教學(xué)用動態(tài)標準零件庫的實現(xiàn)

摘要：本文論述了在Pro/E Wildfire環(huán)境下，利用軟件自身的開發(fā)工具：參數(shù)化設(shè)計、關(guān)系式、族表功能來建立標準深溝球軸承的參數(shù)化造型設(shè)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(xiàn)了Pro/E系統(tǒng)環(huán)境下的標準軸承零件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的二次開發(fā)。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)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(xué)活動中，涉及大量的實訓(xùn)課程，而在這些實踐活動中，教學(xué)系統(tǒng)沒有足夠的經(jīng)費一次性提供足夠的實物方便學(xué)生使用，使用計算機模擬系統(tǒng)就成為了大多數(shù)教學(xué)活動的選擇。在市面上被廣泛使用的CAD/CAM系統(tǒng)大多由研究所或企業(yè)的研發(fā)部門設(shè)計開發(fā)，主要針對企業(yè)生產(chǎn)使用，而在教學(xué)活動中的使用過程與之有所差別。因此，在現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)基礎(chǔ)之上開發(fā)出適合教學(xué)環(huán)境的二次開發(fā)插件就成為了必要。

1 實現(xiàn)動態(tài)標準零件庫的系統(tǒng)選擇

現(xiàn)今，在機械設(shè)計行業(yè)流行的CAD/CAM系統(tǒng)有很多，針對不同的產(chǎn)品特點而開發(fā)設(shè)計。例如法國Dassault（達索）公司開發(fā)的CATIA應(yīng)用系統(tǒng)；美國麥道公司的UG軟件；美國CNC Software.INC研發(fā)的MasterCAM等等。在眾多的CAD/CAM系統(tǒng)中，Pro/Engineer軟件系統(tǒng)是美國參數(shù)化技術(shù)公司（Parametric Technology Comporation，PTC）開發(fā)的一種功能強大、內(nèi)容豐富的CAD/CAM集成軟件，它以其強大的三維處理功能、參數(shù)化設(shè)計、特征建模以及單一數(shù)據(jù)庫等特點而被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域。因此，在本次基于教學(xué)環(huán)境開發(fā)的動態(tài)標準零件庫中，就采用了在教學(xué)以及企業(yè)中都被廣泛使用的Pro/Engineer軟件系統(tǒng)作為開發(fā)的基礎(chǔ)。

2 動態(tài)零件庫系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

Pro/E軟件功能強大，通用性好，但在具體產(chǎn)品的設(shè)計過程中卻很難發(fā)揮其優(yōu)勢，達到縮短設(shè)計周期的目的。因此需要利用Pro/E提供的二次開發(fā)工具進行軟件的再開發(fā)，并結(jié)合參數(shù)化技術(shù)開發(fā)出適合具體教學(xué)環(huán)境的設(shè)計系統(tǒng)，這一研究工作具有重要的現(xiàn)實意義，也是Pro/E軟件應(yīng)用過程中的一項重要任務(wù)。

2.1 參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)

三維建模是指在Pro/E平臺上根據(jù)幾何特征將零件分類，分別在手工模式下創(chuàng)建每一類零件的三維模型，要求模型結(jié)構(gòu)和尺寸關(guān)系優(yōu)化，以便于零件的二次開發(fā)。

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

2.2 關(guān)系式方式的應(yīng)用

在Pro/E系統(tǒng)中以交互式方式創(chuàng)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(shè)置控制三維模型的設(shè)計參數(shù)以及建立參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

在建立尺寸關(guān)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(qū)動參數(shù)變化較大時，會出現(xiàn)曲線生成失敗或特征相交等最終導(dǎo)致模型創(chuàng)建失敗的問題；分析獨立參數(shù)以及非獨立參數(shù)之間的關(guān)系后，在Pro/E的“工具/關(guān)系”中分別添加參數(shù)間的關(guān)系式，以確定軸承的具體尺寸。控制修改獨立參數(shù)，通過關(guān)系式就可以同步改變非獨立參數(shù)，控制模型形狀，實現(xiàn)模型參數(shù)化設(shè)計的目的。

2.3族表技術(shù)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(jié)構(gòu)上看很相似，但在一些細節(jié)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(shù)來驅(qū)動生產(chǎn)系列化的零件。利用族表技術(shù)可以在較小的空間產(chǎn)生和儲存大量相似而細致的對象，把零件的生產(chǎn)標準化，而且從零件的父項中生產(chǎn)一系列的零件無需重新構(gòu)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(xùn)教學(xué)環(huán)境。

3 標準軸承動態(tài)零件庫的實現(xiàn)

根據(jù)前面提到的關(guān)鍵技術(shù)，在本次標準深溝球軸承的標準零件庫開發(fā)的過程中，采用了關(guān)系式加族表的形式進行開發(fā)設(shè)計。首先，在Pro/E系統(tǒng)中建立三維模型后，可以在系統(tǒng)中利用關(guān)系式更改參數(shù)符號并設(shè)定參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

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

在建立好通過參數(shù)驅(qū)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(xiàn)了以零件名稱Bearing命名的族表序列，但是表中并未出現(xiàn)我們在關(guān)系式當中使用過的參數(shù)，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(shù)，添加了d1、d2、d3、p15，分別對應(yīng)軸承內(nèi)徑、外徑、寬度以及滾珠個數(shù)。

建立好零件的族表的列名稱后，只需要按照機械設(shè)計手冊當中深溝球軸承的標準參數(shù)一一對應(yīng)輸入到列表中，即完成了族表的創(chuàng)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(jīng)過系統(tǒng)校驗后就完成了所有的創(chuàng)建過程。

族表零件最大的優(yōu)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(guān)的零件，當使用時，只是需要點選相應(yīng)的名稱即可，如點選6204，單擊打開，繪圖框中就出現(xiàn)了相應(yīng)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(tài)下打開零件進行列表中相應(yīng)數(shù)字的修改即可，這樣以建立一個數(shù)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(fù)使用，又通過族表的方式節(jié)約了計算機的物理儲存空間。

4 結(jié)語

利用參數(shù)化設(shè)計程序通過設(shè)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(shù)化設(shè)計專用模塊，可以大大提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)和設(shè)計。

參考文獻

[1] 沈斌，麻連榮，宮大.基于Pro/E二次開發(fā)的零件參數(shù)化設(shè)計技術(shù)[J].機械設(shè)計與制造，2007.

[2] 房麗娜，郭培全.Pro/E二次開發(fā)與應(yīng)用[J].濟南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007.

[3] 孟祥旭.參數(shù)化設(shè)計模型的研究與實現(xiàn)[D].中科院計算機技術(shù)研究所，1998.