基于ProE的三维标准件库的研究与开发[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业设计课题：基于ProE的三维标准件库的研究与开发含毕业论文、开题报告、Pro/E图纸

摘要

参数化设计方法作为一种全新的设计方法现在已广泛被工业界所采用。它所具有的高效性、实用性等特点使其成为设计工作的发展方向。参数化设计应用水平的高低直接决定了企业设计效率与设计质量的高低和企业核心竞争力的强弱。这是关系到企业长久生存与发展的重大问题。

本论文介绍了国内外CAD技术的研究动态、参数化技术的理论及研究现状、Pro/Engineer的二次开发现状。在此基础上，充分运用Pro/Engineer的二次开发工具Pro/Toolkit的功能，进行参数化设计研究与开发工作。在此基础上，进一步运用Pro/Toolkit与VC++6.0编程环境，开发出参数化的标准件库系统。该系统具有直观、友好的对话框界面，包含了各种不同类型的标准件 ，使用时只需要输入一些基本的参数就可以生成相应的三维模型，给标准件的三维建模工作带来的极大的便利。 该标准件库减少了产品设计中对于标准件设计中繁琐且重复性的工作。文中所提到建库方法具有一定的推广性，专门应用领域的用户可用文中所提到的方法来扩充自己所需的标准件库和通用件库，提高开发效率和质量。

关键词 参数化设计 标准件库 Pro/Toolkit 二次开发

ABSTRACT

Parametric design, as an entirely new method of design, has been introduced abroad by industry. Such characteristics as the eficiency, practicabilities etc. that it has made it the direction of future design. It determines design efficiency and the height of designing quality and power of enterprise's key competitiveness of enterprise directly to design the level of the application level in parameter. This is concerning the important issue of survival and development for a long time of enterprises.

This thesis has introduced research dynamic status of domestic and international CAD technology, theory of parameter technology and the current research situation, secondary development current situation of Pro/Engineer. On this foundation, fully use the function of Pro/Engineer's secondary development tool Pro/Toolkit, carry on the research and development of parameter design. On this basis, using Pro/Toolkit and VC ++6.0 programming environment further, develop standard part modeling systems ofparameter. This system has intuitionistic, friendly frame interfaces, including standard part of diferent types, inputting some basic parameters can generate the coresponding 3D model while using. This system gives the great facility to the work of 3D modeling of the standard part . It can transfer directly conveniently. This part library reduces product design to standard component tedious and repeated work in the design. The method of building library mentioned in the article that has certain popularization nature, users in the special application can expand the standard part library that oneself need and library in common use, improving the developing eficiency and quality.

[Key Words] parametric design, standard part library, Pro/Toolkit, secondary development

目录

中文摘要
英文摘要
1.绪论 .1
1.1 开发的目的和意义.1
1.2 本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析 1
1.2.1研究现状 .2
1.2.2现状分析 .2
2.系统开发工具及采用的关键技术 .2
2.1 系统开发工具介绍 .2
2.1.1 Pro/Engineer的简介 2
2.1.2应用程序开发工具 .4
2.2 所采用的关键技术 4
2.2.1参数化设计的概念 .4
2.2.2 Pro/Engineer的二次开发工具 5
3.VC++ 的环境设置 6
3.1 VC++6.0简介 .6
3.2 创建工程及更改设置 7
4.Pro/Toolkit应用程序的开发 8
4.1 Pro/TOOLKIT软件包简介 .8
4.2 Pro/TOOLKIT 的安装和使用 8
4.2.1 系统要求和软件安装 8
4.2.2 Pro/TOOLKIT 的安装 8
4.2.3 测试 Pro/TOOLKIT 8
4.2.4 编译和连接 8
4.2.5 注册 9
4.2.6应用程序的执行 10
4.3基于Pro/TOOLKIT的二次开发 11
4.3.1Pro/TOOLKIT的工作模式 .11
4.3.2工作模式的区别 11
4.4 Pro/TOOLKIT 应用程序的基础知识 .11
4.4.1 头文件 .11
4.4.2 主程序 .11
4.4.3 用户自定义函数 .12
4.5 应用程序的开发 .13
4.5.1建立MFC App Wizard(dll)工程 .13
4.5.2对话框的创建 14
4.6 程序的编译 .19
4.7 程序文件的注册和启动 .19
4.7.1 程序文件的注册 .20
4.7.2程序文件的启动 20
5.开发实例 .21
6.特色与优势 .23
7.展望 23
8.设计总结 .24
参考文献 25

