论文部分内容阅读
【摘 要】介绍了基于Pro/E软件的参数化建模技术。以Pro/TOOLKIT为二次开发平台，使用Visual C++6.0语言编写程序，实现了Visual C++与Pro/ENGINEER的连接，设计开发了火炮筒形摇架的参数化建模系统。该系统适用于各型号筒形结构的摇架设计，在Pro/E环境下通过改变其参数完成对摇架模型的参数化驱动，得到新的筒形摇架尺寸。缩短了火炮摇架的建模时间，提高了产品的设计效率。
【关键词】Pro/TOOLKIT；参数化；筒形摇架
1.引言
搖架作为火炮的支撑部分，对火炮的准确度、火炮的稳定性有着重要的作用。
摇架对设计者提出了越来越高的要求，大量的设计图与修改需要设计者去完成，是否仍然要埋首于大堆的设计图中，为一个个的改动而焦心竭虑。Pro/E所具有的参数化建模能力将使设计者的工作大大简化。本文以某火炮筒形摇架为研究对象，使用Pro/E的二次开发功能对摇架进行三维参数化建模，使得摇架的设计直观、准确，便于用户的修改，大大提高了工作效率并减少了生产成本。因此，将火炮摇架的模型用参数化形式来表示调用为炮架的设计制造提供了方便，具有现实的研究意义。
2.参数化建模的技术
参数化功能是Pro/ENGINEER的核心部分。参数化设计方法可以分为程序驱动及尺寸驱动两种方法[1]。程序驱动方法是一种自下而上的建模方法，由点、边、面形成完整模型，一旦用户需要修改模型，必须重新指定尺寸，程序重新求解坐标，绘制草图，对于复杂零件来说，增大了工作量。
尺寸驱动方法是一种自上而下的建模方法，用轮廓体现设计思想。尺寸驱动是在轮廓上加上尺寸参数，并设置线段之间的约束关系后，根据尺寸参数和约束关系来控制轮廓的位置、形状和大小。当轮廓尺寸的数值大小改变时，轮廓上其他和此约束有关的部分也将随之发生相应的变化。尺寸驱动将设计图形的直观性和设计尺寸的精确性有效地统一起来，大大提高设计的效率和质量。
Pro/E软件在提供强大的设计、分析、制造功能的同时，也为用户提供了多种二次开发工具[2]。Pro/TOOLKIT是Pro/E软件提供的开发工具之一，它功能极其强大，库函数丰富，基本可以完成Pro/E所拥有的所有功能，是进行Pro/E二次开发最理想的工具。Pro/TOOLKIT支持完全面向对象的编程，利用Visual C++6.0语言的可视化界面设计技术进行环境设置，使用Visual C++语言编写程序、信息文件和注册文件实现了Visual C++与Pro/ENGINEER的连接，通过MFC应用程序可以设计出方便实用的人机交互界面。然后把三维模型样板，输入参数和提示图形放在同一个对话框中。这样就在Pro/E、Pro/TOOLKIT和VC++之间建立起连接，只要在对话框中输入要修改的参数，系统就会自动生成新的三维模型。系统设计的流程图如图1所示。
图1系统流程图
3.筒形摇架的三维参数化建模
3.1确定驱动参数和约束方程
筒形摇架是主筒剖面为圆筒形的摇架。主要由长筒形主筒、前后铜衬瓦、反后座装置支坐、耳轴、护筒、定向栓室与各种支臂组成。选取L0、L1、L2、L3、E、R1、R2为主设计尺寸，尤其是主体内圆半径L1和主筒壁厚R2决定着摇架的口径，L0反映的是摇架主体的长度，这七个尺寸对火炮摇架的设计有着重大的影响。根据尺寸关系选取E1、E2、E3、α、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、B1、A3、B4作为辅助设计尺寸。而其它尺寸在一般情况下不变，所以拟定为固定尺寸[3，4]。其结构用三视图表示，尺寸如图2所示。
图2 筒形摇架尺寸标注图
设置筒形摇架模型的参数和关系，如图3所示。
图3 关系设置
根据摇架的实际设计经验，得出下列的约束条件：
2E1>L3；
H2 B2<=B1<=E；
H5 E1>E3>E2；
E2 L1>H7。
根据这些条件添加尺寸的约束语句。部分判断语句代码如下：
if（m_2E1<=m_L3） AfxMessageBox（"2E1必须大于L3，请重新输入"）；
if（m_H2>=0.5*（m_E1） AfxMessageBox（"H2必须小于0.5倍的E1，请重新输入"）；
if（m_B2>m_B1>m_E） AfxMessageBox（"B2必须小于等于B1小于等于E，请重新输入"）；
……
3.2设置连接环境
新建一个项目，并且设置开发环境。进入Visual C++6.0集成开发环境，对VC++的编译连接环境进行设置。
A 设置Selecting对话框：在Tools/Option/Directories中添加包含文件和库文件，如下：
