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收稿日期:2002-12-14
基金项目:
江苏省333工程资助项目干衣机三维造型技术研究 苏委知20001号文章编号:1006223432003032036202基于Pro/E零件模型的参数化设计技术研究李世国 何建军江南
大学 机械工程学院无锡 214063 摘 要:通过对Pro/TOOLKIT开发工具包的研究和分析提出了基于三维模型的用户定义参数、用户定义特征和特征约束符号三种参数化设计方法解决了程序设计中的关键技术。
在VC的集成开发环境使用MFC进行Pro/E应用程序的设计和创建实现了交互界面的可视化设计。
关键词:Pro/EVC开发CAD应用程序中图
分类号:TP391.72 文献标识码:A 实现产品设计的
数字化离不开CAD/CAM系统的支持具有技术成熟、功能强大的Pro/E参数化造型系统在设计和制造业中引起了人们
的重视并得到了日益广泛的应用。
Pro/E作为通用三维CAD/CAM系统在功能上完全能够满足机械产品的设计要求但是在系统操作的人性化和易用性方面并非完全尽人意。
因此如何充分利用其具有
优势的特征造型功能高效地进行产品设计以满足
市场需注是值得
深入研
究的问题而Pro/E系统的高级开发
工具包Pro/TOOLKIT为
解决这一
问题提供了有力的技术支持。
利用Pro/TOOLKIT提供的C程序函数库可以在用户设计的C程序中检索、修改和创建Pro/E的各类特征对象开发基于Pro/E的专用CAD/CAM应用系统从而可以大大扩充系统
的原有功能提高产品设计质量和效率。
在Pro/E零件模型的基础进行
产品的参数化设计我们主要是采
用人机交互造型和程序开发相结合的三维模型参数化设计策略最大限度地利用原系统的
基本功能
经济高效地实现对CAD/CAM应用系统的开发。
这种方法特别适用于产品的系列化开发、标准件库的建立和零部件的变形设计不失为一种对三维CAD/CAM系统进行开发的实用方法。
1 开发环境分析及应用程序创建方法选择 Pro/E
安装盘提供的Pro/TOOLKIT工具包主要提供了创建
用户应用程序所需函数库文件、头文件和用户
指南1。
其中头文件位于Pro/TOOLKITincludes目录库文件位于Pro/TOOLKITi486ntobj
目录这两
种类型的文件是用VC开发Pro/E应用程序必不可少的支持文件。
Pro/TOOLKIT完全支持在VC的IDE环境下用make文件生成可在Pro/E环境运行.dll
文件.
exe文件并提供了示例程序的make文件。
但是这种方式无法直接使用MFCMicrosoftFoundationClass类库不能充分利用在VC的IDE环境提供的可视化程序设计技术给程序和交互界面设计以及程序调试带来诸多不便。
文献2就是采用make文件且用
命令行的形式生成应用程序。
实际上完全可以在VC的IDE环境使用MFC并直接进行程序的
编译和连接只需
在工程设置ProjectSettings的“Link”选项页设定
强制文件输出即可。
由portk-dll.lib及LIBC.lib产
生的unre2solvedexternalsymbol
连接错误均可忽略丝毫不
影响程序的正常
运行。
这样只要在
VC程序设计向导自动生成的
代码中添加user-initialize和user-terminate函数就完全可以采用与常规的VC程序相同的方法进行Pro/E应用程序的开发。
这是一种即
先进又便捷的应用程序创建方法。
2 三维模型参数化设计程序的开发策略 Pro/TOOLKIT提供了调用几何特征创建函数在应用
程序中自动建立三维模型的方法但存在两
方面的不足:一是从特征元素树featureelementtree
开始建立相关特征程序设计复杂二是Pro/TOOLKIT并没有提供创建全部各类特征相关函数。
因此这里采用以人机交互建立的模型为基础的三维参数化程序设计方法。
实现
的基本思路是:首先对产品设计中涉及的系列化零部件、标准件
以及变型设计的参考原型进行
分析按一定的约束要求
建立复合模型。
所谓的复合模型是指包含由此
产生的一
系列衍生件所有几何特征的三维模型样板借用
面向对象的程序设计术语来说衍生件是派生于复合模型的一个特例复合模型是所有可能特例的抽象模型类。
其次通过参数设计程序对
复合模型的约束参数进行处理并自动生成新的零件模型。
参数化程序要实现对复合模型约束参数的检索和控制。
可采用以下方法: 1 在建立复合模型时通过Pro/E的参数Parame2ters菜单项创建设计参数以设计参数
作为约束
条件参数化程序利用设计参数控制模型的几何特征2 以用户
定义特征UDF的方式
创建合模型并根据衍生件的需要设置可变尺寸VarDims参数化程序利用可变尺寸控制模型
的几何特征33 直接以常规的建模方式创建复合模型参数化程序直接从模型读出
所有约束参数通过交互界面对
有关参数
进行修改再根据新的参数值生成新的模型。
上述三种方式均可辅之以
必要的关系式以保证生成的新模型
具有正确的约束关系避免
出现异常情况。
3 程序设计的
关键技术3.1 设计参数的检索和三维模型的更新利用Pro/TOOLKIT提供的
几个函数可以从三维模型中检索出通过Pro/E的参数Parameters菜单项创建的设计 第19卷第3期
2003年6月机械设计与
研究MachineDesignandResearchVol.19No.3Jun.
