基于Pro/E的族表工具在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

徐 培，李文亮，張佃龍，姜 彪

(兗礦集團(tuán) 機(jī)電設(shè)備制造廠，山東 鄒城 273500)

1 引言

Pro/E是一款功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)軟件［1］，為用戶提供了一套從設(shè)計(jì)到制造的完整的CAD解決方案。大到航空航天飛機(jī)，小到螺栓螺母，都可以應(yīng)用這款軟件實(shí)現(xiàn)全參數(shù)建模設(shè)計(jì)，繼而付諸于實(shí)際生產(chǎn)。Pro/E在工程中的應(yīng)用，既可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，也可節(jié)約大量建設(shè)投資。

機(jī)械設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，常會(huì)用到螺釘、螺栓、軸承等標(biāo)準(zhǔn)零件的模型。對(duì)于獲得這些標(biāo)準(zhǔn)零件模型，一般的解決方法是:①購(gòu)買(mǎi)軟件開(kāi)發(fā)商的零件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)與Pro/E軟件的全參數(shù)對(duì)接;②個(gè)人逐個(gè)建立標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)體三維模型。前者省力卻需要一筆可觀的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用，后者省錢(qián)卻需要相當(dāng)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(wèn)題。筆者介紹了族表工具的應(yīng)用原理，并通過(guò)實(shí)例講解如何在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用族表工具，使用軟件版本Pro/E 5.0。

2 族表的應(yīng)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(jié)構(gòu)上看很相似，但在一些細(xì)節(jié)部位有所不同，比如尺寸大小或詳細(xì)特征等。例如螺釘，在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里，會(huì)有多達(dá)上百種不同規(guī)格，但它們看起來(lái)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(gè)零件族［2］。

2.2 族表的作用

(1)在單個(gè)模型內(nèi)簡(jiǎn)單而又細(xì)致地創(chuàng)建并儲(chǔ)存大量對(duì)象。

(2)實(shí)現(xiàn)零件生成的標(biāo)準(zhǔn)化，既省時(shí)又省力。

(3)從一個(gè)零件文件生成多種形式的零件，而不需要逐個(gè)零件建模。

(4)在零件中產(chǎn)生細(xì)小變化而不需要使用關(guān)系命令更改模型。

(5)族表實(shí)現(xiàn)了零件的標(biāo)準(zhǔn)化且同一族表的實(shí)例相互之間可以簡(jiǎn)單替換。

2.3 族表的結(jié)構(gòu)

族表本質(zhì)上是用電子表格來(lái)管理模型數(shù)據(jù)，它的外觀體現(xiàn)也是一個(gè)由行和列組成的電子表。族表包含2個(gè)部分:類屬對(duì)象和基礎(chǔ)對(duì)象，族表的所有成員都以類屬對(duì)象為基礎(chǔ);在類屬中指定的可以在實(shí)例中改變的項(xiàng)目，根據(jù)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(jié)構(gòu)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(gè)規(guī)格的螺栓的具體尺寸，比如螺紋規(guī)格、螺栓總長(zhǎng)、螺紋長(zhǎng)等，也就是說(shuō)，每一行是一個(gè)具體的螺栓規(guī)格，稱之為一個(gè)實(shí)例。其中第二行是確定類屬對(duì)象或基礎(chǔ)對(duì)象模型的可變項(xiàng)目及其取值;第一列是類型，對(duì)于單級(jí)族表此列無(wú)內(nèi)容，當(dāng)為多級(jí)族表時(shí)才顯示“文件夾”內(nèi)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(jù)個(gè)人需求填寫(xiě)或者不填，從第四列開(kāi)始，每一列都是螺栓的同一個(gè)可變項(xiàng)目的取值，我們稱之為一個(gè)項(xiàng)或列。

