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頂尖座三維建模及參數(shù)化設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 . 關(guān)鍵詞 . Abstract . Key words . 1 頂尖座的結(jié)構(gòu)及工作原理 . 1.1 松夾工件的頂緊結(jié)構(gòu) . 1.2 調(diào)整頂尖高低的結(jié)構(gòu) . 1.3 頂尖座的夾緊結(jié)構(gòu) . 2 頂尖座三維建模過程中要注意的問題 . 2.1 繪制零件圖時(shí)要注意的問題 . 2.2 繪制裝配圖要注意的問題 . 3 Pro/E三維參數(shù)化設(shè)計(jì) . 3.1 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)意義 . 3.2 Pro/E 三維參數(shù)化應(yīng)用研究 . 3.3 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法綜述 . 3.3.1 利用軟件自帶的參數(shù)化造型方法 . 3.3.2 Pro/E二次開發(fā) . 3.3.3 基于三維模型的參數(shù)化程序設(shè)計(jì) . 4 銑床頂尖座的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)過程 . 4.1 基于 Pro/E 的三維參數(shù)化特征造型 . 4.2 頂尖座三維參數(shù)化設(shè)計(jì)過程 . 4.2.1 單個(gè)零件的三維參數(shù)化 . 4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件三維參數(shù)化 . 4.2.3 非標(biāo)準(zhǔn)件三維參數(shù)化 . 4.2.4 裝配體的參數(shù)化 . 5 總結(jié) . 致謝 . 參考文獻(xiàn) . 附錄 . 基于 Pro/E 的頂尖座三維建模及參數(shù)化設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 指導(dǎo)教師 摘要 ： 本課題的重點(diǎn)是通過 PRO/E 軟件完成頂尖座的三維建模及參數(shù)化設(shè)計(jì)。 在本課題之前應(yīng)該先 查閱文獻(xiàn)資料，詳細(xì)了解頂尖座組成部件及其工作原理。該論文依次闡述了三維建模及三維參數(shù)化 設(shè)計(jì)基本理論， 介紹了三維設(shè)計(jì)軟件 Pro/E 在銑床頂尖座建模和三維參數(shù)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 在 Pro/E 環(huán)境中，對(duì)銑床頂尖座的標(biāo)準(zhǔn)件、非標(biāo)準(zhǔn)件和裝配體進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，以三維模型為基礎(chǔ)，約 束造型核心，以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征，自動(dòng)完成對(duì)整組圖形的變動(dòng)。實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)提高設(shè)計(jì) 效率與經(jīng)濟(jì)效益具有現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞 ： 頂尖座；三維參數(shù)化；尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；意義 Based on Pro/E Block, the top three-dimensional modeling and parametric design Student majoring in Design and manufacture of machinery and automation Man Cao Tutor Yangqing He Abstract: The focus of this issue through the Pro/E software to complete the top seat and the three-dimensional modeling of the design parameters. In this issue should be available before the documentation to learn more about the top of Block and its working principle components.This paper followed on the three-dimensional modeling and parametric design of three-dimensional basic theory, introduced the three-dimensional design software Pro/E in the top seat milling parameters of three-dimensional modeling and design applications. Pro/E environment in the top seat milling standard parts, and assembly of non-standard pieces of three-dimensional parametric design to