2003参数用下述两种方式可以达到这一
目的。
文献4给出了根据设计参数名
访问三维模型
设计参数的程序
算法这种方法要求在设计应用程序时必须已知参数名再根据参数名获得参数的数值和类型。
这样参数化程序
必须与特定的三维模型
相关否则
不能得到所
希望的结果。
这里提出另
一种自动从三维
模型中检索出全部参数的方法。
做法为:1 调用ProParameterVisit函数遍历在模型创建的全部参数并将各参数的指针存于类型为ProParameter的指针数组中2 通过各参数的指针调用ProParameterValueGet可获得类型为ProParamvalue的结构体变量其成员type为参数类型成员value.dval、value.sval、value.ival和val2ue.lval分别为双精度、字符串、整数和布尔型参数之值。
调用函数ProParameterValueSet可设置参数之值。
函数第
一个参数是该参数的指针第二个参数为新的参数值。
参数值的
类型仍为ProParamvalue的结构体在传给函数之前要通过type成员设置类型再通过value成员赋值。
参数给定新值之后用ProSolidRegenerate
更新三维模型完成零件的自动创建。
3.2 基于UDF的三维模型自动
生成技术将交互方式建立的复合模型定义为UDF其几何特征、参考基准以及可变尺寸VarDims等信息保
存在扩展名为gph
的文件中。
参数化设计程序
直接调用gph文件并通过更改可变尺寸、设置参考基准等来生成新的零件模型。
文献3给出程序
代码中涉及的主要
函数为Pro/DEVELOP所提供在Pro/TOOLKIT中已给不再使用Pro/TOOLKIT的联机帮助中也
没有给出与新函数相应的示例
代码。
经过研究和分析
我们确定了基于
UDF自动生成新模型的主要步骤为:1 用ProUdfdataAlloc函数为UDF
的实例in2stance数据类型为ProUdfdata的结构体分配
内存2 设置实例数据的UDF文件名、依赖关系、可变尺寸、参照基准、尺寸显示方式等
属性。
调用的函数分别为:ProUdfdataNameSet、ProUdfdataDependencySet、ProUdf2dataUdfvardimAdd和ProUdfdataReferenceADD等。
3 调用ProUdfCreate生成模型。
3.3 根据Pro/E系统自动建立的约束参数符号名自动生成三维模型在Pro/E环境创建各种特征时
系统将会以d0、d1、d2、…等默认的符号给特征的
约束参数命名应用程序可以从三维模型中检索出全部约束参数的指针通过该指针获得参数的默认符号名和数值或更改符号名和数值还可以控制模型中尺寸约束参数的动态显示。
用ProSolidDimensionVisit函数可以遍历模型中所有特征
的全部约束参数并将各参数的指针存于类型为ProDi2mension的指针数组中。
通过参数的指针分别调用ProDi2mensionSymbolGet和ProDimensionSymbol
Set可获得和设置参数名分别调用ProDimensionValueGet和ProDimen2sionValueSet函数获得和设置参数值。
设置新的参数值以后同样
可以调用ProSolidRegenerate函数自动生成新的三维模型。
需要说明的是:在3.1中所指的参数名是用户利用Pro/E的“Parameters”菜单项创建的设计参数这里所指约束参数名是系统默认的符号名两者是不相同的。
4 三维参数化程序的界面设计4.1 针对特定模型设计交互界面对于前面两种方法使用MFC可以方便地设计应用程序的人机交互界面。
通常可利用位图资源和“Picture”
控件的结合来清楚地表示输入参数的含义方便操作。
图1所示为半联轴器的参数化设计界面。
模型的参数名与提示界面右半部的提示图形中的尺寸标示一一对应其含义一目了然。
当在输入框中
修改参数时在下面的提示栏中还可
动态显示
中文提示。
按这种方式设计的
界面要求针对特定的三维模型样板输入参数及提示
图形位于同一
对话框。
▲图1 特定三维模型的交互界面▲图2 通用交互界面4.2
适用于
通用模型的交互界面采用
第三种方式的参数化设计程序由于约束参数名为系统建模时的默认符号名程序运行时自动从模型中检索出参数名、参数值并计算出参数指针数组的元素总数因此可用类似于列表框的形式来表示参数名及参数值如图2所示。
另一方面在界面中也不涉及到用来表示参数含义的提示图形这样界面的设计与模型无关。
这种作法的主要问题是系统的默认符号名不能清楚地表示参数的实际
意义解决的
途径是利用Pro/TOOLKIT的尺寸显示控制函数在Pro/E模型的对应位置动态显示参数符号或数值。
即当鼠标选择列表框某一参数行时发出OnSelchange事件利用VC的
事件驱动机制直接在三维模型上
显示当前选
中的参数符号所表示的尺寸。
用ProDimensionShow函数可以根据给定的参数指针显示尺寸参数用ProDimensionShow函数可以根据给定的参数指针显示尺寸参数用ProSolidDisplay可以清除
当前参数显示用ProDisplaymodeSet函数可实现显示符号和数值
之间的切换。
下转第45页73第3期 李世国等:基于Pro/E零件模型的参数化设计技术研究▲图10 手术过程中▲图9 术前
装置模拟▲图8 最终假体▲图7 用Powermill进行刀具路径仿真样件进行模拟装配
