本文探討了ProE的齒輪參數(shù)化模型庫二次開發(fā)相關(guān)研究。

　　本文介紹了Pro/Engineer參數(shù)化設(shè)計的基本原理和基于Pro/Program二次開發(fā)實現(xiàn)參數(shù)化建庫的方法，并以漸開線齒輪為例，詳細(xì)闡述了基于Pro/Program二次開發(fā)參數(shù)化程序設(shè)計的實現(xiàn)過程。

　　傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)所構(gòu)造的產(chǎn)品模型都是幾何圖素(如點、線、圓等)的簡單堆疊，僅僅描述了設(shè)計產(chǎn)品的可視化形狀，而不包含設(shè)計者的設(shè)計思想，因此難以對產(chǎn)品模型進(jìn)行改動，并生成新的產(chǎn)品實例。目前很多企業(yè)為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大部分產(chǎn)品的設(shè)計都是改進(jìn)型設(shè)計，大約70%的新產(chǎn)品的設(shè)計都要重新利用原來的產(chǎn)品模型，于是參數(shù)化設(shè)計的概念在這樣的背景下應(yīng)運而生。

　　Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的三維實體造型系統(tǒng)，其參數(shù)化特征造型在保證幾何、拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，以單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)模型的快速再生;它的二次開發(fā)接口使用戶可以在自己開發(fā)的程序中對零件進(jìn)行各種操作和控制，從而實現(xiàn)程序化設(shè)計。

　　一、Pro/Engineer二次開發(fā)參數(shù)化設(shè)計的基本原理

　　Pro/Program是Pro/Engineer軟件提供的一種程序化的二次開發(fā)工具。利用Pro/Engineer造型的同時，Pro/Program會產(chǎn)生特征的program，它是一個記錄文件，由類似BASIC的高級語言構(gòu)成，記錄著模型樹(modeltree)中每個特征的詳細(xì)信息，包括各個特征的建立過程、參數(shù)設(shè)置、尺寸以及關(guān)系式等，我們可以通過修改和添加特征的program來生成基本參數(shù)相同的一系列模型。

　　利用Pro/Program對Pro/Engineer軟件進(jìn)行二次開發(fā)時不需要重新撰寫設(shè)計步驟，只需加入幾個相關(guān)的語法指令就可以讓整個零件或組件變得彈性化與多樣化，其主要思想是利用Pro/Program模塊的功能來接收、換算和傳遞用戶輸入的有關(guān)參數(shù)，通過改變特征的尺寸及特征之間的關(guān)系來達(dá)到參數(shù)化設(shè)計的目的。這里需要注意的是，開發(fā)工作的關(guān)鍵在于確定獨立可變參數(shù)，應(yīng)盡量以最少的參數(shù)來確定整個零件的可變尺寸，并通過參數(shù)化尺寸驅(qū)動實現(xiàn)對設(shè)計結(jié)果的修改。

　　二、基于Pro/Program二次開發(fā)參數(shù)化設(shè)計建立零件庫的步驟

　　1.分析零件，提取其關(guān)鍵參數(shù)，然后設(shè)置參數(shù)，并確定驅(qū)動參數(shù)

　　因為在參數(shù)化設(shè)計時不僅要實現(xiàn)尺寸的驅(qū)動變化，還要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)形狀的局部變化，所以要在對零件進(jìn)行分析以后才能確定怎樣建立零件特征才能有利于以后的程序開發(fā)。

　　2.創(chuàng)建零件庫樣板零件模型

　　利用各種建模方法生成零件庫樣板零件模型。此時應(yīng)該注意參數(shù)的關(guān)聯(lián)性。

　　3.編制程序

　　Pro/Program程序包括五部分：程序標(biāo)題(VERSION)、參數(shù)輸入(INPUT→END INPUT)、關(guān)系定義(RELATION→END RELATION)、添加特征(ADD FEATURE→END ADD)和質(zhì)量程序(MASSPRO→END MASSPROP)，其中程序標(biāo)題部分和添加特征部分由系統(tǒng)自動生成，其他部分可以由設(shè)計人員自己添加或修改，以實現(xiàn)對模型的各種操作和控制。

　　4.運行程序

　　打開零件樣板模型，執(zhí)行“Edit/Regenerate”命令，系統(tǒng)就會自動編譯并執(zhí)行程序，當(dāng)有新的參數(shù)輸入時就派生出新的模型。

　　其實現(xiàn)過程如圖1所示：

圖1 Pro/program建庫流程圖

　　三、漸開線直齒圓柱齒輪模型庫的實現(xiàn)

　　1.基于Pro/Engineer的標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪三維模型的建立

　　(1)基本參數(shù)設(shè)置

　　標(biāo)準(zhǔn)齒輪的幾何尺寸決定于齒輪的五個基本參數(shù)，而齒輪的寬度則取決于齒輪的齒寬系數(shù)。因此，在齒輪建模之前，應(yīng)首先用“Edit/Parameters”命令設(shè)置齒輪五個基本參數(shù)和齒寬系數(shù)，并賦予初值(如圖2所示)。

圖2 齒輪基本參數(shù)表

　　(2)齒輪幾何尺寸關(guān)系的建立

　　執(zhí)行“Edit/Relations”命令，在彈出的對話框中輸入以下關(guān)系：

　　D=MS*ZS

　　DB=MS*ZS*COS (ALFA)

　　DA=MS*(ZS+2*HA)

　　DF=MS*ZS-2*MS*(HA+C)

