Pro/E陣列在復(fù)雜零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

詹春毅，賴興余，鄒偉全

ZHAN Chun-yi, LAI Xing-yu, ZOU Wei-quan

（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，珠海 519090）

0 引言

在Pro/E特征建模中，有時(shí)需要在模型上重復(fù)創(chuàng)建一組相同或相似的特征，例如電話按鍵、風(fēng)扇葉片等。這時(shí)可以使用特征陣列和復(fù)制工具。特征復(fù)制可以在選定位置創(chuàng)建已知特征的副本，并且可以更改設(shè)計(jì)參數(shù)[1]。

根據(jù)設(shè)計(jì)方法及操作過(guò)程的不同，Pro/E中的特征陣列可分為7種類型，常用的有尺寸陣列、軸陣列和參照陣列3種。其中尺寸陣列較其他兩種的創(chuàng)建方法要復(fù)雜，選取原始特征的定位尺寸作為陣列驅(qū)動(dòng)尺寸，并指定定位尺寸的尺寸增量及該方向的特征總數(shù)。陣列的第一個(gè)特征作為特征陣列的父特征，由父特征陣列后生成的特征為陣列子特征，從而形成了父子關(guān)系。對(duì)此認(rèn)識(shí)不足的設(shè)計(jì)人員，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)陣列不正確甚至不能陣列的結(jié)果。其實(shí)，陣列的創(chuàng)建需要有相當(dāng)?shù)募记?，如?yīng)該創(chuàng)建哪些必要的輔助特征，應(yīng)該標(biāo)注哪些尺寸、約束，以利用父子關(guān)系；不應(yīng)該標(biāo)注哪些尺寸、約束，以避免不必要的父子關(guān)系等[1]。本文詳細(xì)分析了陣列特征的幾種設(shè)計(jì)方法和技巧，并以鐵鏈設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明如何利用陣列和復(fù)制功能實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)，最后用旋轉(zhuǎn)樓梯的制作為例將該方法推廣應(yīng)用至雙方向陣列。

1 常用的陣列方法

陣列按照其形式的不同，可分為坐標(biāo)型陣列（尺寸陣列）和極坐標(biāo)型陣列（環(huán)形、旋轉(zhuǎn)型）兩種。其中極坐標(biāo)型陣列操作靈活，且可與參照陣列、組等組合運(yùn)用，達(dá)到各種陣列效果。故本文主要探討極坐標(biāo)型陣列、參照陣列及組的應(yīng)用。

極坐標(biāo)型陣列的主要?jiǎng)?chuàng)建方法有以下3種：1）復(fù)制－ 旋轉(zhuǎn)－ 陣列法；2）草繪包含角度－ 陣列法；3）草繪旋轉(zhuǎn)角度－ 陣列法[3]。

1.1 復(fù)制- 旋轉(zhuǎn)- 陣列法

復(fù)制－旋轉(zhuǎn)－陣列法主要包括三個(gè)步驟：首先，創(chuàng)建第一個(gè)陣列父特征；其次，選取已創(chuàng)建的父特征，運(yùn)用復(fù)制－選擇性粘貼－旋轉(zhuǎn)變換，創(chuàng)建第二個(gè)特征；最后，利用旋轉(zhuǎn)變換后產(chǎn)生的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)陣列得到剩余的其他特征。其操作技巧：必要時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建輔助特征（基準(zhǔn)點(diǎn)、軸、平面等），且在陣列前須將合適的特征合并成一個(gè)組。此種方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于：利用旋轉(zhuǎn)變換復(fù)制得到的特征包含了陣列所需要的角度，而旋轉(zhuǎn)陣列主要是靠角度驅(qū)動(dòng)的[4]。

1.2 草繪包含角度- 陣列法

草繪包含角度- 陣列法是指首先創(chuàng)建第一個(gè)陣列父特征，在草繪特征時(shí)直接標(biāo)注角度尺寸，然后以創(chuàng)建的角度尺寸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行陣列[5]。其操作技巧：在草繪截面時(shí)盡量采用極坐標(biāo)標(biāo)注方式（即半徑/直徑+角度），而不可采用線性尺寸標(biāo)注。

1.3 草繪旋轉(zhuǎn)角度- 陣列法

草繪旋轉(zhuǎn)角度- 陣列法是指首先創(chuàng)建第一個(gè)陣列父特征, 在確定草繪平面時(shí),將繪圖平面或臨時(shí)參考基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后利用該角度值陣列剩余的其他特征。注意操作技巧：角度值宜小，一般小于5°，不應(yīng)超過(guò)陣列尺寸的增量值。

2 綜合采用陣列和復(fù)制命令實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的快速設(shè)計(jì)

以常見產(chǎn)品——鐵鏈為例，具有一定數(shù)量相同的鏈節(jié)，其排列比較復(fù)雜，如圖1所示。本文綜合使用陣列、復(fù)制與組功能，可輕松實(shí)現(xiàn)鐵鏈的快速設(shè)計(jì)， 其創(chuàng)建的思路是先繪制中心圓和各種輔助特征（基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面），然后創(chuàng)建第一個(gè)鏈節(jié)，利用旋轉(zhuǎn)變換得到相鄰的第二個(gè)鏈節(jié)，分別將相應(yīng)的特征合并成為兩個(gè)組，最后依次對(duì)兩個(gè)組進(jìn)行陣列即可完成整個(gè)設(shè)計(jì)。具體操作步驟如下：

