周 昇

（南通職業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 南通 226007）

0 引言

當(dāng)前，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計常用的主流三維設(shè)計軟件有Creo、UG、solidworks 等，這些軟件有較好的通用性，但在用于設(shè)計特定產(chǎn)品時，存在設(shè)計速度慢、設(shè)計效率低等不足。為此考慮在上述三維軟件平臺上，開發(fā)適用于企業(yè)特定產(chǎn)品設(shè)計的應(yīng)用程序，以提高產(chǎn)品的設(shè)計效率和企業(yè)核心競爭力。

減速器是一種原動件與工作機(jī)之間的減速傳動裝置[1]，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，每年的產(chǎn)銷量極大，所以提高減速器產(chǎn)品的設(shè)計效率具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文以一級直齒圓柱齒輪減速器系統(tǒng)為例，使用Creo7．0 64 位簡體中文版和 WINDOWS10（64 位），基于 Visual Studio 2019，按照其設(shè)計需求進(jìn)行Creo 的二次開發(fā)，完成減速器系統(tǒng)參數(shù)化定制修改和功能擴(kuò)展。

1 參數(shù)化設(shè)計的思路和原則

1．1 參數(shù)化設(shè)計思路

產(chǎn)品開發(fā)效率取決于零件設(shè)計模型的建立速度。產(chǎn)品開發(fā)初期，零件形狀和尺寸還未精確設(shè)計，要通過性能需求分析、裝配過程驗證和數(shù)控編程設(shè)計之后才能最終確定[1]。因此，零件模型設(shè)計一般要求具有柔性，以便根據(jù)需要修改。參數(shù)化設(shè)計就是將模型中各定量參數(shù)通過函數(shù)關(guān)系設(shè)計成關(guān)聯(lián)變量，對變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到相應(yīng)大小和形狀的零件模型，以此提升設(shè)計效率。同樣，減速器系統(tǒng)零件雖然較多，但可設(shè)計為由幾個關(guān)鍵變量（參數(shù)）驅(qū)動，通過給關(guān)鍵變量（參數(shù)）賦值，確定零件大小或形狀，從而形成所需的減速器系統(tǒng)。

基于上述思路，對一級直齒圓柱齒輪減速器選定4 個基本參數(shù)，即模數(shù)M、高速軸齒輪齒數(shù)Z1、低速軸齒輪齒數(shù)Z2和齒寬B，建立減速器零件的基礎(chǔ)參數(shù)化模型。4 個參數(shù)確定后，高低速直齒圓柱齒輪尺寸、相應(yīng)的高低速軸尺寸、與之配套的軸承大小型號均可確定，承載這些零件的箱體尺寸也即確定。減速器系統(tǒng)零件設(shè)計的基本參數(shù)驅(qū)動模型可表示為：

通過改變4 個關(guān)鍵參數(shù)，即可生成新的減速器系統(tǒng)，自動形成圖紙。不需要針對每次需求變更重新建?；蚴謩又饌€修改模型參數(shù)，省去了重新繪圖的煩瑣操作，節(jié)時省力，且不易遺漏和出錯，可大大提高設(shè)計效率。

為了較為方便地修改和更新參數(shù)，在完成參數(shù)化設(shè)計后，還需基于Creo 平臺開發(fā)一組用于減速器設(shè)計的菜單，通過菜單操作完成零件更新設(shè)計。根據(jù)目前軟件和硬件的主流運用情況，擬選用WINDOWS10（64 位）操作系統(tǒng)、Creo7．0 64 位簡體中文版Visual Studio 2019 開發(fā)平臺，進(jìn)行基于Creo 二次開發(fā)的減速器系統(tǒng)設(shè)計。

