Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。

　　1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　從功能而言，系統(tǒng)各模塊只是對Pro/E的主要功能利用面向?qū)ο蟮乃枷胨鞯倪M(jìn)一步封裝，其目的在于簡化人機(jī)交互的次數(shù)，使系統(tǒng)更易于操作和學(xué)習(xí)。各模塊間的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　　所有模塊均為各自獨(dú)立的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序，模塊間的通訊由Pro/TOOLKIT提供的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)，相關(guān)參數(shù)的傳遞利用Pro/TOOLKIT函數(shù)和相關(guān)指針實(shí)現(xiàn)。

　　整個(gè)零件的設(shè)計(jì)和加工信息都存儲(chǔ)在Pro/E的數(shù)據(jù)庫中，由于Pro/E是基于單一數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，因此在任一處的修改都將引起所有相關(guān)參數(shù)的變化，這使模型的修改非常方便。

　　當(dāng)系統(tǒng)在仿真環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，用戶可以通過修改工藝設(shè)置或直接修改產(chǎn)品幾何模型，然后再經(jīng)仿真環(huán)節(jié)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，在加工軌跡仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求之后，即可經(jīng)后處理模塊生成NC加工代碼。

　　2　各功能模塊的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)

　　2.1　造型模塊

　　該模塊的功能是實(shí)現(xiàn)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其目標(biāo)在于生成一個(gè)存儲(chǔ)零件整體信息的文件。

　　該模塊的是建立特征庫。首先依據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，按照ＧＴ技術(shù)的方法對零件的結(jié)構(gòu)及加工條件進(jìn)行分析和歸納，終確定特征的種類和數(shù)量。特征的分類如圖2所示。

　　
圖2　特征分類圖

　　幾何特征的建立是采用Pro/E提供的用戶自定義特征功能實(shí)現(xiàn)。對每個(gè)幾何特征的建立過程是類似的，即首先手工構(gòu)建產(chǎn)品模型，將要?jiǎng)?chuàng)建的特征附著在模型的上面，然后選擇菜單項(xiàng)進(jìn)行幾何特征的創(chuàng)建。一個(gè)幾何特征的定義中要包括參考基準(zhǔn)、可變尺寸及可變尺寸的記號(hào)，通過在程序中修改可變參數(shù)的數(shù)值，即可獲得所需要的特征衍生件，在建模的過程中也可利用鼠標(biāo)點(diǎn)選標(biāo)注尺寸，利用尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)修改這些參數(shù)。對非幾何特征則以特征碼的方式存放，將所有的特征以相同的格式(.gph)存放在同一根目錄下，形成特征庫 (UDFLibrary)，作為造型的基本工具。

　　在應(yīng)用中，首先利用特征庫進(jìn)行幾何型的建立，然后根據(jù)對各幾何特征加工要求的不同，將非幾何特征附加到各特征上，從而形成對零件信息的完整描述。在幾何特征和非幾何特征之間通過指針的方式實(shí)現(xiàn)通信。

　　模型的建立采用與Pro/E系統(tǒng)建模思想完全吻合的特征拼裝技術(shù)。首先選擇幾何模型的主特征，并以其作為整個(gè)模型的父特征，其余特征依次從特征庫中選取并附加到主特征上，形成模型的基本形狀；然后對各特征的可變尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修改，完成零件的幾何模型的建立；，實(shí)現(xiàn)非幾何特征的附加。方法是：1)用鼠標(biāo)選取定制菜單中“添加非幾何特征”項(xiàng)，彈出設(shè)置對話框并將其固定在桌面上；2)依次用鼠標(biāo)選取幾何特征，使它的相關(guān)指針項(xiàng)指向?qū)υ捒颍?)對對話框中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行賦值，這個(gè)過程也即對選中特征相關(guān)參數(shù)的賦值。至此，零件的建模工作結(jié)束，將所有的設(shè)置以文件的方式存放在指定位置，作為 CAPP部分的輸入?yún)?shù)。

　　2.2　工藝處理模塊及加工仿真

　　CAM （computer Aided Manufacturing,計(jì)算機(jī)輔助制造）的是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（簡稱數(shù)控），是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機(jī)床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱為"加工中心"的多功能機(jī)床，能從刀庫中自動(dòng)換刀和自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為"柔性".