three-dimensional model, characterized by a size-driven, automatic completion of the whole group change in graphics. The realization of three-dimensional parametric design, to improve the efficiency and cost-effective design of practical significance. Key words: top block;three-dimensional parameters;the size-driven design;the meaning 引言 頂尖座三維建模及三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是在我們完成了全部基礎(chǔ)課、 技術(shù)基礎(chǔ)課、 專業(yè) 課以及參加了生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后進(jìn)行的。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我們應(yīng)該得到下述各方面的鍛 煉： 1. 了解頂尖座的構(gòu)成及其各零部件的結(jié)構(gòu)和原理 2. 了解三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的意義、 應(yīng) 用和發(fā)展前景 3. 熟練應(yīng)用 AUTO/CAD軟件繪制零件圖、 裝配圖 4. 熟練應(yīng)用 Pro/E 軟件畫 出零件三維實(shí)體模型并會(huì)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì) 5. 會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料， 掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān) 的各種資料的名稱、出處、能夠做到正確運(yùn)用。 通過這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了 AUTO/CAD軟件和 Pro/E 軟件的應(yīng)用，并學(xué)會(huì)了使 用和查閱各種設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)。三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是本課題的核心，在 Pro/E 環(huán)境中，利 用 Pro/E 插件，方程式的優(yōu)勢(shì)，對(duì)頂尖裝配體中的標(biāo)準(zhǔn)件、非標(biāo)準(zhǔn)件和裝配體實(shí)現(xiàn)三 維參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了只改變一個(gè)尺寸就可驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝配體變化的效果，展示了 Pro/E 強(qiáng)大的建模功能和參數(shù)化功能。 1 頂尖座的結(jié)構(gòu)及工作原理 頂尖座是銑床上用于支撐、頂緊工件的一個(gè)附件。它由定位鍵定位，再由工作臺(tái)的 螺栓、螺母固定在銑床工作臺(tái)上。通過頂尖座的三維建模，我們研究三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的 過程并了解它在未來工業(yè)等行業(yè)中的重大意義。 頂尖座主要包括頂緊結(jié)構(gòu)、 調(diào)整頂尖的 結(jié)構(gòu)和夾緊結(jié)構(gòu)， 主要由底座， 尾架體， 定位板， 頂尖， 頂尖套， 升降螺桿等零件組成。 頂尖座三維模型如下圖所示： 圖 1.1 頂尖座整體結(jié)構(gòu) 1.1 松夾工件的頂緊結(jié)構(gòu) 它由捏手 1、套 2、板 3、頂尖套 4、尾架體 5、頂緊螺桿 6、頂尖 7 等零件構(gòu)成。轉(zhuǎn) 動(dòng)捏手 1， 通過套 2， 銷 4 20 使頂緊螺桿 6 左右移動(dòng)； 然后通過板 3， 銷 4 28 使頂尖 套 4 隨頂緊螺桿 6 移動(dòng)；最后通過頂尖 7 的左右移動(dòng)，即可松開或夾緊工件。 1.2 調(diào)整頂尖高低的結(jié)構(gòu) 它由定位螺桿 8、螺母 M12、升降螺桿 9、定位卡 11、定位板 15 和鎖緊螺栓 M10 35 等件組成。調(diào)整頂尖高低時(shí)，松開螺母 M12，擰動(dòng)升降螺桿 9，便可升降定位螺桿 8， 從而使定位板 15、尾架體 5 一起升降。位置校準(zhǔn)厚，即擰緊螺母 M12。 頂尖和頂尖套還可以加緊螺桿 12 為支點(diǎn)，再平行正面的平面內(nèi)作 20 度的擺動(dòng)。松 開鎖緊螺栓，搬動(dòng)捏手 1 即可使頂尖繞夾緊螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)所需角度。校正后，將鎖緊螺栓擰 緊。 1.3 頂尖座的夾緊結(jié)構(gòu) 由夾緊手柄 14、 套 13、 夾緊螺桿 12 等件組成。 松開工件前， 應(yīng)先轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊手柄 14， 使尾架體 5 放松頂尖套 4， 然后頂尖才能左右移動(dòng)。 