圖1 GB/T5782-2000六角頭螺栓的族表

當(dāng)創(chuàng)建族表時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際上并不會(huì)為每一實(shí)例創(chuàng)建額外的*.prt文件，這些實(shí)例其實(shí)都是虛擬的。打開(kāi)選定實(shí)例時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際上會(huì)先打開(kāi)“類屬”模型，然后根據(jù)族表行中該實(shí)例的可變項(xiàng)目相關(guān)信息來(lái)再生此模型。

3 實(shí)例分析

下面通過(guò)實(shí)例，講解族表的創(chuàng)建過(guò)程以及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。鑒于螺栓規(guī)格種類繁多，現(xiàn)采用GB/T95-2002 C級(jí)平墊圈為例［3］。圖2、3分別為平墊圈的尺寸標(biāo)注示意和規(guī)格分類。

圖2 平墊圈的尺寸標(biāo)注

圖3 平墊圈規(guī)格

3.1 GB/T95-2002平墊圈族表的創(chuàng)建過(guò)程

(1)建立平墊圈的類屬對(duì)象或基礎(chǔ)對(duì)象。以標(biāo)準(zhǔn)列表中的任意一組規(guī)格尺寸建立一個(gè)平墊圈的實(shí)體模型，并命名為GB_T95_2002。這個(gè)模型作為整個(gè)族表文件的基礎(chǔ)模型。

(2)建立族表文件。在基礎(chǔ)模型的“工具”菜單中，打開(kāi)“族表”，點(diǎn)擊“添加/刪除表列”，如圖4所示。然后，在打開(kāi)的“族項(xiàng)目”中將建立基礎(chǔ)模型時(shí)需要的3個(gè)尺寸，依次添加到項(xiàng)目表中，確定即可。添加的順序沒(méi)有嚴(yán)格的限制，由個(gè)人習(xí)慣決定。添加的這3個(gè)尺寸項(xiàng)目，其實(shí)就是族表的第一行表頭。然后，點(diǎn)擊“用Excel編輯當(dāng)前表格”，將該標(biāo)準(zhǔn)要求的所有規(guī)格項(xiàng)目，依次填寫(xiě)到表格中，且與表頭對(duì)應(yīng)。

圖4 族表建立選項(xiàng)

尤其要注意，平墊圈的選用是和螺栓等緊固件有關(guān)的，因此在“實(shí)例名”列中編輯名稱時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)一管理。另外，在編輯實(shí)例名時(shí)，不能使用非法符號(hào)，例如“D1.6”應(yīng)該編輯為“D1_6”。編輯完全后，保存表格，并關(guān)閉，得到圖5的頁(yè)面，進(jìn)行“校驗(yàn)族的實(shí)例”。校驗(yàn)完畢，確定并保存模型即可。

圖5 校驗(yàn)族的實(shí)例

3.2 GB/T95-2002平墊圈族表的使用

設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果需要GB/T95-2002國(guó)標(biāo)的平墊圈，就可以利用剛建立的族表調(diào)用所需規(guī)格的模型。方法如下:

(1)在組件模型中，點(diǎn)擊“裝配”，找到平墊圈族表所在的目標(biāo)文件GB_T95_2002.prt，打開(kāi)并得到圖6的對(duì)話框。

圖6 選取實(shí)例

(2)從列表中選擇需要的規(guī)格并打開(kāi)，裝配完成之后，打開(kāi)裝配的模型備份到工作目錄。備份后，裝配的實(shí)例模型以及整個(gè)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(shí)重復(fù)調(diào)用。

4 結(jié)語(yǔ)

Pro/E三維參數(shù)化造型軟件雖然提供了強(qiáng)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(jī)械設(shè)計(jì)人員可以利用該工具建立螺栓、螺釘、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件的族表文件，繼而形成一個(gè)適合自身或者企業(yè)使用的族表庫(kù)。族表庫(kù)的建立，將大大滿足設(shè)計(jì)人員的需要，提高了工作效率，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

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

［2］ 杜 健.柴油機(jī)虛擬裝配及仿真動(dòng)畫(huà)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.大連:大連交通大學(xué)，2007.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第五版.第2卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［4］ 劉海芳.基于Pro/E的機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2004，20(2):43-44.