1．2 參數(shù)的選取原則

參數(shù)化設(shè)計是二次開發(fā)的關(guān)鍵。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，多數(shù)企業(yè)采用改進(jìn)型設(shè)計，即對舊產(chǎn)品的模型參數(shù)稍加改進(jìn)得到新產(chǎn)品。其參數(shù)選取原則是：參數(shù)獨立可變且盡量以最少參數(shù)來確定零件的可變尺寸，并通過參數(shù)化尺寸實現(xiàn)對設(shè)計結(jié)果的修改[2-4]。因此，設(shè)計時首先要分析零件，提取其關(guān)鍵尺寸作為驅(qū)動參數(shù)。參數(shù)化設(shè)計最大的難點在于保證參數(shù)變化時，三維模型會得到更新而不至于崩潰。因此，要特別注意模型的架構(gòu)和特征參數(shù)的“父子關(guān)系”。

2 一級直齒圓柱齒輪減速器典型零部件的參數(shù)化設(shè)計

2．1 減速器上蓋和基座的參數(shù)化建模

如圖1，減速器箱體由上蓋和基座組成。遵循“先整體后局部”的設(shè)計理念，先完成減速器箱體的整體建模，再采用“實體化”工具將箱體分成上蓋和基座分別進(jìn)行建模。

圖1 箱體建模

點擊“工具”“參數(shù)”設(shè)置4 個基本參數(shù)：模數(shù)M，高速軸齒輪齒數(shù)Z1（20

圖2 設(shè)置箱體參數(shù)

減速器箱體輪廓尺寸關(guān)系示意如圖3，根據(jù)其性能要求和制造工藝建立減速器箱體零部件尺寸關(guān)系如表1。

圖3 箱體輪廓尺寸關(guān)系示意

表1 減速器箱體零部件尺寸關(guān)系

箱座高度H 通常按結(jié)構(gòu)需要確定。為避免傳動件轉(zhuǎn)動時將油池底部污物攪起，大齒輪齒頂圓距油池底應(yīng)大于30 mm，一般為30～50 mm[1]，故表 1 中 H= Φ2/2+40。H、R1、R2的取值關(guān)乎箱體的輪廓尺寸，應(yīng)采用取整函數(shù)ceil（）取整為5 的倍數(shù)。

如圖4，箱體的2 個軸孔內(nèi)徑（應(yīng)和軸承外徑配合，其尺寸關(guān)系如表2。

圖4 軸孔尺寸關(guān)系示意

表2 軸孔內(nèi)徑與軸承孔外徑的關(guān)系

2．2 軸承的參數(shù)化選用

如圖5，高速軸軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，其尺寸是一個序列，可根據(jù)高速齒輪的分度圓直徑大小用Creo中自帶的判斷語句“if……else……endif”來判斷軸承序列尺寸的取舍，其尺寸關(guān)系如表3。

圖5 高速軸軸承的尺寸示意

關(guān)系式 說明If M*Z1>40 && M*Z1 ≤60 40<分度圓直徑≤60 D=47 高速軸軸承外徑d=25 高速軸軸承內(nèi)徑W=12 高速軸軸承寬度endif 繼續(xù)條件語句If M*Z1>60 && M*Z1 ≤80 60<分度圓直徑≤80 D=55 高速軸軸承外徑d=30 高速軸軸承內(nèi)徑W=13 高速軸軸承厚度…… ……

2．3 高速軸悶蓋的參數(shù)化建模

高速軸悶蓋模型尺寸顯然可由箱體和軸承的相關(guān)尺寸獲取，其余零件的尺寸關(guān)系受篇幅所限，不做贅述。

3 基于Creo 的二次開發(fā)過程

3．1 開發(fā)環(huán)境的配置

開發(fā)環(huán)境配置路徑一定要正確，包含頭文件和庫文件的配置：

E:ptcCreo 7．0Common Filesprotoolkitincludes

E:ptcCreo 7．0Common Filesprotoolkitx86e_win64obj[5-7]

