基于Pro/Engineer二次开发的挖掘机工作装置三维自动绘图研究*

汪 育，谢武德，彭 强，栾志誉

(63981部队，湖北武汉 430311)

0 引言

目前，国内外挖掘机等工程装备的设计和生产均已实现产品的通用化、系列化和标准化，国内外著名厂家在挖掘机等工程装备的设计开发上非常重视计算机辅助设计(CAD)技术的应用。将先进的计算设计技术、绘图技术和人工智能技术充分的结合，将极大地提高挖掘机设计开发过程中的工作效率和设计质量，而基于Pro/Engineer的二次开发技术将能有效利用标准零部件间的相似性，充分发挥参数化建模的特长，实现快速、准确的模型再生。

Pro/Engineer为用户提供族表(Family Table)、用户定义特征(UDF)、J－LINK、Pro/program 和 Pro/toolkit等多种二次开发工具。目前，国内外的研究学者和开发人员已对Pro/Engineer的二次开发进行了大量的研究。杨钰琳等［1］进行了基于VB API的Pro/E二次开发的齿轮库的研究。司爱国等［2］研究了基于Pro/E二次开发的推土机工作装置的快速建模。新加坡国立大学的Wynne Hsu等［3］，以Pro/Engineer软件为平台，通过C语言编程开发出一种将装配设计分析与产品的概念设计相结合的系统，实现了产品的自动装配。郭克刚等［4］研究了基于Pro/Engineer二次开发的挖掘机工作装置参数化建模，介绍了基于VC的Pro/Engineer二次开发工具Pro/toolkit对挖掘机工作装置三维模型进行参数化设计，而基于VB和Automation Gateway的挖掘机工作装置二次开发未见研究。

以Visual Basic为编程工具，通过 Automation Gateway接口技术和DCOM传输模式，实现基于Pro/Engineer二次开发技术的挖掘机工作装置三维自动绘图，以实现挖掘机工作装置设计周期和效率的有效提高。

1 设计思想

采用面向对象的方法，将其全部的设计过程封装在系统内部，无需重复繁杂的三维建模工作，只需使用人机交互界面即可快速调用挖掘机工作装置部件三维模型，并根据实际需要进行各参数的设定和再生。设计思想如图1所示。

2 开发流程

2．1 系统模块划分

挖掘机工作装置部件三维自动绘图系统采用模块化的设计思想，各个模块起到不同的作用，并且共同实现整个系统的自动绘图功能。各个模块为并列关系，相互之间无约束关系，根据设计需要而确定模块的多少和作用。系统功能模块划分如图2所示。

图1 系统设计思想

图2 系统模块划分

2．2 系统工作流程

为实现挖掘机工作装置部件三维绘图各模块功能，系统采用如图3所示的工作流程图。

图3 系统工作流程图

运行时，首先启动挖掘机工作装置部件三维自动绘图软件，在软件交互界面上启动Pro/Engineer软件，Pro/Engineer软件启动后可进入设计阶段。根据设计需要，选择创建动臂或铲斗两个部件，在部件创建界面中自动生成三维模型，也可根据设计需要对模型参数进行修改和分析，并输出三维设计模型。

3 挖掘机工作装置模型创建

挖掘机工作装置通常由动臂、斗杆、铲斗三部分机构组成，是一个具有多自由度的工程机械。以挖掘机工作装置中的铲斗和动臂为例，实现挖掘机工作装置的三维自动绘图。

3．1 挖掘机工作装置部件的样板参数

根据上述的设计流程，给定如下的挖掘机工作装置的形式和样板参数，创建挖掘机工作装置部件的三维样板模型。

(1)动臂的样板参数 采用中小型整体式弯动臂，其基本样式如图4，动臂样板基本参数见表1。

图4 动臂绘图样式图

图5 铲斗绘图样式

(2)铲斗的样板参数 为重点实现挖掘机铲斗部件的参数化设计，忽视铲斗斗齿的具体设计，其基本样式如图5所示，绘图参数见表2。

表1 动臂样板参数 /mm

表2 铲斗样板参数 /mm

3．2 挖掘机工作装置三维样板的建立

在基于Automation Gateway的Pro/Engineer二次开发中，首先创建三维样板模型，然后利用程序对其进行调用、修改和再生。根据已知的三维样板模型参数，在Pro/Engineer的交互模式下，利用点、线、圆、圆弧等图素和拉伸、镜像、去除材料、壳等特征建立动臂和铲斗的三维模型样板［5］，所创建的动臂和铲斗分别如图6、7所示。