确定最终设计
方案见图5。
6 内植物制造 在已完成的几何建模、三角面精简和内植物设计的每个
步骤中都不包括Nurbs曲面建模这是与传统假体设计
方法区别最大的
地方。
设计好的内植物仍然是三角面模型通过STL
格式文件可以将模型直接输出到CAM软件系统进行数控加工的刀具
路径仿真生成加工指令存盘见图7。
假体的制造材料采用医用钛合金。
纯钛
及其合金材料弹性模量低比重小并具有极好的机械
性能和生物相容性8。
数控
加工后内
植物还需要螺孔加工、冗余材料切除、锐边倒圆和表面处理等后续处理见图8之后根据相关标准进行探伤、消毒和包装。
7 结论 本研究采用的各种技术方法不是文中病例专用方法其中涉及的医学图象处
理方法和几何运算同样适
用于多种
个性化假体的设计。
与传统设计方法相比本文提出
的新方法具有以下
特点:1 设计过程很容易集成为稳定、高效的软
件系统2 设计
过程中不包括Nurbs曲面建模减少人为
因素引入的误差3 通过使用实际大小的RP模型进行术前
计划和手术模拟使设计
人员和
手术医生
间的交流更容易同时也减少了手术过程中的意外4 新的设计方法缩短内植物的设计周期从CT断层图象到精确匹配的内植物产品往往只需几天
时间。
新方法的提出不是为了取代
传统的设计方法但是新设计方法中的许多技术手段可以集成到传统设计方法中以提高传统方法的
可靠性和设计
效率。
参考文献:1
SunWLalP.Recentdevelopmentoncomputeraidedtissueengi2neering-areviewJ.ComputerMethodsandProgramsinBiomedicine2002672:85~103.2 WernerAetal.DesignandmanufactureofanatomicalhipjointendoprosthesisusingCAD/CAMsystemsJ.JournalofMaterialsProcessingTechnology20001071:181~186.3 VerstrekenKetal.Animage2guidedplanningsystemforen2dosseousoralimplantsJ.IEEETransonMedicalImaging1998175:842~852.4 LorensenWEClineHE.MarchingCubes:Ahigh2resolution3DsurfaceconstructionalgorithmJ.ComputerGraphics1987214:163~169.5 MontaniCetal.Amodifiedlook2uptableforimplicitdisambigua2tionofMarchingCubesJ.TheVisualComputer
1994106:353~355.6 LuebkeDP.Adeveloper’ssurveyofpolygonalsimplificationalgo2rithmsJ.IEEEComputerGraphicsandApplications2001213:24~35.7 SchroederWZargeJLorensonWE.DecimationoftriangularmeshesJ.ComputerGraphics1992262:65~70.8 NishiguchiSetal.TitaniummetalsformdirectbondingtoboneafteralkaliandheattreatmentsJ.Biomaterials20012218:2525~2533. 作者简介:叶铭1966-男博士生研究方向:
计算机辅助几何设计。
上接第37页 另外采用常规
列表框与
编辑框相
结合的技术创建了
表格式列表框以方便直接对参数名及参值进行修改。
实际上通过交互界面还可以直接更改约束参数的符号名来进一步表示参数的含义重新对三维模型中的参数符号进行设置。
我们根据上述方式并结合VC的
高级编程技术
成功开发了功能
模块并应用于CAD应用系统
的开发之中。
5 结论 在Pro/E三维模型的基础上进行参数化设计系统的开发是一种
非常实用和高效的CAD/CAM应用
软件系统的开发方法由应用程序检索和处理
不同类型的特征约束参数在原始模型的基础上派生一系列新的零件模型完全可满足零件库快速建模和产品系列化设计的要求在VC的集成开发环境中使用MFC开发Pro/E的应用程序可以实现人机交互界面的可视化设计同时还可以与数据库相
关联扩充和
增强系统的功能使通用型的CAD/CAM系统与
制造业的
信息化的要求相
适应。
参考文献:1 ParametricTechnologyCorporation.Pro/TOOLKITUser′sGuide.USA:PTC2001.2 江渡等.基于Pro/E二次开发的铁道客车结构三维参数化CAD系统J
机械设计与制造工程
20025:58~59.3 赖朝安等.Pro/E二次开发的关键技术J机械设计与制造工程2001301:43~45.4 刘锡锋董黎敏.机械CAD2Pro/E应用及开发M.北京:机械工业
出版社2
002 作者简介:李世国1956-男教授主要研究
方向为CAD/CAE/CAM
出版著作和译著7部主编国家标准一项完成
国家科技攻关子
项目及
科研项目10余项发表学术
论文30余篇。
54第3期 叶 铭等:
