基于Pro/E的族表工具在機械設計中的應用*

徐 培，李文亮，張佃龍，姜 彪

(兗礦集團 機電設備制造廠，山東 鄒城 273500)

1 引言

Pro/E是一款功能強大的計算機三維輔助設計軟件［1］，為用戶提供了一套從設計到制造的完整的CAD解決方案。大到航空航天飛機，小到螺栓螺母，都可以應用這款軟件實現(xiàn)全參數(shù)建模設計，繼而付諸于實際生產。Pro/E在工程中的應用，既可以提高設計質量，縮短產品研發(fā)周期，也可節(jié)約大量建設投資。

機械設計人員在產品設計過程中，常會用到螺釘、螺栓、軸承等標準零件的模型。對于獲得這些標準零件模型，一般的解決方法是:①購買軟件開發(fā)商的零件庫，實現(xiàn)與Pro/E軟件的全參數(shù)對接;②個人逐個建立標準件的實體三維模型。前者省力卻需要一筆可觀的購買費用，后者省錢卻需要相當大的工作量，而且還不便于零件模型管理。Pro/E軟件自身的族表工具就能解決上述問題。筆者介紹了族表工具的應用原理，并通過實例講解如何在機械設計中使用族表工具，使用軟件版本Pro/E 5.0。

2 族表的應用原理

2.1 族表的概念

族表(Family table)是很多相似零件(或組件或特征)的集合，這些零件(組件/特征)從外形結構上看很相似，但在一些細節(jié)部位有所不同，比如尺寸大小或詳細特征等。例如螺釘，在同一個標準里，會有多達上百種不同規(guī)格，但它們看起來是一樣的并具有相同的功能，所以將這上百種規(guī)格的螺釘看成是一個零件族［2］。

2.2 族表的作用

(1)在單個模型內簡單而又細致地創(chuàng)建并儲存大量對象。

(2)實現(xiàn)零件生成的標準化，既省時又省力。

(3)從一個零件文件生成多種形式的零件，而不需要逐個零件建模。

(4)在零件中產生細小變化而不需要使用關系命令更改模型。

(5)族表實現(xiàn)了零件的標準化且同一族表的實例相互之間可以簡單替換。

2.3 族表的結構

族表本質上是用電子表格來管理模型數(shù)據，它的外觀體現(xiàn)也是一個由行和列組成的電子表。族表包含2個部分:類屬對象和基礎對象，族表的所有成員都以類屬對象為基礎;在類屬中指定的可以在實例中改變的項目，根據類屬模型在表格中創(chuàng)建的族成員。圖1GB/T5782-2000六角頭螺栓的族表結構示意。

從圖1的族表里可看出，第一行是表頭，列出了各列的抬頭，第二行起，每一行是一個規(guī)格的螺栓的具體尺寸，比如螺紋規(guī)格、螺栓總長、螺紋長等，也就是說，每一行是一個具體的螺栓規(guī)格，稱之為一個實例。其中第二行是確定類屬對象或基礎對象模型的可變項目及其取值;第一列是類型，對于單級族表此列無內容，當為多級族表時才顯示“文件夾”內容，此列不做任何編輯，第二列是所有螺栓的規(guī)格名，第三列是系統(tǒng)自帶的“公用名稱”，可以是中文或英文，根據個人需求填寫或者不填，從第四列開始，每一列都是螺栓的同一個可變項目的取值，我們稱之為一個項或列。

圖1 GB/T5782-2000六角頭螺栓的族表

當創(chuàng)建族表時，系統(tǒng)實際上并不會為每一實例創(chuàng)建額外的*.prt文件，這些實例其實都是虛擬的。打開選定實例時，系統(tǒng)實際上會先打開“類屬”模型，然后根據族表行中該實例的可變項目相關信息來再生此模型。

3 實例分析

下面通過實例，講解族表的創(chuàng)建過程以及在機械設計中的應用。鑒于螺栓規(guī)格種類繁多，現(xiàn)采用GB/T95-2002 C級平墊圈為例［3］。圖2、3分別為平墊圈的尺寸標注示意和規(guī)格分類。

圖2 平墊圈的尺寸標注

圖3 平墊圈規(guī)格

3.1 GB/T95-2002平墊圈族表的創(chuàng)建過程

(1)建立平墊圈的類屬對象或基礎對象。以標準列表中的任意一組規(guī)格尺寸建立一個平墊圈的實體模型，并命名為GB_T95_2002。這個模型作為整個族表文件的基礎模型。

(2)建立族表文件。在基礎模型的“工具”菜單中，打開“族表”，點擊“添加/刪除表列”，如圖4所示。然后，在打開的“族項目”中將建立基礎模型時需要的3個尺寸，依次添加到項目表中，確定即可。添加的順序沒有嚴格的限制，由個人習慣決定。添加的這3個尺寸項目，其實就是族表的第一行表頭。然后，點擊“用Excel編輯當前表格”，將該標準要求的所有規(guī)格項目，依次填寫到表格中，且與表頭對應。

圖4 族表建立選項

尤其要注意，平墊圈的選用是和螺栓等緊固件有關的，因此在“實例名”列中編輯名稱時，要使用公稱規(guī)格為平墊圈命名。這樣便于和配套使用的其他標準件統(tǒng)一管理。另外，在編輯實例名時，不能使用非法符號，例如“D1.6”應該編輯為“D1_6”。編輯完全后，保存表格，并關閉，得到圖5的頁面，進行“校驗族的實例”。校驗完畢，確定并保存模型即可。

圖5 校驗族的實例

3.2 GB/T95-2002平墊圈族表的使用

設計人員在產品設計過程中，如果需要GB/T95-2002國標的平墊圈，就可以利用剛建立的族表調用所需規(guī)格的模型。方法如下:

(1)在組件模型中，點擊“裝配”，找到平墊圈族表所在的目標文件GB_T95_2002.prt，打開并得到圖6的對話框。

圖6 選取實例

(2)從列表中選擇需要的規(guī)格并打開，裝配完成之后，打開裝配的模型備份到工作目錄。備份后，裝配的實例模型以及整個平墊圈族表文件都保存到了組件模型所在的工作目錄，便于從工作目錄中隨時重復調用。

4 結語

Pro/E三維參數(shù)化造型軟件雖然提供了強大的參數(shù)化特征造型功能，但仍有提高其工作潛力的能力［4］。筆者介紹的族表工具，就是可以充分發(fā)揮潛能的方法手段。機械設計人員可以利用該工具建立螺栓、螺釘、軸承等標準件的族表文件，繼而形成一個適合自身或者企業(yè)使用的族表庫。族表庫的建立，將大大滿足設計人員的需要，提高了工作效率，縮短了產品研發(fā)周期。

［1］ 鐘日銘.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0完全實例解析［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［2］ 杜 健.柴油機虛擬裝配及仿真動畫關鍵技術研究［D］.大連:大連交通大學，2007.

［3］ 成大先.機械設計手冊［M］.第五版.第2卷.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［4］ 劉海芳.基于Pro/E的機械設計標準件庫的建立［J］.機械設計與研究，2004，20(2):43-44.