頂緊工件后， 也要轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊手柄 14， 夾緊頂尖套 4. 此外，定位鍵 16 其定位作用，保證對(duì)準(zhǔn)中心， M4 18 的螺釘蓋住油孔，注入既有 后擰緊防塵。 ( 參看附錄中的裝配圖和頂尖座三維實(shí)體模型 ) 2 頂尖座三維建模過程中要注意的問題 頂尖座三維建模的前提是先運(yùn)用 AUTO/CAD軟件繪制出頂尖座的零件圖和裝配圖， 了解各零件的特征和要求以及需要的材料， 然后運(yùn)用 Pro/E 軟件繪制出各零件的三維實(shí) 體模型。 通過了解裝配圖各零部件的配合以及技術(shù)要求， 在 Pro/E 環(huán)境下把已經(jīng)繪制好 的各零件的三維實(shí)體模型裝配成完整的頂尖座模型。 2.1 繪制零件圖時(shí)要注意的問題 (1) 零件草圖是畫裝配圖和零件圖的依據(jù)，一般是先畫好圖形，然后再進(jìn)行尺寸分 析，畫出尺寸界線以及尺寸線、箭頭 ; 再世界測(cè)量尺寸，將所得數(shù)值填寫在畫好的尺寸 線上 （ 2）畫非標(biāo)準(zhǔn)件的草圖時(shí)，所有工藝結(jié)構(gòu)如倒角、圓角、凸臺(tái)、都要 畫出。但制 造時(shí)產(chǎn)生的誤差和缺陷不應(yīng)畫在圖上。例如對(duì)稱形狀不太對(duì)稱，圓形吧圓已經(jīng)沙眼、縮 孔、裂紋等。 （ 3） 零件上的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)要素， 如螺紋， 鍵槽等的尺寸都應(yīng)查閱有關(guān)手冊(cè)， 核對(duì)確定。 零件上的非加工表面和非主要的尺寸應(yīng)圓整為整數(shù)，并盡量符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列。 （ 4）零件的技術(shù)要求如表面粗糙度、熱處理的方式和硬度要求、材料牌號(hào)等可根據(jù) 零件的作用、工作要求確定，也可參閱同類產(chǎn)品的圖紙和資料類比確定。 （ 5）標(biāo)準(zhǔn)件可不畫草圖，但要測(cè)出主要尺寸，辨別形式，然后查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后列表 備查。 下面給出的是底座和頂尖的零件圖： 圖 2.1 底座零件圖 圖 2.2 頂尖零件圖 2.2 繪制裝配圖要注意的問題 （ 1）主視圖 按工作位置放置， 取全剖視是為了突出表達(dá)松夾工作的頂緊結(jié)構(gòu)， 以便反映頂尖座 的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。頂尖座局部剖是因?yàn)樽筮吺菍?shí)心的，不便用全剖。 圖 2.3 主視圖 （ 2）左視圖 通過定位螺桿的軸線取全剖視 A-A，突入表達(dá)升降結(jié)構(gòu)的情況。 B-B 剖視主要補(bǔ)充 夾緊結(jié)構(gòu)的情況。 圖 2.4 B-B 剖視圖 圖 2.5 左視圖 （ 3）其他視圖 俯視圖中的局部剖，說明定位板 15 依靠螺栓 M10 35 把它和尾架體 5 固定起來。 主視圖和左視圖聯(lián)系起來，可以說明頂尖在正平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)的極限角度， 可以在裝配圖的 C-C 視圖中表明。 K 局部視圖說明鎖緊螺栓 M10 35 的活動(dòng)范圍，俯視 圖中還表示了注油孔。 圖 2.6 俯視圖 圖 2.7 K 局部視圖 3 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì) 3.1 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)意義 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是在 Pro/E 環(huán)境中通過修改圖形的某一部分或幾部分的尺 寸，或修改已定義好的零件參數(shù)，自動(dòng)完成對(duì)圖形相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的 驅(qū)動(dòng)。 在三維參數(shù)化設(shè)計(jì)中零件的幾何外形是由受約束的數(shù)學(xué)關(guān)系式來定義的， 而不僅 僅取決于簡(jiǎn)單的、孤立的尺寸參數(shù)。主要技術(shù)特點(diǎn)在于：基于特征，全尺寸約束，尺寸 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改以及全數(shù)據(jù)相關(guān)。 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)， 在提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率上發(fā)揮著 積極的作用。 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種高效的三維設(shè)計(jì)方法，為工程技術(shù)人員探索了一條更 快更新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)道路，對(duì)提高設(shè)計(jì)、裝配效率與節(jié)省制造成本有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 它提出了真正的全相關(guān)性、單一的數(shù)據(jù)庫(kù)、基于特征的參數(shù)化造型，已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)械 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。