基于Pro/ENGINEER的参数化设计

一、引言

工艺装备（工装）是机械工业的重要组成部分，是机械产品性能、精度、质量、寿命、生产效率以及控制生产成本的基础保证。结构越是紧凑、精度越高的机械装置，其制造过程对工装的依赖程度便越高。以沈阳机床（集团）有限责任公司（以下简称“沈阳机床”）研制的机械式双轴转台pct40为例，该产品有35种零件，装配工装就有21种之多，其中一些工装结构相同或类似，但零件尺寸不同。按照我们以往的设计流程，在三维建模和绘制工程图时，设计员需要进行较多的重复工作，影响了设计效率。结构相同或类似零件的三维模型和工程图等技术文件也影响到技术文件的管理。本文以偏心法兰调整工具为例介绍了利用Pro/ENGINEER的“族表”工具和“重复区域”功能，对一类结构相同的工装进行参数化设计，有效地减少了设计员的重复工作和技术文件数量。

二、关于参数化设计

参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。参数化为产品模型的可变性、可重用性及并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便地重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了生产效率。参数化概念的引入代表了设计思想上的一次变革，即从避免改动设计到鼓励使用参数化修改设计。

Pro/ENGINEER提供了多种二次开发工具，如族表工具、用户定义特征（UDF）、Pro/Program、J-link以及Pro/TOOLKIT等。通过族表可以方便地管理具有相同或相近结构的零件，特别适用于标准零件的管理。族表工具是通过建立一个通用零件作为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表是通过电子表格来实现的，因此可以称其为表格驱动。

三、偏心法兰调整工具设计

偏心法兰内外圈的中心线是不重合的，如图1所示，法兰内外圆中心线距离为S。当法兰以外圆中心线为轴转动时，内圆中心线就以外圆中心线为轴，以S为半径转动，从而实现法兰内圈在垂直方向上的位置移动，移动的最大距离为2S。弧面分度凸轮机构就应用偏心法兰来调整凸轮轴与分度盘中心距，避免出现二者配合过紧或过松的现象。装配时，偏心法兰的外圆与箱体上的孔配合，保证了其轴线没有径向移动，凸轮轴通过轴承与偏心法兰内圈结合，根据实际情况转动偏心法兰，使其内圆中心线在垂直方向上产生位移，达到通过改变机构的中心距使弧面凸轮与分度盘获得优良配合的目的。根据装配需要，设计出偏心法兰的调整工具，调整工具的二维示意图如图2所示。

在调整工具一端任选两个相对的孔打入圆柱销，装配调整时，将圆柱销插入偏心法兰端面上的孔Фd0中；调整工具的另一端也是利用端面上的孔与类似卡钳的工装连接，该工装的设计与本文内容无关，故不在此做介绍。

四、调整工具参数化设计

以沈阳机床研制的机械式双轴转台pct40为例，该产品有2种尺寸不同的偏心法兰需要使用调整工具，另外分别安装与之配合的2种锁紧法兰也需要同样结构但不同尺寸的调整工具，因此这里需要设计4件调整工具。这种现象在工装设计中是常见的情况，若是按照传统设计流程，设计员必须分别进行多次重复的三维建模和绘制工程图的工作才能完成设计任务。但是利用Pro/ENGINEER的族表功能，对其进行参数化设计，将不再需要重复建模，而只需对一个模型的尺寸参数进行重新设计，便可得到一组不同的调整工具。从而达到减少设计人员的重复劳动，提高工作效率的目的。

1.三维模型参数化设计

以需要设计的任一调整工具作为原始模型建立三维模型，以后再需要设计结构类似的调整工具时，不再重复建模，而是运用族表功能对相关尺寸约束进行参数设计。在创建“族表”之前，我们有必要将模型的相关尺寸名称按照我们需要的进行修改，如d1、L1和外径等。然后，便可进行“族表”的创建，先将模型相关尺寸添加到“族项目”中，为了让设计员快速定位尺寸参数可以插入“注释行”对每个尺寸的含义做详细的描述，“族表”便建立完成。当我们需要重新设计一件与其结构相同但尺寸不同的调整工具时，不再需要重新建模，只要在“族表”中插入实例行，对相关尺寸参数进行设计，便可得到另一个模型，如图3所示。

2.工程图的绘制

工程图的绘制方式有两种，一种是按照绘图标准绘制一张完整的工程图并做完整的尺寸标准，将工程图中的尺寸数值更改为特定代号，然后附上显示三维模型族表的表格。该表格使用Pro/ENGINEER的“重复区域”功能来制作，通过“更新表”可以使该表格与三维模型的族表同步。此方法绘制的工程图可以定义为列表式，如图4所示。

第二种方法可称为模板式，即建立一个“工程图模板”。所谓“工程图模板”是在一张工程图上设置其“出图行为”，作为工程制图的出图规范，每个视图的详细规范通过模板视图指令对话框设定，如图5所示。需要出图时，在指定模板选框中选择使用模板，然后选取已制定好的工程图模板，点击确定便会按照设计员制作的工程图模板形成工程图文件，移动各视图至适当位置并整理尺寸便完成了工程图的绘制，大大提高了设计员的出图效率。

这两种方法各有优劣，使用列表式绘制工程图时，不同型号的零件需要从列表中选择对应的尺寸参数，所以不太适用于结构较复杂的零件，但特别适用于标准零件的绘制，如企业的标准工装、标准工具等这些结构相同，尺寸不同且数量较多的零件。模板式绘制工程图则适用于另一些结构较为复杂的零件。

五、结语

本文介绍了运用Pro/ENGINEER及其二次开发工具对偏心法兰调整工具进行参数设计的方法，可以减少设计员的重复工作，提高设计效率。本文提出的方法可以推广应用到其他结构相同或相近的零件上。