包含文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PROTOOLKIT＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PRODEVELOP＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼PRODEV_APPLS＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼PROTK_APPLS＼INCLUDES
库文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼I486_NT＼OBJ
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼I486_NT＼OBJ
B 设置Project Setting对话框各项更改工程设置如下：
C/C++/常规：勾选“产生浏览信息”
C/C++/Code Generation/Use run-time library：Multithreaded DLL
连接/自定义：勾选“强制文件输出”
连接/常规/对象/库模块：mpr.lib protk_dll.lib wsock32.lib
3.3生成模型
在对话框中输入修改参数，系统就会产生新的模型。假如修改摇架主筒长度，摇架主筒长L0从1500毫米修改为1520毫米，模型更新前如图4所示，模型更新成功后如图5。在修改一个尺寸后，参数化模型中的相关尺寸就会自动更新。但前提是尺寸输入正确，若尺寸参数改动为不符合约束条件的值，这时运行程序，会弹出一个如图6所示的对话框提示尺寸错误。
图4 模型更新前
图5 模型更新后
图6 尺寸错误时的提示对话框
4.结论
使用Pro/ENGINEER软件的Pro/TOOLKIT功能，结合Visual C++6.0编程软件进行二次开发。以某口径火炮筒形摇架为例，确定各参数关系和约束方程，开发了参数化建模的程序，实现了对筒型摇架模型的参数化驱动，完成了对火炮摇架的快速设计，提高了工作效率。
参考文献：
[1] P rashant Banerjee，D an Ze tu.虚拟制造[M].张伟，译.北京：清华大学出版社，2005.2
[2] 王晓丽，季忠.Pro/ENGINEER的二次开发方法比较[M].现代制造技术与装备，2006：133-134
[3] 董金祥，葛建新等.变参绘图系统中约束求解的新思路[J].计算机辅助设计与图形学学报.1997，9（6）：513-519
[4] 何培英，李月琴.基于Pro/toolkit的Pro/E二次开发及应用[J].机械设计与制造，2005，4（4）：35-37
【关键词】Pro/TOOLKIT；参数化；筒形摇架
1.引言
搖架作为火炮的支撑部分，对火炮的准确度、火炮的稳定性有着重要的作用。
摇架对设计者提出了越来越高的要求，大量的设计图与修改需要设计者去完成，是否仍然要埋首于大堆的设计图中，为一个个的改动而焦心竭虑。Pro/E所具有的参数化建模能力将使设计者的工作大大简化。本文以某火炮筒形摇架为研究对象，使用Pro/E的二次开发功能对摇架进行三维参数化建模，使得摇架的设计直观、准确，便于用户的修改，大大提高了工作效率并减少了生产成本。因此，将火炮摇架的模型用参数化形式来表示调用为炮架的设计制造提供了方便，具有现实的研究意义。
2.参数化建模的技术
参数化功能是Pro/ENGINEER的核心部分。参数化设计方法可以分为程序驱动及尺寸驱动两种方法[1]。程序驱动方法是一种自下而上的建模方法，由点、边、面形成完整模型，一旦用户需要修改模型，必须重新指定尺寸，程序重新求解坐标，绘制草图，对于复杂零件来说，增大了工作量。
尺寸驱动方法是一种自上而下的建模方法，用轮廓体现设计思想。尺寸驱动是在轮廓上加上尺寸参数，并设置线段之间的约束关系后，根据尺寸参数和约束关系来控制轮廓的位置、形状和大小。当轮廓尺寸的数值大小改变时，轮廓上其他和此约束有关的部分也将随之发生相应的变化。尺寸驱动将设计图形的直观性和设计尺寸的精确性有效地统一起来，大大提高设计的效率和质量。
Pro/E软件在提供强大的设计、分析、制造功能的同时，也为用户提供了多种二次开发工具[2]。Pro/TOOLKIT是Pro/E软件提供的开发工具之一，它功能极其强大，库函数丰富，基本可以完成Pro/E所拥有的所有功能，是进行Pro/E二次开发最理想的工具。Pro/TOOLKIT支持完全面向对象的编程，利用Visual C++6.0语言的可视化界面设计技术进行环境设置，使用Visual C++语言编写程序、信息文件和注册文件实现了Visual C++与Pro/ENGINEER的连接，通过MFC应用程序可以设计出方便实用的人机交互界面。然后把三维模型样板，输入参数和提示图形放在同一个对话框中。这样就在Pro/E、Pro/TOOLKIT和VC++之间建立起连接，只要在对话框中输入要修改的参数，系统就会自动生成新的三维模型。系统设计的流程图如图1所示。