它能及時(shí)響應(yīng)市場(chǎng)需求，縮短生產(chǎn)周期和制造成本，一定程度上減慢了 環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作條件，部分實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)密集型 向知識(shí)密集型的轉(zhuǎn)變。參數(shù)化設(shè)計(jì)將在我國(guó)的汽車、航空、機(jī)械、電子、家電、塑料模 具等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 3.2 Pro/E 三維參數(shù)化應(yīng)用研究 在早期的 CAD軟件中，為了獲得準(zhǔn)確形狀的幾何圖形，設(shè)計(jì)時(shí)必須依次定位組成圖 形的各個(gè)圖元的大小和準(zhǔn)確位置。系統(tǒng)根據(jù)輸入信息生成圖形后，如果要對(duì)圖形進(jìn)行 形狀改變則比較閑難，因而設(shè)計(jì)靈活性差。在 Pro/E 創(chuàng)建的模型以尺寸數(shù)值作為設(shè)計(jì)依 據(jù)，如果某個(gè)特征的尺寸有所變更，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)模型也自動(dòng)更新，這種變更會(huì)自動(dòng)傳 遞到模型中的其他特征上，從而更新整個(gè)零件。 參數(shù)與模型尺寸建立相關(guān)聯(lián)，驅(qū)動(dòng)尺寸變化能夠根據(jù)設(shè)計(jì)人員的意圖，用參數(shù)驅(qū) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)圖形大小的自動(dòng)改變、關(guān)聯(lián)尺寸與形狀的自動(dòng)適應(yīng)的 CAD技術(shù)，這樣的技術(shù)就 是通常所說的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)。 Pro/E 引入了參數(shù)化設(shè)計(jì)思想，大大提高了設(shè)計(jì)靈活 性。根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)原理，繪圖時(shí)設(shè)計(jì)者可以暫時(shí)舍棄繁瑣的設(shè)計(jì)限制，只需抓住圖 形的某些典型特征繪出圖形，然后通過向圖形添加適當(dāng)?shù)募s束條件規(guī)范其形狀，最后 修改圖形的尺寸數(shù)值，經(jīng)過系統(tǒng)再生后即可獲得理想的圖形，這就是重要的“尺寸驅(qū) 動(dòng)”理論。例如在參數(shù)化的設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制一個(gè)邊長(zhǎng)為 8的正五邊形，按照以下操作 即可完成：繪制首尾相接的任意 5條線段：在 5條線段上加入相等約束條件，使 5 條邊的邊長(zhǎng)相等；修改各邊之間的夾角，使之成為正五邊形；修改邊長(zhǎng)為最后的 尺寸“ 8” 。在整個(gè)圖形創(chuàng)建過程，設(shè)計(jì)者基本上不需要關(guān)心線段的尺寸和位置準(zhǔn)確與 否，圖形繪制過程輕松快速，真正體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。 除了通過模型上的尺寸作為模型編輯入口之外，還可以通過參數(shù)和關(guān)系式創(chuàng)建參 數(shù)化模型，修改各個(gè)參數(shù)后再生模型即可獲得新的設(shè)計(jì)結(jié)果。這樣創(chuàng)建的模型就能快 速變更形狀和大小，從而大大提高模型利用率。 參數(shù)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)過程中將在各特征之問引入父子關(guān)系。父子 關(guān)系是在建模過程中在各特征之間自然產(chǎn)生的，在建立新特征時(shí)，所參照的現(xiàn)有特征 就會(huì)成為新特征的父特征，相應(yīng)的新特征會(huì)成為其子特征。如果更新了父特征，子特 征也就會(huì)隨之自動(dòng)更新。父子關(guān)系提供了一種強(qiáng)大的捕捉方式可以為模型加入特定的 約束關(guān)系和設(shè)計(jì)意圖。在零件設(shè)計(jì)時(shí)，如果某些零件結(jié)構(gòu)一樣，只是尺寸不同，那么 這些零件就不必一一單個(gè)建立，可建立一個(gè)父零件，定義各個(gè)控制零件形狀大小的參 數(shù)， 在設(shè)計(jì)時(shí)通過改變各個(gè)參數(shù)的值來得到所需要的衍生件， 從而建立一系列的零件， 這些零件組成的集合稱為族表。由于標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，故零件 設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)采用族表技術(shù)開發(fā)，從而方便快捷地達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 基于三維參數(shù)化技術(shù)的零件變型設(shè)計(jì)是 PRO/E三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的另外一個(gè)重要應(yīng) 用方面。