基于Pro／E的定位件三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐 倩，李 昊

（1.北京市工貿(mào)技師學(xué)院 機(jī)電分院，北京 102206；2.公安部第一研究所 安檢事業(yè)部，北京 102200）

0 引言

通過(guò)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)流程的分析發(fā)現(xiàn)，以我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)水平，在整個(gè)產(chǎn)品研制周期中，生產(chǎn)準(zhǔn)備所需的時(shí)間一般占到整個(gè)周期的50%以上，而其中工藝裝備的設(shè)計(jì)制造又占生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的50%以上，且在工藝裝備的設(shè)計(jì)制造中有70%以上的時(shí)間是用于夾具的設(shè)計(jì)和制造［1，2］。針對(duì)此種情況，在現(xiàn)代制造企業(yè)中，為滿(mǎn)足在多品種、小批量生產(chǎn)中快速設(shè)計(jì)的要求，開(kāi)始越來(lái)越廣泛地應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工，而定位件作為夾具中的重要零件，其設(shè)計(jì)周期的長(zhǎng)短對(duì)于產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)周期有著重要影響。因此在產(chǎn)品加工前，根據(jù)產(chǎn)品要求，建立一個(gè)參數(shù)化的三維定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，可以有效地減少工藝設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性工作、提高工作效率。

1 定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建庫(kù)分析

Pro／Engineer三維軟件（簡(jiǎn)稱(chēng)Pro／E軟件）具有基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)等特點(diǎn)，是當(dāng)今世界主流的CAD／CAM設(shè)計(jì)軟件之一，在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中占據(jù)重要位置［3］，經(jīng)對(duì)比分析，本文最終選定基于Pro／E軟件進(jìn)行定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

在Pro／E軟件環(huán)境下進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的常用方法主要包括Pro／Toolkit程序、用戶(hù)定義特征功能（UDF）和族表功能（Family Table）。對(duì)比這3種方法，Pro／Toolkit程序功能強(qiáng)大，但一般需與VC程序聯(lián)合使用，操作較為復(fù)雜；用戶(hù)定義特征功能適用于特定產(chǎn)品中的特定結(jié)構(gòu)，但在使用前需預(yù)先設(shè)計(jì)好模板；族表功能是相似零件、特征或組件的集合，適用于較為簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)件，但不適合開(kāi)發(fā)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)件。

比較以上Pro／E軟件所提供的二次開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到定位件標(biāo)準(zhǔn)件普遍結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但需求種類(lèi)、型號(hào)較多的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)中采用族表功能建立定位件的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。

2 定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)參數(shù)的確定

定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)包含機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中常用的主要標(biāo)準(zhǔn)零件，基本可以滿(mǎn)足定位件設(shè)計(jì)、裝配時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零件的調(diào)用。定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的構(gòu)成

現(xiàn)以定位件中較為常見(jiàn)的V形塊為例，參照最新的JB／T 8018.1－1999《機(jī)床夾具零件及部件 V形塊》標(biāo)準(zhǔn)，建立其三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。在參照標(biāo)準(zhǔn)中，V形塊標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中需包含的尺寸參數(shù)如圖2所示。

在JB／T 8018.1－1999《機(jī)床夾具零件及部件 V形塊》標(biāo)準(zhǔn)中，V形塊標(biāo)準(zhǔn)件共有9種型號(hào)，每種型號(hào)中包含 N，D，L，B，H，A，A1，A2，b，l，d，d1，d2，h，h1和T共計(jì)16個(gè)參數(shù)，其具體參數(shù)值如表1所示。參數(shù)T由以下公式得出：

T＝H＋0.707D－0.5 N .

根據(jù)表1中所示型號(hào)與參數(shù)進(jìn)行建模時(shí)，需完全實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)并建立相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，如果參數(shù)變量的個(gè)數(shù)不能滿(mǎn)足尺寸驅(qū)動(dòng)的要求，應(yīng)在建立模型時(shí)增加約束。例如在進(jìn)行V形塊建模時(shí)，增加了V形塊斜錐部分與尺寸D之間的相切約束，V形塊上左、右兩邊兩對(duì)通孔之間中心距離相等。

3 定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)族表的建立

建立族表是定位件參數(shù)化過(guò)程中最重要的一步，在族表的建立過(guò)程中，主要分為以下幾個(gè)步驟。

3.1 修改參數(shù)符號(hào)

修改實(shí)體模型中各參數(shù)的符號(hào)，使其名稱(chēng)與機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)注的代號(hào)相一致，以便于族表的處理［4－6］，如存在Pro／E無(wú)法識(shí)別的符號(hào)也可使用其他符號(hào)代替。