图1系统流程图
3.筒形摇架的三维参数化建模
3.1确定驱动参数和约束方程
筒形摇架是主筒剖面为圆筒形的摇架。主要由长筒形主筒、前后铜衬瓦、反后座装置支坐、耳轴、护筒、定向栓室与各种支臂组成。选取L0、L1、L2、L3、E、R1、R2为主设计尺寸，尤其是主体内圆半径L1和主筒壁厚R2决定着摇架的口径，L0反映的是摇架主体的长度，这七个尺寸对火炮摇架的设计有着重大的影响。根据尺寸关系选取E1、E2、E3、α、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、B1、A3、B4作为辅助设计尺寸。而其它尺寸在一般情况下不变，所以拟定为固定尺寸[3，4]。其结构用三视图表示，尺寸如图2所示。
图2 筒形摇架尺寸标注图
设置筒形摇架模型的参数和关系，如图3所示。
图3 关系设置
根据摇架的实际设计经验，得出下列的约束条件：
2E1>L3；
H2
H5
E2
根据这些条件添加尺寸的约束语句。部分判断语句代码如下：
if（m_2E1<=m_L3） AfxMessageBox（"2E1必须大于L3，请重新输入"）；
if（m_H2>=0.5*（m_E1） AfxMessageBox（"H2必须小于0.5倍的E1，请重新输入"）；
if（m_B2>m_B1>m_E） AfxMessageBox（"B2必须小于等于B1小于等于E，请重新输入"）；
……
3.2设置连接环境
新建一个项目，并且设置开发环境。进入Visual C++6.0集成开发环境，对VC++的编译连接环境进行设置。
A 设置Selecting对话框：在Tools/Option/Directories中添加包含文件和库文件，如下：
包含文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PROTOOLKIT＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PRODEVELOP＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼PRODEV_APPLS＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼PROTK_APPLS＼INCLUDES
库文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼I486_NT＼OBJ
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼I486_NT＼OBJ
B 设置Project Setting对话框各项更改工程设置如下：
C/C++/常规：勾选“产生浏览信息”
C/C++/Code Generation/Use run-time library：Multithreaded DLL
连接/自定义：勾选“强制文件输出”
连接/常规/对象/库模块：mpr.lib protk_dll.lib wsock32.lib
3.3生成模型
在对话框中输入修改参数，系统就会产生新的模型。假如修改摇架主筒长度，摇架主筒长L0从1500毫米修改为1520毫米，模型更新前如图4所示，模型更新成功后如图5。在修改一个尺寸后，参数化模型中的相关尺寸就会自动更新。但前提是尺寸输入正确，若尺寸参数改动为不符合约束条件的值，这时运行程序，会弹出一个如图6所示的对话框提示尺寸错误。
图4 模型更新前
图5 模型更新后
图6 尺寸错误时的提示对话框
4.结论
使用Pro/ENGINEER软件的Pro/TOOLKIT功能，结合Visual C++6.0编程软件进行二次开发。以某口径火炮筒形摇架为例，确定各参数关系和约束方程，开发了参数化建模的程序，实现了对筒型摇架模型的参数化驱动，完成了对火炮摇架的快速设计，提高了工作效率。
参考文献：
[1] P rashant Banerjee，D an Ze tu.虚拟制造[M].张伟，译.北京：清华大学出版社，2005.2
[2] 王晓丽，季忠.Pro/ENGINEER的二次开发方法比较[M].现代制造技术与装备，2006：133-134
[3] 董金祥，葛建新等.变参绘图系统中约束求解的新思路[J].计算机辅助设计与图形学学报.1997，9（6）：513-519
[4] 何培英，李月琴.基于Pro/toolkit的Pro/E二次开发及应用[J].机械设计与制造，2005，4（4）：35-37