教學(xué)用動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)的實(shí)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(kāi)發(fā)工具：參數(shù)化設(shè)計(jì)、關(guān)系式、族表功能來(lái)建立標(biāo)準(zhǔn)深溝球軸承的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了Pro/E系統(tǒng)環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)軸承零件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 族表 深溝球軸承

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0195-01

在機(jī)械類的高職教學(xué)活動(dòng)中，涉及大量的實(shí)訓(xùn)課程，而在這些實(shí)踐活動(dòng)中，教學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有足夠的經(jīng)費(fèi)一次性提供足夠的實(shí)物方便學(xué)生使用，使用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)就成為了大多數(shù)教學(xué)活動(dòng)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(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，主要針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)使用，而在教學(xué)活動(dòng)中的使用過(guò)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(kāi)發(fā)出適合教學(xué)環(huán)境的二次開(kāi)發(fā)插件就成為了必要。

1 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)的系統(tǒng)選擇

現(xiàn)今，在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)流行的CAD/CAM系統(tǒng)有很多，針對(duì)不同的產(chǎn)品特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。例如法國(guó)Dassault（達(dá)索）公司開(kāi)發(fā)的CATIA應(yīng)用系統(tǒng)；美國(guó)麥道公司的UG軟件；美國(guó)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(guó)參數(shù)化技術(shù)公司（Parametric Technology Comporation，PTC）開(kāi)發(fā)的一種功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富的CAD/CAM集成軟件，它以其強(qiáng)大的三維處理功能、參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征建模以及單一數(shù)據(jù)庫(kù)等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，在本次基于教學(xué)環(huán)境開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)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(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

2 動(dòng)態(tài)零件庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

Pro/E軟件功能強(qiáng)大，通用性好，但在具體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中卻很難發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期的目的。因此需要利用Pro/E提供的二次開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行軟件的再開(kāi)發(fā)，并結(jié)合參數(shù)化技術(shù)開(kāi)發(fā)出適合具體教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這一研究工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是Pro/E軟件應(yīng)用過(guò)程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

三維建模是指在Pro/E平臺(tái)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(kāi)發(fā)。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是采用參數(shù)化三維模型通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)修改和控制幾何形狀，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。參數(shù)化三維建模存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，能設(shè)計(jì)出一族而不是單一的產(chǎn)品模型，此種設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)是全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改，因此特別適合于標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

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(shí)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(jì)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(shí)，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(jìn)行特征造型，特別是再生模型及驅(qū)動(dòng)參數(shù)變化較大時(shí)，會(huì)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(wèn)題；分析獨(dú)立參數(shù)以及非獨(dú)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?？刂菩薷莫?dú)立參數(shù)，通過(guò)關(guān)系式就可以同步改變非獨(dú)立參數(shù)，控制模型形狀，實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。

2.3族表技術(shù)建立零件庫(kù)

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(xì)節(jié)部份不同，比如尺寸大小或詳細(xì)特征等。在Pro/E中就可以利用族表技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)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(chǔ)存大量相似而細(xì)致的對(duì)象，把零件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，而且從零件的父項(xiàng)中生產(chǎn)一系列的零件無(wú)需重新構(gòu)造，且同一族表的實(shí)例互相之間可以自由互換，因此，在使用過(guò)程中即省時(shí)又省力，極大的方便了實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境。

3 標(biāo)準(zhǔn)軸承動(dòng)態(tài)零件庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前面提到的關(guān)鍵技術(shù)，在本次標(biāo)準(zhǔn)深溝球軸承的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，采用了關(guān)系式加族表的形式進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。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(hào)并設(shè)定參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

在本次標(biāo)準(zhǔn)軸承的模型制作中主要設(shè)置了4個(gè)獨(dú)立參數(shù)作為驅(qū)動(dòng)參數(shù)來(lái)控制三維模型的幾何尺寸和拓?fù)潢P(guān)系，分別為軸承外直徑D、內(nèi)直徑d、滾珠個(gè)數(shù)N、軸承寬度W，其他非獨(dú)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(dú)立參數(shù)為自變量的關(guān)系式表示。

在建立好通過(guò)參數(shù)驅(qū)動(dòng)的零件模型后，就可以建立族表了，在Pro/E中點(diǎn)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?cè)陉P(guān)系式當(dāng)中使用過(guò)的參數(shù)，在族表對(duì)話框中，使用“添加行/列”命令，在彈出的對(duì)話框中，從繪圖框的零件模型中點(diǎn)選前面所使用到的獨(dú)立參數(shù)，添加了d1、d2、d3、p15，分別對(duì)應(yīng)軸承內(nèi)徑、外徑、寬度以及滾珠個(gè)數(shù)。

建立好零件的族表的列名稱后，只需要按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)當(dāng)中深溝球軸承的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)一一對(duì)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(guò)系統(tǒng)校驗(yàn)后就完成了所有的創(chuàng)建過(guò)程。

族表零件最大的優(yōu)勢(shì)就在于使用，當(dāng)我們打開(kāi)Bearing零件后，就彈出的對(duì)話框，建立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件就變成了一系列相關(guān)的零件，當(dāng)使用時(shí)，只是需要點(diǎn)選相應(yīng)的名稱即可，如點(diǎn)選6204，單擊打開(kāi)，繪圖框中就出現(xiàn)了相應(yīng)改變尺寸后的標(biāo)準(zhǔn)零件。而進(jìn)行必要修改的過(guò)程也相對(duì)比較容易，只是需要在普通模型狀態(tài)下打開(kāi)零件進(jìn)行列表中相應(yīng)數(shù)字的修改即可，這樣以建立一個(gè)數(shù)字模型的時(shí)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(guò)族表的方式節(jié)約了計(jì)算機(jī)的物理儲(chǔ)存空間。

4 結(jié)語(yǔ)

利用參數(shù)化設(shè)計(jì)程序通過(guò)設(shè)計(jì)變量來(lái)控制零件三維模型的生成，在Pro/E里面加入標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)專用模塊，可以大大提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈斌，麻連榮，宮大.基于Pro/E二次開(kāi)發(fā)的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007.

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

[3] 孟祥旭.參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的研究與實(shí)現(xiàn)[D].中科院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，1998.