3．2 文件布局

在D 盤上建一個名為“Reducer design”的文件夾，在此文件夾下再建立8 個子文件夾，如圖6所示。

3．3 創(chuàng)建注冊文件

在“Reducer design”文件夾中新建一記事本文件，文件名為prokt，保存后將擴(kuò)展名改為．dat，也就是prokt．dat。在記事本內(nèi)寫入以下內(nèi)容：

NAME Reducer design

EXEC_FILE D:/Reducer design/Reducer．dll

TEXT_DIR D:/Reducer design/text

STARTUP dll

ALLOW_STOP TRUE

DELAY_START FALSE

REVISION Creo7．0

unicode_encoding FALSE

END

3．4 創(chuàng)建菜單文件

在如圖6 的“text”文件夾內(nèi)新建記事本，名為“Message”，內(nèi)容為：

MainMenu

減速器設(shè)計系統(tǒng)#

submenu1

一級圓柱齒輪減速器#

Active submenu1 menu

輸入一級圓柱齒輪減速器參數(shù)

submenu2

二級圓柱齒輪減速器#

Active submenu2 menu

輸入二級圓柱齒輪減速器參數(shù)

submenu3

蝸輪蝸桿減速器#

Active submenu3 menu

輸入蝸輪蝸桿減速器參數(shù)

submenu4

行星齒輪減速器#

Active submenu4 menu

輸入行星齒輪減速器參數(shù)

submenu5

擺線針輪減速器#

Active submenu5 menu

輸入擺線針輪減速器參數(shù)

Submenu6

關(guān)于減速器設(shè)計系統(tǒng)#

Active submenu6 menu

版本信息和版權(quán)

3．5 菜單程序（主程序）

主程序“Reducer design．cpp”是程序中最重要的部分，程序的主要框架均在主程序中建立，所有的菜單也在主程序中建立。

// 頭文件

#include "stdafx．h"

#include "Reducer．h"

#include "dhk1．h"

#include "about．h"

#include

#include "ProMenubar．h"

#include "ProMenu．h"

#include "ProUtil．h"

#include "ProWindows．h"[8]

//添加主菜單

status=ProMenubarMenuAdd("MainMenu", "MainMenu", "Utilities ", PRO_B_TRUE, MsgFile);

//添加子菜單

ProCmdActionAdd("ShowTest1",(uiCmdCmdActFn)submenu1,uiCmdPrioDefault,AccessDefault,PRO_B_TRUE,PRO_B_TRUE, &cmd_id1);

//添加菜單響應(yīng)動作

ProMenubarmenuPushbuttonAdd ("Main-Menu", "submenu1", "submenu1", "Active sub -menu1 menu", NULL,PRO_B_TRUE, cmd_id1,ProStringToWstring(message_file,"Message．txt"));

//設(shè)置菜單圖標(biāo)

ProCmdIconSet(cmd_id1, "d:

//Reducer design//圖標(biāo)//減速器 1．jif");

//啟動對話框

int submenu1()

{AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState());

dhk1 *dhk = new dhk1;

dhk->Create(IDD_DIALOG1);

dhk->ShowWindow(SW_SHOW);

return(0);}

3．6 對話框程序

點擊菜單會彈出對話框，點擊對話框按鈕實現(xiàn)人機(jī)交互，包括模型的獲取和顯示、參數(shù)修改更新及模型再建。

對話框可用Pro/TOOLKIT 編寫，但程序由純手工編寫，不能直觀檢驗。Visual Studio 2019 提供了很多對話框模板，利用圖形化界面可很方便地修改這些模版而獲得如圖7 的對話框?！拜敵鋈S總裝圖”程序設(shè)計如下：

圖7 對話框

void Dialogbox1::OnBnClickedButton1()

{//將所有零件更新并顯示

//將箱體底座更新并顯示ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一級圓柱齒輪減速器//箱體底座．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//將箱體上蓋更新并顯示ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一級圓柱齒輪減速器//箱體上蓋．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//將高速軸透蓋更新并顯示

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一級圓柱齒輪減速器//高速軸透蓋．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