產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)是指根據(jù)客戶需求和概念設(shè)計(jì)，確定定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)信息， 通過修改產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)主模型的參數(shù)值和尺寸關(guān)系，生成相似的產(chǎn)品或零部件?；?參數(shù)化技術(shù)的變型設(shè)計(jì)是將參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)。首先通過參數(shù)化造型系 統(tǒng)建立產(chǎn)品主模型，即基于參數(shù)化 CAD系統(tǒng)的三維產(chǎn)品模型；然后對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)分 析，建立參數(shù)間的關(guān)聯(lián)和約束；最后應(yīng)用尺寸變型設(shè)計(jì)的思想，對(duì)某些尺寸參數(shù)或產(chǎn) 品的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，更新某些尺寸參數(shù)值和約束關(guān)系以驅(qū)動(dòng)模型生成新的相似產(chǎn) 品，達(dá)到變型設(shè)計(jì)的目的。 Pro/E 軟件系統(tǒng)就是參數(shù)化造型系統(tǒng)的典型代表之一， 基于三維 CAD系統(tǒng)進(jìn)行二次 開發(fā)的零件參數(shù)化變型設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的研究。如：徐國(guó)權(quán)等人提出的基于 SolidWorks 的參數(shù)化設(shè)計(jì)二次開發(fā)研究，楊青等人提出的基于 Pro/E 的三維零件模型 的參數(shù)化設(shè)計(jì)，李世國(guó)等人提出的基于 Pro/E 零件模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究，張義 智等人提出的擺動(dòng)滾子從動(dòng)件圓柱凸輪參數(shù)化設(shè)計(jì)等等。研究人員主要是采用三維模 型與程序控制相結(jié)合的方式，根據(jù)零件或組件的設(shè)計(jì)要求，建立一組能控制三維模型 形狀和拓?fù)潢P(guān)系的設(shè)計(jì)參數(shù)，參數(shù)化程序通過對(duì)零件或組件的設(shè)計(jì)參數(shù)編程，來實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)參數(shù)的檢索、 修改并利用 Pro/E 系統(tǒng)的高級(jí)開發(fā)工具包 Pro/TOOLKIT提供的 UI 對(duì) 話框、菜單以及 VC的可視化界面技術(shù)，設(shè)計(jì)方便的人機(jī)交互界面來實(shí)現(xiàn)三維模型的再 生。 3.3 Pro/E 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法綜述 3.3.1 利用軟件自帶的參數(shù)化造型方法 包括方程式驅(qū)動(dòng)、 系列零件設(shè)計(jì)表、 配置、 特征和一些插件提供的標(biāo)準(zhǔn)件選用功能。 3.3.2 Pro/E二次開發(fā) Pro/E 的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)際是 Pro/E 二次開發(fā)的目的之一。雖然 Pro/E 軟件功能非常強(qiáng) 大，通用性非常好，然而在具體的使用過程中不可能滿足各種設(shè)計(jì)要求，特別是國(guó)外的 CAD等系統(tǒng)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等方面和國(guó)內(nèi)存在較大的差異，因此，以 Pro/E 軟件為平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，使之適合國(guó)內(nèi)及企業(yè)設(shè)計(jì)的要求，更大限度地發(fā)揮 Pro/E 的 作用。對(duì) Pro/E 進(jìn)行二次開發(fā)的目的就是要把 Pro/E 進(jìn)一步充實(shí)、完善、改進(jìn)成為用戶實(shí) 用的 CAD/CAE/CAM應(yīng)用系統(tǒng)。 PRO/E的二次開發(fā)工具比較多，常用的二次開發(fā)工具有：族表（ Family Table ） 、用 戶定義特征（ UDF） 、 Pro/Program 、 J-link 、 Pro/toolkit 等。 1）族表（ Family Table ） 通過族表可以方便的管理具有相同或相近結(jié)構(gòu)的零件， 特別適用于標(biāo)準(zhǔn)零件的管理。 族表通過建立通用零件為父零件， 然后在其基礎(chǔ)上對(duì)各參 數(shù)加以控制生成派生零件。整個(gè)族表通過電子表格來管理，所以又被稱為表格驅(qū)動(dòng)。 2）用戶定義特征（ UDF） 用戶定義特征是將若干個(gè)系統(tǒng)特征融合為一個(gè)自定義特 征，使用時(shí)作為一個(gè)整體出現(xiàn)。系統(tǒng)將 UDF特征以 gph 文件保存。 