) (verticalgearbmp.TopOffset 4) (verticalgearbmp.BottomOffset 4) (verticalgearbmp.LeftOffset 4) (verticalgearbmp.RightOffset 4) (verticalgear.Label 圆截面圆柱螺旋压缩弹簧) (verticalgear.TopOffset 4) (verticalgear.BottomOffset 4) (verticalgear.LeftOffset 4) (verticalgear.RightOffset 4) (inclinegearbmp.Bitmap E:example2TEXTRESOURCEinclinspur.gif) (inclinegearbmp.TopOffset 4) (inclinegearbmp.BottomOffset 4) (inclinegearbmp.LeftOffset 4) (inclinegearbmp.RightOffset 4) (inclinegear.Label 矩形截面圆柱螺旋压缩弹簧) (inclinegear.TopOffset 4) (inclinegear.BottomOffset 4) (inclinegear.LeftOffset 4) (inclinegear.RightOffset 4) (bevel1bmp.Bitmap E:example2TEXTRESOURCEBEVEL1.GIF) (bevel1bmp.TopOffset 4) (bevel1bmp.BottomOffset 4) (bevel1bmp.LeftOffset 4) (bevel1bmp.RightOffset 4) (bevel1.Label 圆柱螺旋拉伸弹簧) (bevel1.TopOffset 4) (bevel1.BottomOffset 4) (bevel1.LeftOffset 4) (bevel1.RightOffset 4) (wormbmp.Bitmap E:example2TEXTRESOURCEWORM.GIF) (wormbmp.TopOffset 4) (wormbmp.BottomOffset 4) (wormbmp.LeftOffset 4) (wormbmp.RightOffset 4) (worm.Label 圆柱螺旋扭转弹簧) (worm.TopOffset 4) (worm.BottomOffset 4) (worm.LeftOffset 4) (worm.RightOffset 4) (bevel2bmp.Bitmap E: example2TEXTRESOURCEBEVEL2.GIF) (bevel2bmp.TopOffset 4) (bevel2bmp.BottomOffset 4) (bevel2bmp.LeftOffset 4) (bevel2bmp.RightOffset 4) (bevel2.Label 截锥螺旋弹簧) (bevel2.TopOffset 4) (bevel2.BottomOffset 4) (bevel2.LeftOffset 4) (bevel2.RightOffset 4) (ingearbmp.Bitmap E: example2TEXTRESOURCENIGEAR.GIF) (ingearbmp.TopOffset 4) (ingearbmp.BottomOffset 4) (ingearbmp.LeftOffset 4) (ingearbmp.RightOffset 4) (ingear.Label 中凹形螺旋弹簧) (ingear.TopOffset 4) (ingear.BottomOffset 4) (ingear.LeftOffset 4) (ingear.RightOffset 4) (rackbmp.Bitmap E: example2TEXTRESOURCERACKGEAR.GIF) (rackbmp.TopOffset 4) (rackbmp.BottomOffset 4) (rackbmp.LeftOffset 4) (rackbmp.RightOffset 4) (rack.Label 中凸形螺旋弹簧) (rack.TopOffset 4) (rack.BottomOffset 4) (rack.LeftOffset 4) (rack.RightOffset 4) (.Label 弹簧种类) (.Decorated True) (.Layout (Grid (Rows 1 1 1 1 1 1) (Cols 1 1 1) verticalgearbmp inclinegearbmp bevel1bmp verticalgearinclinegear bevel1 wormbmp bevel2bmp ingearbmpworm bevel2 ingear (Pos 5 1) rackbmp (Pos 6 1) rack ) ) )以上弹簧类型对话框资源文件必须以纯文本格式保存，并且扩展名为将所创建的对话框资源文件存放在E:example2TEXTRESOURCE目录下。此次命名为“GEAR.res”以便注册文件能够找到该资源文件。3.1.2子对话框的设计子对话框程序的编写如下：(Dialog spur (Components (PushButton Ok) (PushButton Cancel) (SubLayout GearLayout) ) (Resources (Ok.Label 确定) (Ok.TopOffset 4) (Ok.BottomOffset 4) (Ok.LeftOffset 4) (Ok.RightOffset 4) (Cancel.Label 取消) (Cancel.TopOffset 4) (Cancel.BottomOffset 4) (Cancel.LeftOffset 4) (Cancel.RightOffset 4) (.Label 圆截面圆柱螺旋压缩弹簧参数化设计) (.StartLocation 5) (.Layout (Grid (Rows 1 1 ) (Cols 1) GearLayout (Grid (Rows 1 ) (Cols 1 1) Ok Cancel ) ) ) ) )(Layout GearLayout (Components (Label teethnumlabel) (InputPanel teethnum) (Label pitchlabel) (InputPanel pitch) (Label anglelabel) (InputPanel angle) (Label widthlabel) (InputPanel width) ) (Resources (teethnumlabel.Label 弹簧外径) (teethnumlabel.TopOffset 4) (teethnumlabel.BottomOffset 4) (teethnumlabel.LeftOffset 4) (teethnumlabel.RightOffset 4) (teethnum.InputType 2) (teethnum.TopOffset 4) (teethnum.BottomOffset 4) (teethnum.LeftOffset 4) (teethnum.RightOffset 4) (teethnum.Columns 6) (pitchlabel.Label 弹簧内径) (pitchlabel.TopOffset 4) (pitchlabel.BottomOffset 4) (pitchlabel.LeftOffset 4) (pitchlabel.RightOffs