1.绪论

1.1开发的目的和意义

标准件在机械、电子、轻工、汽车、航空航天、造船等各个领域应用广泛。对当今机械产品的零部件分析表明，标准零部件的数量约占到60%左右，30%左右的零部件是通过变型设计得到的通用件，而根据客户特殊需求开发的零部件只有10%左右。标准零部件不仅数量多，且在设计过程中需要频繁查阅各种设计手册。据统计，标准零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%，所以，在产品设计中，标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的操作，这显然与日趋激烈的市场竞争环境不相适应。因此，很有必要开发各种通用和专用的标准件库来取代这一繁琐、复杂的劳动。随着经济的发展和计算机应用的普及，尤其是信息技术、网络技术的发展，标准件库的共享己成为我国CAD技术广泛应用后所面临的难题之一。目前国内的机械、建筑等行业的大部分企业都采用了CAD系统，如AutoCAD,Pro/ENGINEER(以下简称Pro/E), UG, CATIA，SolidWorks,SolidEdge等。但是，大多数CAD系统本身并不包含标准件库，少数提供标准件库的CAD系统，其所包含的标准件种类及数量也都非常有限，且有一个共同的缺点：可抑制性和软件复用性差，不能满足工程设计人员的需求。因此，为了建立符合我国国标或各行业行标的标准件库，许多研究单位和部门都在各种CAD平台上利用其提供的二次开发接口进行了二次开发。

Pro/Engineer Widefire软件是美国PTC公司开发的新一代CAD/CAM系统，自从面世以来，以全参数化尺寸驱动、基于特征、单一全关联的数据库等优点深受顾客好评，并成为国际参数化的行业标准。

本课题采用的是基于Pro/Engineer Widefire2.0平台，通过加载Pro/Toolkit应用程序，借助第3方编译环境VC++对Pro/Engineer进行二次开发，通过参数设置，采用程序自动完成尺寸修改更新模型的方法，设计各类不同规格的产品，把零件模型的标准库和自动更新模块加入到Pro/E中，利用MFC集成方式，实现了标准件的参数化自动更新技术。便快捷地实现产品设计者意图，有较好的实用性和推广价值。

1.2 本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析：

随着计算机的广泛应用和蓬勃发展，许多高校和科研所及公司根据我国的计算机国情和国家标准在很多领域进行了大量的二次开发工作。但是，每项二次开发工作都有其独有的特点。正是如此，才满足了不同层次、不同行业部门的需求。

目前，国内实际应用的CAD系统可分为两大类:一类是国产自主版权的CAD软件，另一类是国外商品化CAD软件。由于国外CAD软件的功能齐全，性能优良，并完成了商品化和工程化的需求，因此在国内市场占有很大的份额。然而，此类商品化的软件一般都是通用化软件，用户在应用时必须根据各自行业的特点进行不同程度的二次开发，方能发挥出应有的效益。因此，CAD进口软件的二次开发是具有实际应用价值的课题。

下面介绍本课题基于Pro/Engineer Widefire平台的三维标准件库的研究与开发在CAD软件应用中的研究现状及分析：

1.2.1研究现状：

PRO/E不仅提供了参数化特征造型的环境，同时PRO/E还允许用户和开发者对产品及设计过程采用二次开发方法进行参数化定制。PRO/E提供了多种二次开发工具，在我国设计者们常用的有：族表（Family Table）、用户自定义特征（UDF）、Pro/Program、 J-link和Pro/Toolkit等。

1.2.2现状分析：

其中，Pro/Toolkit是基于C语言的，能实现与Pro/E的无缝集成，是Pro/E功能最为强大的二次开发工具，它采用面向对象的方法，封装了许多可以访问Pro/E底层资源的库函数与头文件，借助第三方编译环境进行编译调试，因而最为开发者所使用。

此系统以Pro/Engineer Widefire为支撑平台，应用Pro/Toolkit二次开发工具，采用面向对象的设计思想及VC++6.0编程语言，将设计代码编译成动态链接库文件，在Pro/E环境下运行，从而既利用Pro/E环境的强大功能，又利用C语言的结构化编程、运行效率高的优势，在系统界面上保持与Pro/E系统一致的风格，采用全汗化界面、菜单及丰富的对话框等接口形式。力求提示醒目、操作简单、容错能力强，以适合从事机械设计人员实际使用的需要。

2. 系统开发工具及采用的关键技术

2.1系统开发工具介绍

2.1.1 Pro/Engineer的简介

Pro/Engineer软件系统是美国参数化技术公司PTC (Parametric Technolog Corporation)的优秀产品，提供了集成产品的三维造型设计、加工、分析及绘图等功能的完整CAD/CAE/CAM解决方案。该软件以使用方便、参数化造型和系统的全相关性而著称。目前Pro/Engineer软件在我国的机械、电子、家电、塑料模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等行业取得了广泛的应用，该软件在国内的应用数量大大超过了同类型的其它国外产品。

Pro/Engineer可谓是个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、饭金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据管理于一体，其模块众多。主要由以下六大主模块组成:工业设计(CAID)模块、机械设计(CAD)模块、功能仿真(CAE)模块、制造(CAM)模块、数据管理(PDM)模块和数据交换(Geometry Translator)模块。这里将介绍一下Pro/Engineer的主要特性:

(1)相关性(Full Associativity)

