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(diǎn)、線(xiàn)、圓等）的簡(jiǎn)單堆疊，僅僅描述了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可視化形狀，而不包含設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，因此難以對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行改動(dòng)，并生成新的產(chǎn)品實(shí)例。目前很多企業(yè)為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大部分產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是改進(jìn)型設(shè)計(jì)，大約70%的新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都要重新利用原來(lái)的產(chǎn)品模型，于是參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。
Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的三維實(shí)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(kù)實(shí)現(xiàn)模型的快速再生；它的二次開(kāi)發(fā)接口使用戶(hù)可以在自己開(kāi)發(fā)的程序中對(duì)零件進(jìn)行各種操作和控制，從而實(shí)現(xiàn)程序化設(shè)計(jì)。
一、Pro/Engineer二次開(kāi)發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理
Pro/Program是Pro/Engineer軟件提供的一種程序化的二次開(kāi)發(fā)工具。利用Pro/Engineer造型的同時(shí)，Pro/Program會(huì)產(chǎn)生特征的program，它是一個(gè)記錄文件，由類(lèi)似BASIC的高級(jí)語(yǔ)言構(gòu)成，記錄著模型樹(shù)（modeltree）中每個(gè)特征的詳細(xì)信息，包括各個(gè)特征的建立過(guò)程、參數(shù)設(shè)置、尺寸以及關(guān)系式等，我們可以通過(guò)修改和添加特征的program來(lái)生成基本參數(shù)相同的一系列模型。
利用Pro/Program對(duì)Pro/Engineer軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)不需要重新撰寫(xiě)設(shè)計(jì)步驟，只需加入幾個(gè)相關(guān)的語(yǔ)法指令就可以讓整個(gè)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(lái)接收、換算和傳遞用戶(hù)輸入的有關(guān)參數(shù)，通過(guò)改變特征的尺寸及特征之間的關(guān)系來(lái)達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。這里需要注意的是，開(kāi)發(fā)工作的關(guān)鍵在于確定獨(dú)立可變參數(shù)，應(yīng)盡量以最少的參數(shù)來(lái)確定整個(gè)零件的可變尺寸，并通過(guò)參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的修改。
二、基于Pro/Program二次開(kāi)發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)建立零件庫(kù)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(dòng)參數(shù)
因?yàn)樵趨?shù)化設(shè)計(jì)時(shí)不僅要實(shí)現(xiàn)尺寸的驅(qū)動(dòng)變化，還要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形狀的局部變化，所以要在對(duì)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(kāi)發(fā)。
2.創(chuàng)建零件庫(kù)樣板零件模型
利用各種建模方法生成零件庫(kù)樣板零件模型。此時(shí)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(dòng)生成，其他部分可以由設(shè)計(jì)人員自己添加或修改，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的各種操作和控制。
4.運(yùn)行程序
打開(kāi)零件樣板模型，執(zhí)行“Edit/Regenerate”命令，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)編譯并執(zhí)行程序，當(dāng)有新的參數(shù)輸入時(shí)就派生出新的模型。
其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示：
圖1 Pro/program建庫(kù)流程圖
三、漸開(kāi)線(xiàn)直齒圓柱齒輪模型庫(kù)的實(shí)現(xiàn)
1.基于Pro/Engineer的標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)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(gè)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(gè)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(duì)話(huà)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(shí)體創(chuàng)建
執(zhí)行“Insert /Revolve”命今創(chuàng)建齒輪基本實(shí)體。
�。�4）齒輪基本曲線(xiàn)和齒廓曲線(xiàn)創(chuàng)建
執(zhí)行“Insert/Model Datum/Sketched Datum Curve Tool”命令繪制齒輪基本曲線(xiàn)（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(kāi)線(xiàn)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(kāi)線(xiàn)3（如圖3所示）。
圖3 齒輪基本曲線(xiàn)和齒廓曲線(xiàn)圖
（5）第一個(gè)齒槽特征創(chuàng)建
執(zhí)行“Edit/Feature Operations/Copy”命令，將漸開(kāi)線(xiàn)3繞坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)360/(4*ZS)角度生成漸開(kāi)線(xiàn)1。
執(zhí)行“Edit/Feature Operations/Copy”命令將漸開(kāi)線(xiàn)1以通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)和漸開(kāi)線(xiàn)3與分度圓的交點(diǎn)的基準(zhǔn)線(xiàn)為中心鏡像生成漸開(kāi)線(xiàn)2。
執(zhí)行“Insert /Extrude/cut”命今，以漸開(kāi)線(xiàn)1、2及齒根圓曲線(xiàn)為邊界切出第一個(gè)齒槽（由于基圓內(nèi)沒(méi)有漸開(kāi)線(xiàn)，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(gè)齒槽繞Z軸旋轉(zhuǎn)360/ZS角度生成第二個(gè)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(jì)程序的修改
齒輪創(chuàng)建完成后，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一串program，執(zhí)行“Tools/Program/Edit Design”命令，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)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(shí)在“INPUT”和“END INPUT”之間輸入基本參數(shù)語(yǔ)句和提示語(yǔ)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(yǔ)句：
D1=DA/2
D2=B
D3=DF
D4=DB
D5=D
D16=B
D25=B
D7=360/(4*ZS) /*漸開(kāi)線(xiàn)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(gè)數(shù)
3.齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)程序的運(yùn)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(huì)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(shí)選擇“YES”按鈕，系統(tǒng)出現(xiàn)“GET INPUT”菜單，點(diǎn)擊“Enter”，就會(huì)出現(xiàn)如圖5所示的“INPUT SEL”菜單，選擇齒數(shù)項(xiàng)和模數(shù)項(xiàng)，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(huì)自動(dòng)執(zhí)行參數(shù)化設(shè)計(jì)程序，彈出圖5所示的菜單，用戶(hù)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(huì)按用戶(hù)所輸入的新值自動(dòng)生成新的齒輪。
四、結(jié)論
本文重點(diǎn)闡述了用Pro/Program進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建漸開(kāi)線(xiàn)直齒圓柱齒輪模型庫(kù)的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員可以借助上述方法建立各類(lèi)零件的模型庫(kù)，通過(guò)對(duì)Program的編輯，自動(dòng)生成基本參數(shù)相同的系列零件，使設(shè)計(jì)更富有選擇性和彈性。