UDF適用特定產(chǎn)品中 的特定結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品特征快速生成幾何模型。 3） Pro/E 軟件對(duì)于每個(gè)模型都有一個(gè)主要設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)列表 Pro/Program 。 它是 由類似 BASIC的高級(jí)語言構(gòu)成的，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來編輯該模型的 Program，使 其作為一個(gè)程序來工作。通過運(yùn)行該程序，系統(tǒng)通過人機(jī)交互的方法來控制系統(tǒng)參數(shù)、 特征出現(xiàn)與否和特征的具體尺寸等。 4） J-link 是 Pro/E 中自帶的基于 JAVA語言的二次開發(fā)工具。用戶通過 JAVA編程 實(shí)現(xiàn)在軟件 PRO/E中添加功能。 Pro/E 二次開發(fā)的原理是利用 Pro/T 在 VC的平臺(tái)上制作出應(yīng)用程序與 Pro/E 之間的接 口， 然后由 Pro/E 調(diào)用 VC生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件， 在 Pro/E 系統(tǒng)中注冊(cè)應(yīng)用程序并啟動(dòng)應(yīng) 用程序。 Pro/E 二次開發(fā)是基于 Pro/ToolKit 的二次開發(fā)， Pro/T 是 Pro/E 軟件系統(tǒng)提供的 用戶化工具箱， 也稱為用戶接口 (API) ， 利用 Pro/T 所提供的庫(kù)函數(shù) / 可以用 C語言進(jìn)行二 次開發(fā)工作。 3.3.3 基于三維模型的參數(shù)化程序設(shè)計(jì) Pro/E 二次開發(fā)應(yīng)用最廣的方向是基于三維模型的參數(shù)化程序設(shè)計(jì)。通常，二維參 數(shù)化程序設(shè)計(jì)可以采用程序自動(dòng)生成工程圖的方式實(shí)現(xiàn)。 但在零件的三維設(shè)計(jì)中。 由于 三維模型的創(chuàng)建要涉及到草圖、基準(zhǔn)、曲面和實(shí)體等各類的特征，直接利用程序生成三 維模型是非常困難的，參數(shù)化程序的設(shè)計(jì)必定十分繁瑣和復(fù)雜。 參數(shù)化造型是用交互方式創(chuàng)建三維模型，再利用 Pro/E 的參數(shù)功能建立設(shè)計(jì)參數(shù)。 然后由 Pro/T 應(yīng)用程序檢索出模型的設(shè)計(jì)參數(shù)、并提供參數(shù)的編輯功能和根據(jù)新的設(shè)計(jì) 參數(shù)再生三維模型的功能。在 Pro/E 環(huán)境用人機(jī)交互方式建立三維模型樣板。模型樣板 的創(chuàng)建方法與一般的三維模型相同，但必須注意以下幾點(diǎn)： (1) 在對(duì)三維模型樣板進(jìn)行特征造型時(shí)，對(duì)二維截面輪廓，利用尺寸標(biāo)注和施加相 切、固定點(diǎn)、同心、共線、垂直及對(duì)稱等關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何圖形的全約束。 (2) 正確設(shè)置控制三維模型的設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)可分為兩種情況：一是與其他參 數(shù)無關(guān)的獨(dú)立參數(shù)； 另一種是與其他參數(shù)相關(guān)的非獨(dú)立參數(shù)。 前者主要用來控制三維模 型的幾何尺寸和拓補(bǔ)關(guān)系，后者可用以獨(dú)立參數(shù)為自變量的關(guān)系式表示。實(shí)際上，參數(shù) 化設(shè)計(jì)程序采用的第一種情況的設(shè)計(jì)參數(shù)， 對(duì)于后者可以不設(shè)置參數(shù)而直接用關(guān)系式表 示。 (3) 正確建立設(shè)計(jì)參數(shù)與三維模型尺寸變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 在 Pro E中創(chuàng)建草圖、 加減材料和其他修飾特征時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)以 d0、 dl 、 d2? 等默認(rèn)的符號(hào)給特征的約束參數(shù) 命名。系統(tǒng)的約束參數(shù)命名是由 Pro/E 系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的，其值控制三維模型的幾何和拓 補(bǔ)關(guān)系，與用戶建立的參數(shù)無關(guān)。 要使用用戶建立的設(shè)計(jì)參數(shù)能夠控制三維模型， 必須使兩者相關(guān)聯(lián)。 主要有兩種方 法： 1) 在創(chuàng)建或修飾特征需要輸入?yún)?shù)時(shí)，直接輸入?yún)?shù)名。如在草圖中標(biāo)注或修改尺 寸值時(shí)用參數(shù)名代替具體數(shù)值。 2) 利用 Pro E的關(guān)系式功能創(chuàng)建新的關(guān)系式，使 Pro/E 系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的約束參數(shù)名與設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)。 開發(fā)者可以根據(jù)自身的條件、工具的特點(diǎn)，選擇一種合適的開發(fā)工具。