相关性是指所有的Pro/Engineer的功能都相互关联.这就意味着在产品开发过程中，用户任何时候所作的变更，都会扩展到整个设计中，同时自动更新所有工程文档如部件、加工以及产品信息管理等。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改却没有任何损失一并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥作用。Pro/Engineer系统开发环境最突出的特点就在于它能够支持并行工程，通过一系列足以表现外形、装配性能的全相关性的解决方案，可以让用户同时在几个技术领域处理一个产品模型。这些能力包括造型设计、机械设计、功能设计、加工以及产品信息管理等。

Pro/Engineer提供的参数化设计的最大的特点就是单一数据库(SingleDatabase). Pro/Engineer配合单一数据库，所有设计过程所使用的尺寸(参数)都存在数据库中，修改CAD模型及工程图不再是一件难事，设计者只需更改3D零件的尺寸，则2D工程图就会依照尺寸的修改做几何形状的变化，同样修改2D工程图的尺寸其相关的3D实体模型也会自动修改，同时装配、制造等相关设计也会自动修改，这样可确保数据的正确性，达到设计修改工作的一致性，避免发生人为改图的疏漏情形，且减少许多人为改图的时间和精力的消耗。也正因为有参数式设计，用户才可以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系式使得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误发生。

(2)基于特征的参数化建模(Feature-based Parametric Modeling)

参数式设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改参数的数值来更改零件的外形。参数化设计的思想在工业界传播了许多年，1988年，Pro/Engineer以参数式设计的思想问世以后，业内人士即对参数式设计CAD/CAM的思想翘首以待。Pro/Engineer:对于传统机械设计工作来说，有相当大的帮助作用，因为Pro/Engineer中参数不只代表设计对象的外观相关尺寸，并且具有实质上的物理意义[24]。例如我们可以运用系统参数(System parameters，如体积、表面积、重心、三维坐标等)，或用户依设计流程所定义的用户定义参数(User defined parameters，如密度、厚度等具有设计意义的物理量或字符串)加入设计构思中来表达设计思想。这项参数化设计的功能不但改变了设计的概念，并且将设计的便捷性推进了一大步。

(3)数据管理(Data Management)

为了在最短的时间内完成最多的开发工作，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。Pro/Enginee:数据管理功能可以管理并行工程所要求的并行作业程序，并通过全相关性达到并行工程的有的。

(4)装配管理(Assembly Management)

Pro/Engineer能够让用户使用贴合(Mate),插入(Insert)、对齐(Align)等直觉式指令，轻松装配零部件，保持设计意图，达到设计目的。而高级的功能则支持大型复杂装配体的创建与管理，并且零件数目不受限制。

(5)工程数据库重用(Engineering Date Reuse EDR)

工程数据库重用就是为了达到大幅提高生产力、降低成本的目的，而以标准、公认的设计作为新产品设计的基础，它能够让用户快速开发整个产品系列。

Pro/Engineer的基本结构使EDR易于实现。随着将来几代产品的创建，会发现从Pro/Engineer中获得的益处将大大超过最初的投资.

(6)易用性(Ease of Use)

Pro/Engineer独有的自动导引菜单为用户提供了使用方便的选项，也可以预先选定最常用的功能。此外，系统还提供了简短的功能菜单说明和完整的在线帮助。这些都使得Pro/Engineer具有非常好的易用性。

(7)硬件独立性(Hardware Independence)
Pro/Engineer可以在UNIX和Windows98/2000NT/XP平台下运行，并在每个系统中都维持相同的界面，使用的感觉也一样。用户可以根据自己的需求，选购最经济的硬件配置，再混用或搭配任何一种平台组合。由于Pro/Engineer可以运行在不同环境中，具有独特的数据结构模式，因此可以方便地让信息在不同平台的机器之间相互转换。

2.1.2应用程序开发工具

系统程序模块的设计选择Visual C++6.0作为开发平台。VC++6.0是运行于Windows上的交互式可视化集成开发环境，是美国Microsoft Visual Studio的一部分。像其它的可视化开发环境(如Visual Basic, Delphi, C++ Builder)一样，VC十十6.0集程序的代码编辑、编译、连接调试等于一体，给编程人员提供了一个完整而又方便的开发界面和许多有效的辅助开发工具。VC++6.0的应用程序向导(App Wizard)可以为很大一部分类型的程序提供框架代码，用户不需要书写代码，只需要几个按钮就可以生成一个完整的可以运行的程序网。

2.2所采用的关键技术

2.2.1参数化设计的概念

参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只要输入几个参始值就可生成所要求的模型(26]。尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户的模型。

传统的CAD绘图技术都用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置，要想修改图面内容，只有删除原有的线条后重画。而新产品的开发设计只需要多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调和优化。对于定型产品的设计，需要形成系列化，以便针对用户的生产特点提供不同功率、规格的产品。

2.2.2 Pro/Engineer的二次开发工具

Pro/Engineer是一个功能强大的三维产品设计软件。它融入了单一数据库、参数化、基于特征、全相关的设计概念，可以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。常用的二次开发工具有:族表(Family Table)、用户定义特征(UDF),Pro/Program, J-link, Pro/toolkit等。

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