个性化医学内植物设计与制造HUANGGao2yiZHOUHui2junTIANYong2liSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniver2sityShanghai200030ChinaP27 Abstract:Thisarticleresearchesthedesignofthemecha2nismtorealizespecialrequirementoftrajectory.Itillustratesthemathmeticalmodelofobjectivefunctionandconstraintsoflink2agemechanismwithmovementcharacterrequirementsbythecasesoftake2upmechanismandfeedingmechanismusedinthehighspeedindustrialse
wingmachine.Theapplicationandim2plementationofgeneticalgorithmGAinthiskindofproblemisintroduced.InordertopreventtheGAfromprematureandlocalconvergencethepolicyofrelaxingtheconstraintsintheearlystagewasadopted.Finallyanexampleoftake2upmechanis
misgiventodescribethedetailedoperationandtheresultsaresatis2fiedwiththerequirements.Thepracticabilityandadvantageofthismethodisvalidatedbyit. Keywords:threadtake2upmechanismcollectinganglethreadfeedingmechanismfeedingtimegeneticalgorithmSymbolicDesignMethodofFour2linkageandItsImplementingWithMapleZHANGLong2tingLUOYou2xinGUOHui2xinDepartmentofMechanicalEngineeringChangdeTeachersU2niversityChangde4
15000ChinaP32 Abstract:
TheapplicationofSymbolicdesignMaplelan2guagetomechanicsisinvestigatedandtheprogramforsynthe2sizingfiveprecisepositionsoffour2linkagemechauismwithMade7.0isgiven.Allsolutionsareobtainedbyusingthesolvefunction. Keywords:mechanismsynthesisfour2linkagessymbolicdesignMaplelanguageResearchontheMan2machine
InterfaceofMiniaturizedGraphicDisplaysystemHUXiao2fengYEQing2taiSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniver2sityShanghai
200030ChinaP34 Abstract:Basedontheanalysisofthemessageincrementofman2machineinterfaceandthepeople’slimitedcapacityofpro2cessinginformationthepaperstudiestheimportantfactorsrela2tivetothisabilityanddescribestheadvantagesofthegraphicdisplaysystem.Aminiaturizedgraphicman2machineinterfacecomprisedofthechipmicroprocessorandliquidcrystaldisplayhasbeendevelopedandconfigurationhardwareandsoftwaredesignofthesystemareintroduced. Keywords:man2machineinterfacegraphicsmessagestransformationResearchAboutParametricDesignTechnologyofPart2Model
BasedonPro/ENGINEERLIShi2guoHEJian2junSchoolofMechanicalEngineeringSouthernYangtzeUniversi2tyWuxi214063ChinaP36 Abstract:Thispaperintroduces3parametricmodeldesignmethods:user2definedparameteruser2definedfeatureandfea2ture2constraintsymbolwhichresolvethekeytechno
logyofap2plicationprograms
