1、本科毕业论文（20 届）基于 Pro/E 二次开发的标准件库所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日 基于 Pro/E二次开发的标准件库摘要：本文研究以 Pro/E 二次开发工具 Pro/TOOLKIT 和 Visual Studio 2005 设计开发一套包括弹簧、齿轮、轴承三大类零件的通用零件库系统，实现了 Pro/E 环境下这三大类零件的快速参数化的自动建模。系统将通用零件库分为三类，使用 Pro/E 建模和关系式，建立各种通用
2、件的参数化模型数据库，编程调用数据库文件和利用 Pro/TOOLKIT提供的 UI 对话框存储各种通用件的参数初始值，或用户手动输入参数来实现各通用件特征的自动建模。关键词：零件库，Pro/TOOLKIT，二次开发，参数化设计General Parts Librarys Secondary Development Based on Pro/EAbstract：Based on Pro/E, this paper designs and develops a general parts library system including three categories of parts : sp
3、rings, gears, bearings using the secondary development tool Pro/TOOLKIT and Visual Studio 2005 to achieving the three kinds of parts fast automatic modeling of parameterized in Pro/E environment . The system divides general parts library into three categories, establish all kinds of interchangeable
4、parts parameterized model database and programming calls to the database file with using Pro/E model and relational expression. Besides, this system takes advantage of the UI dialog box provided by Pro/TOOLKIT to store all kinds of interchangeable parts parameter initial value. or a user inputs para
5、meters manually to realize each part characteristicsautomatic modeling .Keywords: Parts library, Pro/TOOLKIT, Secondary development, Parametric designI目 录1 前 言 .11.1 常用标准件库基本原理 .11.2 三维 CAD 技术 .21.2.1 CAD 技术的发展主要阶段 .21.2.2 CAD 技术的发展趋势 .31.3 零件库的发展及其研究现状 .41.4 二次开发的提出及主要研究内容 .61.4.1 二次开发背景及意义 .61.4.2
6、 主要研究内容 .72 开发环境及相关技术 .92.1 CAD 平台的选取 .92.1.1 Pro/Engineer 软件简介 .92.1.2 开发平台的选取 .92.2 Pro/TOOLKIT 二次开发基础 .92.2.1 Pro/TOOLKIT 简介 .92.2.2 Pro/TOOLKIT 的安装 .103 自定义菜单与用户对话框设计 .123.1 Pro/TOOLKIT 开发过程 .123.1.1 安装 VS 插件 Pro/TK Tools.123.1.2 新建工程 .133.1.3 设置包含文件和库文件 .143.1.4 编写注册文件 .153.1.5 程序的运行与卸载 .163.2
7、自定义菜单常用函数 .193.2.1 菜单栏菜单的添加 .203.2.2 菜单按钮的添加 .213.2.3 下级菜单的添加 .233.3 自定义菜单设计 .243.4 UI 对话框基本知识 .25II3.4.1 资源文件及格式 .253.4.2 主要函数介绍 .273.4.3 UI 对话框元件 .293.4.4 UI 对话框属性及相关函数 .303.5 直齿轮 UI 对话框实例 .314 零件参数化建模 .394.1 渐开线的几何分析 .394.2 直齿圆柱齿轮的建模过程 .405 零件库系统设计 .555.1 零件库系统整体设计 .555.2 直齿轮的参数化自动建模的实现 .575.2.1