　　工藝處理模塊的主要功能是CAM對系統(tǒng)加工參數(shù)的自動(dòng)獲取，其目標(biāo)是在加工仿真完成后生成刀位數(shù)據(jù)文件，以其作為后處理的輸入。其基本構(gòu)成及相互關(guān)系如圖3所示。

　　
圖3　工藝處理模塊框圖

　　顯然，制造模型的建立是整個(gè)工作的起點(diǎn)，首先制造模型建立模塊通過自身的指針函數(shù)讀取造型模塊所產(chǎn)生的文件，然后根據(jù)毛坯選擇規(guī)則庫的相關(guān)規(guī)則自動(dòng)從毛坯庫中選取毛坯，并自動(dòng)完成制造模型的建立，從而實(shí)現(xiàn)了制造模型建立的完全自動(dòng)化操作。

　　CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機(jī)械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設(shè)計(jì)效率低、一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定、不易達(dá)到優(yōu)化等問題。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-I于1976年推出的CAM-I'S Automated Process Planning系統(tǒng)。取其字首的個(gè)字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對CAPP這個(gè)縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。

　　工藝規(guī)劃為該部分的，也是整個(gè)二次開發(fā)的難點(diǎn)所在。鑒于Pro/E系統(tǒng)本身缺乏CAPP的信息集成，用戶對各加工特征的設(shè)定、加工方法的選擇、刀具的選擇、切削參數(shù)的設(shè)定等均需人機(jī)交互完成，這些操作對操作人員的要求高、交互復(fù)雜，是限制Pro/E的CAM功能廣泛應(yīng)用的主要原因之一，為此，系統(tǒng)提出了如下的解決方案。

 　　首先用交互的方式輸入工藝裝備信息，如夾具、機(jī)床信息等。然后進(jìn)入推理環(huán)節(jié)，推理步驟為：1)讀取造型文件，根據(jù)針對每個(gè)特征所建立的工藝推理規(guī)則自動(dòng)產(chǎn)生每個(gè)特征加工的工序；2)結(jié)合制造模型的輸出信息，自動(dòng)對所有特征的加工工序進(jìn)行整合和排序，生成整個(gè)零件加工的刀位文件。其中，在推理環(huán)節(jié)完成粗加工、半精加工、精加工等各工序的加工參數(shù)、刀具選擇、切削參數(shù)的確定，在排序過程中確定加工的退刀面、走刀方式和進(jìn)退刀方式、走刀次數(shù)等。將推理的結(jié)果輸入Pro/NC CHECK模塊進(jìn)行刀具軌跡的仿真，以檢查設(shè)置是否合理，是否出現(xiàn)干涉等情況。用戶可以通過修改幾何模型或修改加工參數(shù)的設(shè)置使仿真結(jié)果更符合設(shè)計(jì)要求。在仿真結(jié)果滿足加工要求后，即生成終的刀位文件。

　　2.3 后處理

　　利用Pro/E的后處理功能模塊，將刀位文件轉(zhuǎn)化為機(jī)床能夠識(shí)別的NC代碼。

　　3 用戶界面的開發(fā)

　　因?yàn)镻ro/E一直是以工作站的UNIX作為開發(fā)和使用環(huán)境，所以界面風(fēng)格更類似于XWINDOWS,而不像AutoCAD那樣與Windows 風(fēng)格完全一致，同時(shí)Pro/E提供的對話框控件也非常有限。為此，系統(tǒng)采用VC++6.0的MFC類庫對用戶界面進(jìn)行二次開發(fā)[1,3],同時(shí)也利用 VC++開發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，開發(fā)的實(shí)質(zhì)是在Pro/E系統(tǒng)中調(diào)用MFC應(yīng)用程序。在開發(fā)中使用動(dòng)態(tài)連接庫（DLL）方式實(shí)現(xiàn)Pro/E系統(tǒng)、Pro /TOOLKIT應(yīng)用程序、MFC應(yīng)用程序三者之間的通信，因?yàn)橥ㄐ攀峭ㄟ^直接調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，故有執(zhí)行速度快的特點(diǎn)[4].三者之間的相互關(guān)系如圖4所示。

　　
圖4　Pro/TOOLKIT與MFC連接的示意圖

　　在系統(tǒng)中為每個(gè)Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序都開發(fā)了對話框界面，在應(yīng)用程序加載到Pro/E系統(tǒng)后，點(diǎn)擊定制菜單項(xiàng)即可調(diào)用二次開發(fā)模塊及其界面，從而使設(shè)計(jì)過程更加符合設(shè)計(jì)人員的思維習(xí)慣。

　　4　實(shí)例

　　為說明系統(tǒng)的運(yùn)行情況，制作了一個(gè)階梯軸的例子，這樣的階梯軸由形狀特征(圓柱體和圓錐體)經(jīng)過多次調(diào)用拼裝而成，造型過程不再論述。在修改過程中，通過添加不同的非幾何特征，可以得到不同的加工方案，其運(yùn)行框圖如圖5所示。

　　
圖5　零件加工流程圖

　　5　結(jié)論

　　在充分利用Pro/E系統(tǒng)提供的資源的情況下，應(yīng)用Pro/E提供的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT以及VC++6.0集成開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAPP/CAM的集成，簡化了Pro/E系統(tǒng)CAM模塊的操作，為專用CAD/CAPP/CAM的集成研究提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。