designUndertheintegrationdevelopmentenvironmentofVCthePro/ENGINEERapplicationProgramsiscreatedanddesigned
withMFCandthe
visuatizeddesignofinferoctiveinterfaceisrealized. Key
words:Pro/ENGINEERVisualC6developmentCADapplicationUsingBitmapsofPartsMakeSolidModelsZHANGJin2xiDepartmentofMechanicalEngineeringChonqingInstituteofTechnologyChonging40
0050ChinaP38 Abstract:Thispaperbroughtforwardamethodofusing
VB.NETprogramtoanalyzeandtreatwithbitmappicturesofpartswhichcanbefiguredbytheirfrontandcutawayviewcombinedwithAutoCAD2002exploituretocreatetheir3Dsolidmo
dels.Thismethodcanimifateorredesignthoseproductswhichjusthavebitmappictures. Keywords:3DsolidmodelbitmapVB.
NETAutoCAD
ApplicationofM
ATLAB/TOOLKITtoRealzingtheMechani2calOptimalDesignXIPing2yuanDepartmentofMechanicalEngineeringHuaihaiInstituteofTechnologyJiangsuLianyungang222001ChinaP40 Abstract:Thisarticleintrodueesthe
ApplicationofMAT2LABsoftwaretosolvetheproblemsinmechanicaloptimalde2sign.Throughtheoptimizationenamplesgiveninthisarticleonecanseethatthissoftwareisveryconvenienttosolveoptimaldesignproblems. Keywords:
MATLABmechanicaloptimaldesignapplica2tionexampleIn
dividualizedMedicalImplantDesignandManufacturingYEMing1WANGCheng2tao1SUNJian21.SchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUni2versityShanghai200030China2.ShanghaiSecondMedicalUniversityShanghai200025ChinaP43 Abstract:Anexact2fitcustomizedmedicalimplantdesignandmanufacturingmethodisproposed.Objecttissuetriangularmeshmodelisreconstructedthroughtissueproperty2basedim2agesegmentationandisosurfaceextractionalgorithm.AftermeshdefragmentationandcuttingimplantmeshmodelisformedanddirectlyoutputtostandardCAMsoftware.ThemedicalimplantisfinallymanufacturednumericallywiththecodesgeneratedbytheCAMsoftware. Keywords:32DimagesegmentationgeometricmodelingrapidprototypingsurgicalsimulationANewPassiveMagneticBearingandItsApplicationsinDurableImpellerTAHQIANKun2xiRUWei2minZENGPeiYUANHai2yuInstituteofBiomedicalEngineeringJiangsuUniversityZhen2jiang21
2013ChinaP46 Abstract:AnovelpermanentmagneticbearinghasbeendesignedandusedinanimpellerTAHtotalartificialheartintheaulhors’laboratory.Theendurance
testhaslasted14monthsongoingandneith
erpumpfloworheadnormotordrivingparameterssuchasvoltageandcurrentaswellasspeedhaschanged.Thatmeansnomechanicalwearhasoccurred7