8、调出 UI 对话框 .575.2.2 控件编程 .605.2.3 生成不同结构形式的直齿轮 .615.2.4 更新设置新参数 .655.3 实例演示 .675.3.1 零件库使用方法 .685.3.2 部分零件展示 .70结 论 .74参考文献 .75致 谢 .7611 前 言1.1 常用标准件库基本原理根据标准件的相似性原理 ,确定能够完整表示该系列标准件所有零件特征的复合零件 ,根据该复合零件可以派生出此系列标准件中的任一个零件。复合零件是在 pro/ E 环境下创建的三维零件模型 ,也称之三维零件样板。在三维零件样板的基础上确定一组设计参数来控制零件的形状和拓扑关系 ,并建立零件族设计参
9、数的系列尺寸 ;通过讯则不同的系列尺寸来自动生成零件的三维模型 1 ,从而实现常用标准件库的创建。例如；直齿轮创建参数化齿轮的过程相对复杂，其中涉及到许多与齿轮有关的参数以及关系式。（1）创建基本圆用草绘曲线的方法，创建分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆这四个齿轮的基本圆，圆的大小用事先设置好的参数来控制。（2）创建渐开线前面已经分析了渐开线方程的相关知识，这里用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线。（3）镜像渐开线在适当位置创建一个平面，然后该平面为参照，镜像已经创建好的渐开线，并用关系式来控制镜像平面的尺寸约束。（4）拉伸形成实体这是创建齿轮的关键步骤，以齿根圆和渐开线为参照，用拉伸的方法创建包
10、括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。（5）阵列轮齿将创建的齿形实体进行阵列，完成齿轮的基本外形。同时需要添加关系式来控制轮齿的生成个数。（6）创建其它特征创建齿轮的键槽、中间孔、腹板或轮辐孔等特征，并通过关系式来控制相关的尺寸。21.2 三维 CAD 技术CAD 是计算机辅助设计的简称，具体指通过计算机和图形设备的使用，帮助设计人员完成设计工作。随着计算机技术的广泛普及、计算机性能的不断提高以及智能化信息处理技术的发展，CAD 技术已经由传统的二维技术发展成为三维技术，并朝着集成、开放、标准化的方向发展。CAD 技术是新兴的计算机应用技术，不仅能够促进 CAD 软件行业的发展，而且能够促进
11、机械设计行业的发展1。在某些特定的工程领域内，CAD 技术从根本上改变了设计者的工作方式，在计算机技术领域内CAD 技术本身也己经发展成为一个世界范围的产业 2。1.2.1 CAD 技术的发展主要阶段1.20 世纪 50 年代后期至 70 年代初期线框造型技术。CAD 技术开始于上世纪 50 年代后期，然后随着计算机绘图软件技术的迅速发展开始开始得到进一步发展。此时主要是二维计算机绘图技术的应用，即用传统的三视图表达出零件信息，以计算机绘图代替手工绘图，使设计者从手工绘图的中解放出来。以二维绘图为主要目的的 CAD 技术作为 CAD 技术的一个完整分支一直相对独立地存在且平稳发展至今，主要的代
12、表软件如 AutoCAD。2.20 世纪 70 年代初期至 80 年代初期曲面(表面)造型技术。贝赛尔算法的提出，使人们开始利用计算机处理曲线问题及曲面问题变成现实，此时的代表软件为达索飞机公司推出的三维曲面造型软件 CATIA。这意味着 CAD技术从二维到三维的跃升，实现了真正的用计算机表达零件的相关信息，同时也为CAM 技术的开发提供了坚实的基础。3.20 世纪 80 年代初期至 80 年代中期实体造型技术。SDRC 公司在 1979 年发布了世界上第一款真正基于实体造型技术的大型CAD/CAE 软件I-DEAS。实体造型技术使设计工作发生了极大的变化，成为未来 CAD 技术的发展方向，被
13、称为第二次 CAD 技术革命。由于实体造型数据计算量非常庞大，超出了当时计算机硬件运算能力，使它的进一步发展受到限制。4.20 世纪 80 年代中期至 90 年代初期参数化技术。上世纪 80 年代中期，人们提出了参数化实体造型技术，代表软件为 Pro/E。其特点是：基于特征、尺寸驱动设计修改、尺寸约束、全数据相关。随着参数化技术3的不断成熟，它的优势得到了充分的体现，使之成为 CAD 发展历程上的第三次技术革命。5.20 世纪 90 年代初期至今变量化技术。SDRC 分析了现有的各种造型技术，对它们各自的优缺点进行对比后，以参数化技术为支撑，提出了变量化技术一种更为先进的实体造型技术。变量化技
14、术特点保持了参数化技术本身的优势之处，同时也克服了某些不足，成为了 CAD 技术发展的第四次革命。目前流行的 CAD 技术基础理论主要是以 PTC 公司的 Pro/E 为代表的参数化造型理论和以 SDRC 公司的 I-DEAS 为代表的变量化技术造型理论两大流派，它们都属于基于约束的实体造型技术 3。CAD 技术正在向着更为深广的方向发展，主要表现为以下几个方面：（1）基于专家系统的智能 CAD；（2）CAD 系统的集成化；（3）动态三维造型技术；（4）基于并行工程，着力于制造的设计技术(DFM) ；（5）分布式网络 CAD 系统 4。1.2.2 CAD 技术的发展趋势CAD 技术经历了漫长的