開發(fā)者通過 編程建立用戶界面，接受用戶的參數(shù)輸入與指令輸入，通過函數(shù)實(shí)現(xiàn)零件造型、尺寸驅(qū) 動(dòng)等一系列自動(dòng)化工作，使用一種交互的、程序的方程式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。 第一種方法相對(duì)易于掌握， 適合一般的工程技術(shù)人員。 在此利用 Pro/E 軟件自帶的 參數(shù)化功能來研究銑床頂尖座三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。 4 銑床頂尖座的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)過程 4.1 基于 Pro/E 的三維參數(shù)化特征造型 利用 Pro/E 進(jìn)行三維參數(shù)化特征研制， 主要分為兩個(gè)部分進(jìn)行。 單個(gè)零件進(jìn)行三 維參數(shù)化設(shè)計(jì)；在零件三維參數(shù)化的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)裝配體進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。 4.2 頂尖座三維參數(shù)化設(shè)計(jì)過程 4.2.1 單個(gè)零件的三維參數(shù)化 單個(gè)零件主要有兩大類：標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件。 4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件三維參數(shù)化 銑床頂尖座的標(biāo)準(zhǔn)件包括墊圈、螺栓和螺母、銷。在 PRO/E中對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行三 維參數(shù)化，有兩種方法可以很容易實(shí)現(xiàn)：用插件生成單個(gè)零件，供裝配時(shí)使用；構(gòu) 建三維標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)在裝配過程中參數(shù)化。在此重點(diǎn)研究非標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)問題。 4.2.3 非標(biāo)準(zhǔn)件三維參數(shù)化 非標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化，采用方程式，為了便于設(shè)計(jì)和裝配，我們選擇在方程式對(duì) 零件的尺寸關(guān)系建立三維參數(shù)化關(guān)系式。關(guān)系式體現(xiàn)了 PRO/E軟件的尺寸關(guān)聯(lián)性。 （ 1）基體建模，根據(jù)零件草圖利用拉伸、切除特征建立頂尖基體模型。在建立基 體模型中必須做到基于特征， 全尺寸約束。 在基體模型中建立足夠的約束關(guān)系和足夠的 尺寸。如圓與直線相切的地方一定要添加相切約束，如果缺少這么一個(gè)約束關(guān)系，那么 在改變基準(zhǔn)尺寸后驅(qū)動(dòng)出來的模型就很可能不是圓柱， 而是一頭大一頭小的圓錐體， 或 者驅(qū)動(dòng)成不可預(yù)測(cè)的模型結(jié)果，所以，正確建立基體模型是三維參數(shù)化的前提條件。 （ 2）以基體模型為載體建立所需的方程式，在“基于特征，全尺寸約束”基礎(chǔ) 上實(shí)現(xiàn)“尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改以及全數(shù)據(jù)相關(guān)” 。 底座的參數(shù)化設(shè)計(jì) 首先建立底座的基體模型如下圖： 圖 4.1 底座的基本模型 然后確定底座各尺寸間的關(guān)系式 圖 4.2 底座各尺寸間關(guān)系 是以 14 孔的尺寸做為基準(zhǔn)尺寸， 在各個(gè)尺寸間建立的關(guān)系式， 通過改變改孔的直 徑，可以直接生成相應(yīng)的模型，如下圖所示。 圖 4.3 參數(shù)化后生成的模型 頂尖的三維參數(shù)化設(shè)計(jì) 首先建立頂尖的基體模型如下： 圖 4.4 頂尖的模型 然后建立頂尖 16 與其他尺寸的關(guān)系式 圖 4.5 頂尖的尺寸關(guān)系 以尺寸 16 作為基準(zhǔn)尺寸，和其他尺寸之間建立所需的方程式， ，那么尺寸 16 可驅(qū)動(dòng)整個(gè)零件的三維參數(shù)變化， 即只需要按國(guó)標(biāo)改變尺寸 16， 就可以建立所需的符合 國(guó)標(biāo)的頂尖三維模型，實(shí)現(xiàn)“尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改以及全數(shù)據(jù)相關(guān)” 。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)非標(biāo)準(zhǔn) 件的正確參數(shù)，下圖是把 16 改為 30 后生成的圖像。 圖 4.6 參數(shù)后生成的頂尖模型 4.2.4 裝配體的參數(shù)化 裝配體三維參數(shù)化設(shè)計(jì)基于關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)方法。 