//將高速軸悶蓋更新并顯示

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一級圓柱齒輪減速器//高速軸悶蓋．prt",PRO_MDL_PART, &part);

redsmdl();

…………

//顯示更新后的減速器總裝三維圖

//將三維總裝圖調(diào)入內(nèi)存

ProMdlRetrieve(L"d://Reducer design//一級圓柱齒輪減速器//總裝三維圖．a(chǎn)sm",PRO_MDL_ASSEMBLY, &part);

redsmdl();

//組件自動重新生成asmregenerate(); }

模型更新子程序：

void Dialogbox1::redsmdl()

{//獲取零件ID

int i;

ProMdlIdGet(part, &i);

//初始化零件特征

ProModelitemInit(part, i, PRO_PART,&feature);

//初始化各參數(shù)（Z1、Z2 為齒數(shù), M 為模數(shù),B 為齒寬）

ProParameterInit(&feature,L"Z1",¶m1);

ProParameterInit(&feature,L"Z2",¶m2);

ProParameterInit(&feature, L"M", ¶m3);

ProParameterInit(&feature, L"B", ¶m4);

//更新對話框輸入的變量

UpdateData(true);

//變量賦值

value1．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value1．value．i_val = Z1;

value2．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value2．value．i_val = Z2;

value3．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value3．value．i_val = M;

value4．type = PRO_PARAM_INTEGER;

value4．value．i_val = B;

//設(shè)置參數(shù)值

ProParameterValueSet(¶m1, &value1);

ProParameterValueSet(¶m2, &value2);

ProParameterValueSet(¶m3, &value3);

ProParameterValueSet(¶m4,&value4);[9-10]

//顯示零件

ProMdlDisplay(part);

//激活當(dāng)前窗口

ProMdlWindowGet(part, &window);

ProWindowActivate(window);

partregenerate( );

/

/程序停頓 0．5 s

Sleep(500);

4 二次開發(fā)程序使用步驟

（1）打開 CREO7．0，點擊“實用工具”→“輔助應(yīng)用程序”。

（2）點擊“輔助應(yīng)用程序”→“注冊”，選中D:Reducer designprotk．dat 文件，點擊“啟動”。

（3）點擊“工具”→“減速器設(shè)計系統(tǒng)”，進(jìn)入減速器系統(tǒng)設(shè)計二次開發(fā)菜單界面，如圖8 所示。

圖8 減速器設(shè)計二次開發(fā)菜單

（4）點擊“一級圓柱齒輪減速器”，打開對話框,在對話框里輸入如圖7 所示的數(shù)據(jù), 點擊“輸出三維總裝圖”，繪圖區(qū)域顯示圖9 所示的三維總裝圖。

圖9 減速器系統(tǒng)三維總裝圖

（5）點擊“輸出二維總裝圖”，繪圖區(qū)域即顯示二維總裝圖。

（6）點擊“關(guān)于減速器設(shè)計系統(tǒng)”，可得到版本說明。

5 結(jié)束語

本文以一級直齒圓柱齒輪減速器系統(tǒng)為例，基于Creo 二次程序開發(fā)，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，完成了定制修改和功能的擴(kuò)展。功能測試和實際運用表明：該二次開發(fā)程序運行可靠，新產(chǎn)品開發(fā)時間只需原來的1/3 左右，可明顯提高設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，同時也減少了設(shè)計錯誤，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。Creo 二次開發(fā)需參數(shù)化建模、二次開發(fā)模塊 （Creo/TOOLKIT）、Windows API、MFC、Visual Studio 2019 等方面知識的融會貫通，有一定難度。目前，二次開發(fā)的專門指導(dǎo)書籍和教材也很少，借助Visual Studio 2019 平臺進(jìn)行二次開發(fā)非常方便快捷，但軟件在智能化設(shè)計和計算機(jī)模擬驗證方面，還有進(jìn)一步上升的空間，值得進(jìn)一步探索。