15、发展，各个阶段都有其巨大的影响力，促进着制造业的飞速发展。从目前的发展趋势来看，CAD 技术的主要方向应是面向集成化、智能化、标准化、网络化发展。（1）集成化CAD 技术是现代制造业的技术基础之一，为提高产品设计质量和制造业的自动化程度，CAD 系统必须集成化。它可以是不同系统之间的相互兼容、组合，也可以是同一系统内部模块间的集成。工程设计领域不同类型的辅助设计软件互相兼容，制定标准化、规范化的标准，在产品的整个生命周期内都支持集成系统，才能保证CAD 集成化的顺利实现。为了使 CAD 技术应用到产品设计的每个环节中，未来CAD 软件系统应该增强其开放性、加大模块的可移植性和通用性、实现功能的
16、互连性，达到进一步提高 CAD 系统的集成度目的。4（2）智能化借助人工智能技术，CAD 系统将向智能化的方向发展，利用计算机模拟人的思维，实现真正的智能机械，其中数值计算和符号推理是一般设计的两项重要工作。将人工智能的理论和技术基础与 CAD 技术相结合形成智能 CAD 系统，赋予计算机以人的思维，给设计者自动提供产品设计中所需要的各种信息，在最大程度上实现优势资源的共享与交换，通过分析比较，在最短的时间内生成最适合的解决方案。（3）标准化最初的 CAD 技术软件开发、设计过程中采用各个模块、功能独立进行的方式，因为在硬件、软件、数据存储、数据传递还有数据格式等方面产生了诸多障碍，开发出的系
17、统虽然能够实现最终结果，但它严重影响了 CAD 技术的集成。国际上也提出了例如 IGES 标准和 STEP 标准的通用的数据交换规范，推动 CAD 标准化的不断完善，促进 CAD 系统的集成化的发展。（4）网络化集中式 CAD 系统存在着一些弊端，不能满足现代人的使用要求，随着工作站和高性能个人计算机的不断发展，越来越多的人开始结合工作站和个人 PC 系统替代以往的集中式 CAD 系统，逐步形成了网络化的系统。网络化的系统改变了企业传统的设计流程，对于产品设计而言，可以让设计者摆脱受限制的环境，更加人性化，有利于设计者更好地发掘思维，高效率的完成设计工作。同时更多的设计人员可以使用同一平台，提
18、高设备和资源的利用率，也更方便地设计人员交换设计思想，通过相互交流和合作提高设计质量。进而也推动了制造与商务的全面融合，使技术和应用结合更加紧密。由于支持 Web 协同设计方案的 CAD 软件的不断发展进步，其技术日趋成熟，个人和企业也可以通过 Web 技术寻找订单，在家里或是远处完成达到客户满意的设计方案；同时也可以在互联网上获取最优的设计，实现跨地域、跨时空的沟通特性，使设计和网络接轨 5。1.3 零件库的发展及其研究现状将设计中可能用到的零部件信息存放到一起，其数据采用标准的格式进行描述，有专用的管理系统进行管理，设计人员可以进行检索、访问，并提供与 CAD 系统的5标准接口，设计人员可
19、以方便地将检索到的信息纳入设计文件中，这种系统称为零件库系统 6。零件库是一种用于计算机辅助设计的典型数据库，它包含工程设计中所需的各种常用的标准件和通用件。在计算机中它把一定的数据模型格式组织和存储起来，组成相互关联的标准件数据信息集合，以提高 CAD 系统满足用户更多需要的要求。作为 CAD/CAE 技术、计算机数据集成的基础，零件库是 CAD 技术中不可少缺的重要部分。将各种标准件和通用件的信息组合在一起，并设计有管理系统和配备相应接口技术，实现用户对零件库进行访问、查找和提取所需零件，极大地方便用户的设计制造。机械设计强调互换性，尽可能的降低生产成本，保证经济性原则，因此在设计中要求设
20、计人员在非必要的情况下尽量使用各种标准件和通用件。主流的各种三维CAD 软件平台，譬如：Pro/E、UG、Solid Works、CATIA、MDT 等，它们功能强大，为现代先进制造技术的发展奠定了坚实的基础，其配备的标准件库模块得到了广大用户的一致好评。但是它们毕竟不是把主要精力放在标准库的设计上，大多数系统所包含的零件种类和数量都比较有限，不能进一步地满足工程设计人员的需求。于是很多研究单位和部门以各种 CAD 软件系统为平台，利用其自带的二次开发接口技术对其进行了二次开发，得到了符合各行业实际情况的标准件库和通用件库，极大地方便了机械设计人员的工作。华中科技大学开发了包含齿轮传动设计过程
21、中用到的各种零件的标准零件库，用于齿轮 CAD 系统设计。用户输入相关参数后，就能得到包括装配图和零部件图在内的符合设计要求的齿轮传动系统。北京斯泰普产品数据技术中心、南京航空航天大学 CAD 中心、东北大学欧磊公司、西北工业大学等也分别在AutoCAD、SolidEdge、CATIA 上创建了自己的标准零件库。它们涉及种类齐全，有的还允许户建立自己的零件库，向零件库进行删除，插入或增加自己所需部分简单零件的功能。对现有 CAD 系统进行零件库的二次开发给工程设计人员带来了极大的便利，提高了设计效率，但仍存在诸多的不足，主要有以下几点：（1）零件库和 CAD 系统不独立：零件库一般依赖于一种 CAD 系统，适应性和可移植性差，它只能在某个特定的 CAD 软件上使用；（2）扩充性差：目前大多数的零件库缺少扩充工具，或只能按照严格规定进行