3.2 編輯族表項(xiàng)目

根據(jù)相異情況編輯族表項(xiàng)目，相異情況可以是尺寸、參數(shù)、特征等。具體操作過(guò)程中則選擇會(huì)產(chǎn)生差別的尺寸、特征等屬性，這樣就可以在各個(gè)實(shí)例中區(qū)分這些差異。例如，選擇菜單欄“工具”→“族表”，在出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)選取“插入”→“實(shí)例行”對(duì)其命名，之后選取“列”，如圖3（a）所示；在新出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)選擇“尺寸”作為要添加的項(xiàng)目，并選擇“＋”以添加各個(gè)尺寸，如圖3（b）所示。

圖2 V形塊尺寸參數(shù)

表1 V形塊尺寸參數(shù)表mm

圖3 編輯族表項(xiàng)目

3.3 輸入族表

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在族表中依次輸入各種不同型號(hào)V形塊的標(biāo)記代號(hào)以及相對(duì)應(yīng)的各個(gè)參數(shù)值，每個(gè)實(shí)例占據(jù)族表的一行，并插入一行注釋以便在需要時(shí)進(jìn)行解釋說(shuō)明。

3.4 校驗(yàn)族表的實(shí)例

族表生成后要執(zhí)行校驗(yàn)命令，校核各個(gè)實(shí)例是否能成功生成。如校驗(yàn)時(shí)有的實(shí)例失敗，則需要檢查原因，修改模型或族表的約束、參數(shù)數(shù)值，直到所有實(shí)例都校驗(yàn)成功。

3.5 鎖定各實(shí)例

為了避免無(wú)意間更改已校驗(yàn)成功實(shí)例的設(shè)定，可鎖定所有實(shí)例零件，使之無(wú)法變更。

3.6 族表建立完成

通過(guò)以上步驟建立的V形塊族表如圖4所示。在后續(xù)使用中，如需添加型號(hào)或修改參數(shù)可在此表中直接編輯。

4 定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的管理和調(diào)用

在一般情況下，零件是通過(guò)設(shè)置文件的搜索路徑來(lái)打開(kāi)文件的，但對(duì)于頻繁重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)件而言，此方法顯然效率偏低。如對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)文件進(jìn)行以下管理和配置，即可有效提高其使用效率。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的組織、命名

定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)按如圖1中所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)，末級(jí)為各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件。標(biāo)準(zhǔn)零件命名規(guī)則為：對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)零件采用其漢語(yǔ)拼音命名，如果同一代號(hào)中有型號(hào)區(qū)別，則在其漢語(yǔ)拼音名稱(chēng)后加字母和型號(hào)［7，8］。例如JB／T 8018.1－1999《機(jī)床夾具零件及部件V形塊》中的V形塊共有9種型號(hào)，如表1所示，則命名為“VXINGKUAI－A”至“VXINGKUAI－I”。

4.2 設(shè)置庫(kù)路徑選項(xiàng)

在Pro／E的“工具”→“選項(xiàng)”對(duì)話框中設(shè)置“prolibrary－dir”選項(xiàng)等于“定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)”的路徑，調(diào)用庫(kù)文件時(shí)，Pro／E可以直接指向設(shè)置的庫(kù)路徑。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的調(diào)用

調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可在Pro／E的裝配環(huán)境下單擊“插入”→“元件”→“裝配”命令，在文件“打開(kāi)”窗口的查找范圍內(nèi)選取所需某一標(biāo)準(zhǔn)零件。當(dāng)打開(kāi)某一零件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“選取實(shí)例”窗口，如圖5所示，可以按實(shí)例名稱(chēng)或標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)數(shù)值調(diào)用給定參數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)件。

圖4 V形塊族表

在“選取實(shí)例”窗口中選擇名稱(chēng)“VXINGKUAIE”，即第5組參數(shù)尺寸，即可快速建立模型，其完成圖如圖6所示。調(diào)用完成后的標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接裝到組件或裝配體上。

圖5 選取V形塊實(shí)例

圖6 V形塊標(biāo)準(zhǔn)件模型

5 總結(jié)

（1）以三維設(shè)計(jì)軟件Pro／E為平臺(tái)，利用族表功能，以V形塊為例，通過(guò)建庫(kù)和參數(shù)化方法建立了定位件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，避免了使用編程方法建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的弊端，減少了開(kāi)發(fā)的工作量。

（2）通過(guò)菜單文件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)進(jìn)行管理，既實(shí)現(xiàn)了方便、快速的調(diào)用，也可以直觀地添加型號(hào)或修改尺寸，在建立類(lèi)似零件的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)時(shí)可進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改后重新調(diào)用，有效地提高了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)使用的靈活性。

（3）選取定位件標(biāo)準(zhǔn)件后，Pro／E軟件可直接顯示其體積、質(zhì)量等重要信息，對(duì)于提高定位件乃至整個(gè)工裝的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率都具有良好的效果。

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