　　B=K*D

　　(3)齒輪基本實體創(chuàng)建

　　執(zhí)行“Insert /Revolve”命今創(chuàng)建齒輪基本實體。

　　(4)齒輪基本曲線和齒廓曲線創(chuàng)建

　　執(zhí)行“Insert/Model Datum/Sketched Datum Curve Tool”命令繪制齒輪基本曲線(包括分度圓、基圓、齒根圓)。

　　執(zhí)行“Insert/Model Datum/Insert a Datum Curve/From Equation”命令，在彈出的記事本窗口中輸入漸開線方程：

　　R= (MS*ZS*COS(ALFA))/2

　　ANG=T*90

　　S=(PI*R*T)/2

　　XC=R*COS(ANG)

　　YC=R*SIN(ANG)

　　X=XC+(S*SIN(ANG))

　　Y=YC-(S*COS(ANG))

　　Z=0

　　生成漸開線3(如圖3所示)。

圖3 齒輪基本曲線和齒廓曲線圖

　　(5)第一個齒槽特征創(chuàng)建

　　執(zhí)行“Edit/Feature Operations/Copy”命令，將漸開線3繞坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)360/(4*ZS)角度生成漸開線1。

　　執(zhí)行“Edit/Feature Operations/Copy”命令將漸開線1以通過坐標(biāo)原點和漸開線3與分度圓的交點的基準(zhǔn)線為中心鏡像生成漸開線2。

　　執(zhí)行“Insert /Extrude/cut”命今，以漸開線1、2及齒根圓曲線為邊界切出第一個齒槽(由于基圓內(nèi)沒有漸開線，所以基圓內(nèi)的部分可以由一段圓弧代替)。

　　(6)完成齒輪創(chuàng)建

　　執(zhí)行“Edit/Feature Operations/Copy”命令將第一個齒槽繞Z軸旋轉(zhuǎn)360/ZS角度生成第二個齒槽。

　　執(zhí)行“Edit/Pattern”命令復(fù)制出其他齒槽，完成齒輪的創(chuàng)建(如圖4所示)。

圖4 初始齒輪模型

　　2.齒輪參數(shù)化設(shè)計程序的修改

　　齒輪創(chuàng)建完成后，系統(tǒng)會產(chǎn)生一串program，執(zhí)行“Tools/Program/Edit Design”命令，系統(tǒng)就會自動打開其program文件，內(nèi)容大致如下：

　　VERSION

　　REVNUM 2323

　　LISTING FOR PART GEAR

　　INPUT

　　END INPUT

　　RELATIONS

　　D=MS*ZS

　　DB=MS*ZS*COS(ALFA)

　　DA=MS*(ZS+2*HA)

　　DF=MS*ZS-2*MS*(HA+C)

　　B=K*D

　　END RELATIONS

　　ADD FEATURE (initial number 1)

　　INTERNAL FEATURE ID 1

　　DATUM PLANE

　　NO. ELEMENT NAME INFO

　　--- ------------------- ---------

　　1 Feature Name Defined

　　2 Constraints Defined

　　2.1 Constraint #1 Defined

　　2.1.1 Constr Type X Axis

　　3 Flip Datum Dir Defined

　　4 Fit Defined

　　4.1 Fit Type Default

　　… …

　　(1)此時在“INPUT”和“END INPUT”之間輸入基本參數(shù)語句和提示語句：

　　ZS NUMBER

　　"Please enter the num_teeth of the gear:"

　　MS NUMBER

　　"Please enter the module number of the gear:"

　　ALFA NUMBER

　　"Please enter the pressure_ang:"

　　K NUMBER

　　"Please enter the width_coefficient of the gear:"

　　(2)在“RELATIONS”和“END RELATIONS”之間輸入關(guān)系語句：

　　D1=DA/2

　　D2=B

　　D3=DF

　　D4=DB

　　D5=D

　　D16=B

　　D25=B

　　D7=360/(4*ZS) /*漸開線3旋轉(zhuǎn)角度

　　D18=360/ ZS /*第二齒槽旋轉(zhuǎn)角度

　　D27=360/ ZS /*陣列增量尺寸

　　P28= ZS-1 /*陣列個數(shù)

　　3.齒輪參數(shù)化設(shè)計程序的運行

　　當(dāng)編輯完參數(shù)化程序后保存文件，關(guān)閉文字編輯器，Pro/Engineer信息列會出現(xiàn)提示信息：

　　"Do you want to incorporate your changes into the model?"

圖5 INPUT SEL菜單

　　此時選擇“YES”按鈕，系統(tǒng)出現(xiàn)“GET INPUT”菜單，點擊“Enter”，就會出現(xiàn)如圖5所示的“INPUT SEL”菜單，選擇齒數(shù)項和模數(shù)項，根據(jù)信息列提示輸入齒數(shù)30和模數(shù)2.5即可得到圖6所示的齒輪。

圖6 派生的齒輪模型

　　再次執(zhí)行“Edit/Regenerate”命令，Pro/Engineer會自動執(zhí)行參數(shù)化設(shè)計程序，彈出圖5所示的菜單，用戶可選擇齒數(shù)，模數(shù)，壓力角和齒寬系數(shù)并輸入新的參數(shù)，系統(tǒng)就會按用戶所輸入的新值自動生成新的齒輪。

　　四、結(jié)論

　　本文重點闡述了用Pro/Program進(jìn)行二次開發(fā)，創(chuàng)建漸開線直齒圓柱齒輪模型庫的方法。在實際應(yīng)用中，設(shè)計人員可以借助上述方法建立各類零件的模型庫，通過對Program的編輯，自動生成基本參數(shù)相同的系列零件，使設(shè)計更富有選擇性和彈性。