圖1 鐵鏈三維圖

圖2 創(chuàng)建圓曲線及基準(zhǔn)特征

2.1 生成圓曲線，創(chuàng)建輔助特征

使用曲線方程創(chuàng)建圓曲線，過(guò)圓中心創(chuàng)建A_1軸。在曲線起始端創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)PNT0，過(guò)該點(diǎn)作一平面DTM1與RIGHT面平行，再由DTM1與FRONT面相交生成A_2軸。如圖2所示。

2.2 草繪曲線，生成第一個(gè)鏈節(jié)特征

使用“草繪曲線”功能，草繪掃描路徑曲線，注意曲線為非封閉曲線。利用“可變截面掃描”功能，以剛才繪制的曲線作為掃描路徑，掃描截面為一個(gè)圓，生成鏈節(jié)如圖3所示。

圖3 復(fù)制后的曲線

圖4 創(chuàng)建組

2.3 復(fù)制剛創(chuàng)建的曲線，生成第二個(gè)鏈節(jié)特征

復(fù)制過(guò)程需要進(jìn)行兩次旋轉(zhuǎn)。選取上一步創(chuàng)建的曲線，運(yùn)用菜單命令編輯→復(fù)制→選擇性粘貼，運(yùn)用兩次旋轉(zhuǎn)變換，第一次以A_2軸為中心旋轉(zhuǎn)90°，第二次以A_1軸為中心旋轉(zhuǎn)9°，復(fù)制得到曲線，如圖3所示。用“可變截面掃描”功能創(chuàng)建另一個(gè)鏈節(jié)。

2.4 創(chuàng)建組并進(jìn)行陣列

如圖4分別構(gòu)建兩個(gè)組。注意構(gòu)建的兩個(gè)組須分別包括合適的特征，因?yàn)閯?chuàng)建的特征之間均存在父子關(guān)系，而不合適的特征陣列后甚至?xí)?lái)不可預(yù)計(jì)的結(jié)果。接著分別對(duì)兩個(gè)組進(jìn)行兩次陣列，第一次陣列選擇組1的“0”，角度增量為“18”，個(gè)數(shù)為“20”，結(jié)果如圖5所示。因第二次陣列特征與第一次存在父子關(guān)系，直接使用“參照”陣列即可，最終結(jié)果如圖1所示。

圖5 第一次陣列

圖6 雙方向陣列

圖7 完成特征創(chuàng)建

3 推廣應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，往往還會(huì)碰到類似圖6所示更復(fù)雜的雙方向陣列的情況。和前面一樣, 總體的設(shè)計(jì)思路是先創(chuàng)建待陣列的特征，同時(shí)創(chuàng)建基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸等基準(zhǔn)特征以建立必要的父子關(guān)系，合并成組后選擇兩個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸進(jìn)行陣列。基本思路還是一樣，只是要選擇兩個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸來(lái)確定陣列方向，從技巧上來(lái)說(shuō)難度更大。具體步驟如下∶1）將TOP面偏移一個(gè)距離創(chuàng)建基準(zhǔn)面DTM1；2）以DTM1面作為草繪平面創(chuàng)建拉伸特征；3）創(chuàng)建基準(zhǔn)軸A_1作為旋轉(zhuǎn)陣列中心；4）以A_1軸為中心，將零件前端面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，創(chuàng)建基準(zhǔn)面DTM2；5）以DTM2面作為草繪平面創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)特征，如圖7；6）將前面創(chuàng)建的特征合并成一個(gè)組，并進(jìn)行陣列；7）創(chuàng)建拉伸特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

Pro /E中陣列是一種高效的操作，對(duì)于重復(fù)創(chuàng)建一組相同的特征，可以大大提高設(shè)計(jì)效率。但創(chuàng)建陣列時(shí)不允許一次對(duì)多個(gè)特征進(jìn)行陣列，如果要對(duì)多個(gè)特征進(jìn)行陣列，須使用“組”功能將多個(gè)特征合并成一個(gè)群組，再對(duì)群組進(jìn)行陣列。要正確進(jìn)行陣列的關(guān)鍵在于選擇好陣列方法和將合適的特征合并為“組”[6]。通過(guò)以上兩個(gè)例子我們看到，在特征陣列中靈活運(yùn)用各種陣列方法，創(chuàng)建必要的輔助特征，及選擇合適的特征將其合并為一個(gè)組，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜零件的快速設(shè)計(jì)。

[1]譚雪松, 陳霖, 張青.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版基礎(chǔ)教程[M].北京∶人民郵電出版社, 2008.

[2]佟河亭, 馮輝.Pro/ENGINEER Wildfire中文版習(xí)題精解[M].北京∶人民郵電出版社, 2006.

[3]童森林, 白劍宇, 陳俊華.基于Pro/ E 圓周陣列特征的設(shè)計(jì)技巧[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2003, (8)∶ 29-30.

[4]趙恢真.對(duì)Pro/Engineer旋轉(zhuǎn)陣列及約束概念的新探索[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005, 14(3)∶ 15-18.

[5]謝先華, 張曉東.Pro/E建模中父特征定位對(duì)特征陣列的影響[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2005, (5)∶ 59-60.

[6]田春霞.巧用Pro/E陣列命令實(shí)現(xiàn)鏈條快速設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化, 2009, 31(5)∶119-121.