非标准刀具的ProE参数化设计

　　1 引言

　　PRO/E是美国PTC 公司开发的CAD/CAE/CAM软件。该软件先进的设计理念体现了机械设计自动化(Mechanical Design Automation，MDA)系列软件的最新发展方向，成为提供工业解决方案的有力工具，因而被广泛应用于机械、电子、航空、航天、军工、纺织等行业。

　　用PRO/E设计的每一实体模型均有对应的主要设计步骤及尺寸参数列表，通过修改此列表即可根据需要对设计内容进行全面修改，而该列表的修改可通过运行PRO/E中的PROGRAM程序来实现，即通过对PROGRAM程序的二次开发可实现零件的参数化设计。一个(或一类)零件可用一些概念化的特征参数来表示，通过运行经二次开发的PROGRAM程序即可通过修改零件模型参数来控制零件的结构尺寸。设计列表程序主要包括参数输入、关系定义、零件模型的所有参考面、几何体及执行声明等部分。

　　2 非标刀具的设计特点

　　非标刀具的设计往往需要手工计算和绘图。每当刀具参数或设计要求发生变化时(尽管变化可能很微小)，都必须重新计算和绘图，十分繁琐。虽然各种非标刀具的参数不尽相同，但每种刀具的结构是基本固定的。以铰刀为例，当刀具尺寸发生变化(如孔径增大)时，铰刀的基本结构并未改变，只是部分尺寸参数发生了变化。利用这一特点，可在PRO/E 系统中为常见非标刀具中结构相同的刀具建立相应类型的三维实体结构模型(如铰刀类、圆孔拉刀类、花键拉刀类、齿轮滚刀类、蜗轮滚刀类等)，并用参数定义每种模型的结构尺寸，从而为利用PROGRAM模块进行参数化设计打下基础。建立非标刀具模型库和PROGRAM程序的工作不需由普通设计人员完成，他们只需根据需要输入各模型定义的相关参数并运行PROGRAM程序，系统就会自动生成相应的非标刀具零件图，从而可大大简化设计工作。

　　3 非标刀具参数化设计步骤

　　分析刀具结构，确定特征尺寸

　　创建实体模型

　　定义特征参数

　　输入特征参数

　　修改特征参数

　　用VB建立透明用户界面

　　不同种类的非标刀具结构不同，需要分别建立各自的实体模型;对于同一种类但使用场合不同的非标刀具，也需考虑是否分别建立实体模型。建立每类实体模型之前，需要确定该类刀具的基本结构特征，并将这些特征典型化和概念化，使建立的模型尽量准确地反映此类刀具的基本特征。对于零件上一些不重要或不具有普遍性的细节(如倒角、退刀槽等)可以省去，以免增大参数化的工作量。最后需要确定各基本特征的尺寸。由于PRO/PROGRAM程序不仅可实现尺寸的驱动变化(即一个尺寸变化时，通过关系式会引起相关尺寸变化)，还可实现结构形状的局部变化(如齿数的变化、螺旋槽角度的变化等)，因此只有在分析各类非标刀具的结构特征后才能具体确定应建立何种实体模型、每类模型应建立哪些形状特征等。

　　零件的特征主要通过参数和几何约束关系来相互关联。尺寸之间的关系分为两种：①自定义的各种外部参数与零件被约束尺寸之间的关系;②模型内部特征之间的内部约束关系，即零件几何元素之间的约束关系(如平行、垂直、相切、同心等)。由于在创建实体模型时这些几何约束关系被同时创建，因此当模型被修改时，这些关系自动保持不变。一个特征往往可以有多种创建方法，在设计时必须考虑如何表达该特征与其它特征之间的关系。理想的设计结果必须能准确表达固定的几何约束关系，且易于修改。设计非标刀具时，应在遵循PRO/E上述要求的前提下创建各类刀具的实体模型。

　　建立模型后，PROGRAM设计列表将自动列出模型的所有元素，并按照创建的先后顺序命名为D1，D2，D3……等内部标识尺寸。对于较复杂的模型，按顺序排列的尺寸往往达数百个甚至更多，因此无法知道每个内部标识尺寸所对应的零件尺寸，这就需要找出两种对应关系：①内部标识尺寸与外部模型上各个数值之间的对应关系;②内部标识尺寸与将要命名的外部参数之间的关系。这两种关系综合起来即可体现出外部参数与零件上被约束尺寸之间的关系。在对这些参数命名时，参数名称应力求简单易懂，必要时可在PROGRAM程序中加入简单英文注释。

图1 VB程序界面

图2 参数化设计程序框图

图3 刀具三维图形

　　将已定义好的参数输入零件设计列表的“输入部分”后，在“关系定义部分”定义参数与零件各部分尺寸之间的对应关系以及同一零件不同尺寸间的相互约束关系(如内径必须小于外径、螺旋角必须在某一范围内变化、齿数可取数值等)。同时，因同一零件的各部分尺寸需协同变化(如铰刀直径增大，其齿数、颈部尺寸等也会随之变化)，因此也需在此作出明确规定。