图6 铲斗三维样板模型图

图7 动臂三维样板模型

4 挖掘机工作装置三维自动绘图的实现

系统将利用Automation Gateway中的Pro/Engineer模型再生和参数设置中的 Model Retrieve、Session Set Current Model、Param Set Value 和 Model Regenerate等函数来实现VB程序对Pro/Engineer资源的操作。通过Pro/Engineer软件来完成挖掘机工作装置部件的三维模型设计，然后通过VB语言和Automation Gateway二次开发技术做出一个可以链接Pro/Engineer软件并进行样板模型调用和修改交互式人机界面。

4．1 动臂及铲斗用户界面的建立

运用VB语言分别创建方便快捷的人机交互界面，在交互界面中分别添加以下功能程序:Automation Gateway声明对象→根目录下的内存调入→状态激活→参数输入→模型再生→返回主界面→退出设计程序。动臂及铲斗的用户界面如图8所示。

图8 模型用户界面

4．2 系统主界面及功能

为提高挖掘机工作装置部件三维自动绘图系统的可操作性，实现使用的方便快捷，设计了供用户使用的主界面，并在主界面的基础上添加了链接启动功能、错误提示功能以及用户主界面、动臂设计界面和铲斗设计界面之间的互切换功能。主界面设计具有“动臂”、“铲斗”、“退出”和“启动。

Pro/E”四个按钮，其功能分别是:实现VB程序通过Automation Gateway接口与Pro/Engineer软件的链接并进入动臂或铲斗的设计界面;弹出错误提示窗口，提示“无法创建部件，请先启动Pro/E”，并输出错误代码;退出设计程序。挖掘机工作装置部件三维自动绘图系统的部分界面如图9所示。

图9 系统功能演示

4．3 三维自动绘图功能示例

利用基于Pro/Engineer的挖掘机工作装置三维自动绘图系统，在挖掘机工作装置的设计中，用户可根据自身设计要求，通过对三维模型设计参数的输入和修改，使系统自动绘制所需的挖掘机工作装置的动臂和铲斗等部件三维模型。

(1)动臂的自动绘图演示 点击主界面的［动臂］按钮进入动臂参数化设计界面，界面中动臂模型的各个参数将显示默认的样板模型参数，点击［生成动臂模型］，Pro/Engineer软件将通过调用和显示命令打开样板模型。在动臂参数化设计界面中，用户可以对动臂模型的各设计参数值进行修改，如图10所示为动臂模型中的箱型腹板外宽度［B1］由550 MM改成800 MM时，修改前后的模型。

图10 修改前后动臂的模型

(2)铲斗的自动绘图演示 同样的，铲斗的参数值箱型腹板外宽度［B1］由1 409 mm修改为1 800 mm，板厚［T］由15mm更改为22 mm时，修改前后的铲斗三维模型如图11所示。

图11 修改前后铲斗的模型

5 结语

基于Pro/Engineer二次开发的挖掘机工作装置三维自动绘图研究，运用了Visual Basic编程技术，Automation Gateway接口技术和DCOM传输模式，实现了挖掘机工作装置部件三维自动绘图，系统开发通用性强，人机界面友好，结合数据库运用将有效提高挖掘机工作装置的设计周期和效率。

［1］ 杨钰琳，权晓强．基于VB API的Pro/E参数化齿轮库设计［J］．煤矿机械，2009，30(10):216－217．

［2］ 司爱国，贾剑峰．基于Pro/E二次开发的推土机工作装置的快速建模［J］．工程机械，2007(38):33－35．

［3］ Wynne Hsu．Synthesisof Design Concepts from a Design for Assembly perspective［J］．Journal of Mechanical Design．2000:659－666．

［4］ 郭克刚，张福生．基于 Pro/E二次开发的挖掘机工作装置参数化建模［J］．太原科技，2008(7):79－82．

［5］ 周四新．Pro/ENGINEERWildfire 2．0 实例教程．［M］．北京:机械工业出版社，2005．