教學用動態標準零件庫的實現

摘要：本文論述了在Pro/E Wildfire環境下，利用軟件自身的開發工具：參數化設計、關系式、族表功能來建立標準深溝球軸承的參數化造型設計的方法，從而方便、快捷地獲得了該系列軸承的任一模型，成功實現了Pro/E系統環境下的標準軸承零件參數化設計系統的二次開發。

關鍵詞：參數化設計 族表 深溝球軸承

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0195-01

在機械類的高職教學活動中，涉及大量的實訓課程，而在這些實踐活動中，教學系統沒有足夠的經費一次性提供足夠的實物方便學生使用，使用計算機模擬系統就成為了大多數教學活動的選擇。在市面上被廣泛使用的CAD/CAM系統大多由研究所或企業的研發部門設計開發，主要針對企業生產使用，而在教學活動中的使用過程與之有所差別。因此，在現有的CAD/CAM系統基礎之上開發出適合教學環境的二次開發插件就成為了必要。

1 實現動態標準零件庫的系統選擇

現今，在機械設計行業流行的CAD/CAM系統有很多，針對不同的產品特點而開發設計。例如法國Dassault（達索）公司開發的CATIA應用系統；美國麥道公司的UG軟件；美國CNC Software.INC研發的MasterCAM等等。在眾多的CAD/CAM系統中，Pro/Engineer軟件系統是美國參數化技術公司（Parametric Technology Comporation，PTC）開發的一種功能強大、內容豐富的CAD/CAM集成軟件，它以其強大的三維處理功能、參數化設計、特征建模以及單一數據庫等特點而被廣泛地應用于制造業的各個領域。因此，在本次基于教學環境開發的動態標準零件庫中，就采用了在教學以及企業中都被廣泛使用的Pro/Engineer軟件系統作為開發的基礎。

2 動態零件庫系統開發的關鍵技術

Pro/E軟件功能強大，通用性好，但在具體產品的設計過程中卻很難發揮其優勢，達到縮短設計周期的目的。因此需要利用Pro/E提供的二次開發工具進行軟件的再開發，并結合參數化技術開發出適合具體教學環境的設計系統，這一研究工作具有重要的現實意義，也是Pro/E軟件應用過程中的一項重要任務。

2.1 參數化設計系統

三維建模是指在Pro/E平臺上根據幾何特征將零件分類，分別在手工模式下創建每一類零件的三維模型，要求模型結構和尺寸關系優化，以便于零件的二次開發。

參數化設計是采用參數化三維模型通過調整參數來修改和控制幾何形狀，從而自動實現產品的精確造型。參數化三維建模存儲了設計的整個過程，能設計出一族而不是單一的產品模型，此種設計技術的特點是全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改，因此特別適合于標準件、通用件的系列產品設計。

2.2 關系式方式的應用

在Pro/E系統中以交互式方式創建軸承的基本零件模型，在建模時除了要考慮零件特征的全約束外，還必須正確設置控制三維模型的設計參數以及建立參數之間的關聯關系。

在建立尺寸關系時，除精確度之外還必須具有一定的全局性和連貫性，否則，在進行特征造型，特別是再生模型及驅動參數變化較大時，會出現曲線生成失敗或特征相交等最終導致模型創建失敗的問題；分析獨立參數以及非獨立參數之間的關系后，在Pro/E的“工具/關系”中分別添加參數間的關系式，以確定軸承的具體尺寸。控制修改獨立參數，通過關系式就可以同步改變非獨立參數，控制模型形狀，實現模型參數化設計的目的。

2.3族表技術建立零件庫

族表是很多相似零件（或組件或特征）的集合，這些零件從結構上看很相似，但在一些細節部份不同，比如尺寸大小或詳細特征等。在Pro/E中就可以利用族表技術來驅動生產系列化的零件。利用族表技術可以在較小的空間產生和儲存大量相似而細致的對象，把零件的生產標準化，而且從零件的父項中生產一系列的零件無需重新構造，且同一族表的實例互相之間可以自由互換，因此，在使用過程中即省時又省力，極大的方便了實訓教學環境。

3 標準軸承動態零件庫的實現

根據前面提到的關鍵技術，在本次標準深溝球軸承的標準零件庫開發的過程中，采用了關系式加族表的形式進行開發設計。首先，在Pro/E系統中建立三維模型后，可以在系統中利用關系式更改參數符號并設定參數之間的函數關系。

在本次標準軸承的模型制作中主要設置了4個獨立參數作為驅動參數來控制三維模型的幾何尺寸和拓撲關系，分別為軸承外直徑D、內直徑d、滾珠個數N、軸承寬度W，其他非獨立參數（如滾珠直徑D滾、軸承內外圈厚度H等）則用以獨立參數為自變量的關系式表示。

在建立好通過參數驅動的零件模型后，就可以建立族表了，在Pro/E中點擊“工具/族表”命令，族表中出現了以零件名稱Bearing命名的族表序列，但是表中并未出現我們在關系式當中使用過的參數，在族表對話框中，使用“添加行/列”命令，在彈出的對話框中，從繪圖框的零件模型中點選前面所使用到的獨立參數，添加了d1、d2、d3、p15，分別對應軸承內徑、外徑、寬度以及滾珠個數。

建立好零件的族表的列名稱后，只需要按照機械設計手冊當中深溝球軸承的標準參數一一對應輸入到列表中，即完成了族表的創建工作，擇參考了深溝球軸承的2系列建立了6204～6210的部分軸承尺寸。在經過系統校驗后就完成了所有的創建過程。

族表零件最大的優勢就在于使用，當我們打開Bearing零件后，就彈出的對話框，建立的一個標準零件就變成了一系列相關的零件，當使用時，只是需要點選相應的名稱即可，如點選6204，單擊打開，繪圖框中就出現了相應改變尺寸后的標準零件。而進行必要修改的過程也相對比較容易，只是需要在普通模型狀態下打開零件進行列表中相應數字的修改即可，這樣以建立一個數字模型的時間與空間建立了一系列的零件模型，方便以后的重復使用，又通過族表的方式節約了計算機的物理儲存空間。

4 結語

利用參數化設計程序通過設計變量來控制零件三維模型的生成，在Pro/E里面加入標準件參數化設計專用模塊，可以大大提高設計效率，縮短設計周期，從而實現產品的快速開發和設計。

參考文獻

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