裝配體中各個(gè)零件所包含的各種幾何 信息為數(shù)據(jù)源頭，通過幾何繼承、數(shù)學(xué)推導(dǎo)等方式獲取其他所需信息，選用適當(dāng)?shù)募s束 傳播和求解模型， 來構(gòu)筑一個(gè)具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力的信息資源高度共享的體系。 在裝配體 中，以頂尖裝配體的某個(gè)零件作裝配體的基準(zhǔn)件，達(dá)到改變零件的基準(zhǔn)尺寸，裝配體其 它零件的尺寸都作相應(yīng)的協(xié)調(diào)變化，并且維持原有的裝配關(guān)系不變，在此不做論述。 5 總結(jié) Pro/E 是包含了 CAD/CAM/CAE功能的集成化軟件，滿足設(shè)計(jì)、分析、制造、產(chǎn)品數(shù) 據(jù)管理的一體化要求。 Pro/E 系統(tǒng)在工程圖和零件或裝配體三維模型之間提供全相關(guān)的 功能，全相關(guān)意味著無論什么時(shí)候修改零件或裝配體的三維模型，所有相關(guān)的工程視 圖將自動(dòng)更新，以反映零件或裝配體的形狀和尺寸變化；反之，當(dāng)在一個(gè)工程圖中修 改一個(gè)零件或裝配體尺寸時(shí)，系統(tǒng)也將自動(dòng)地將相關(guān)的其他工程視圖及三維零件或裝 配體中的相應(yīng)尺寸加以更新。 參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是利用每個(gè)特征之間存在的相依關(guān)系，修改某一單獨(dú)特征的 同時(shí)，會(huì)牽動(dòng)與其存在相依關(guān)系的其它特征的變更，以捕捉設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖，并 同步更新相關(guān)聯(lián)的裝配、工程圖的 CAD技術(shù)。其突出優(yōu)點(diǎn)在于可以通過變更參數(shù)的方 法來方便地修改設(shè)計(jì)意圖，從而修改設(shè)計(jì)的結(jié)果，參數(shù)化設(shè)計(jì)是 Pro/E 重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的設(shè) 計(jì)理念，在設(shè)計(jì)應(yīng)用中效果較好。 在 Pro/E 環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件、非標(biāo)準(zhǔn)件和裝配體三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，充分利用 了 Pro/E 插件，方程式的優(yōu)勢(shì)，對(duì)頂尖裝配體建立了參數(shù)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了只需改變 一個(gè)尺寸就驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝配體變化的效果，展示了 Pro/E 強(qiáng)大的建模功能和參數(shù)化功能。 為工程技術(shù)人員探索了一條高效設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可行之路，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率與經(jīng)濟(jì)效益具 有現(xiàn)實(shí)意義。 致謝 參考文獻(xiàn) 1 李麗，張彥娥 . 現(xiàn)代工程制圖基礎(chǔ) M. 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2003. 2 徐國(guó)權(quán)，黃志超 . 基于 Solidworks 的參數(shù)化設(shè)計(jì)二次開發(fā)研究 J . 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2007， 23(1) ： 68-87. 3 吳立軍 .Pro/ENGINEER 二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ) M. 北京：電子工業(yè)出版社， 2006 4 吳偉偉，唐任仲，候亮基于參數(shù)化的機(jī)械產(chǎn)品尺寸變型設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn) J 中國(guó)機(jī)械工程， 2005， 16(3) ： 218 219 5 楊青，陳東祥，胡冬梅基于 Pro Engineer 的三維零件模型的參數(shù)化設(shè)計(jì) J 機(jī)械設(shè)計(jì) ,2006 ， 23(9) ： 53 55 6 李世國(guó)， 何建軍 基于 Pro E零件模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究 J 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2003， 19(3) ： 36 37 7 李世國(guó) Pro TOOLKIT程序設(shè)計(jì) M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 8 譚雪松 Pro ENGINEER Wildfire 基礎(chǔ)教程 M 北京：人民郵電出版社， 2006， 1 9 黃愷，李雷，劉杰 Pro E 參數(shù)化設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用教程 M 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