使用ProE装配功能实现汽车油气管检具的设计

　　1 引言

　　直的橡胶管穿在已弯成所需产品形状的不锈钢芯棒上，在硫化炉中对橡胶管进行硫化定型，通过水冷得到成品即油气管。汽车油气管检具就是检测油气管是否合格的一个装置，因此，检具的制作精度要求较高，检具完成后对其进行检查，以判断检具是否合格，检具一般在三坐标测量仪上进行测量，以点的形式进行检查。油气管的几何图形由两个同心圆沿一条样条曲线扫描而成，由于是一条空间样条曲线，对油气管及其检具采用Pro/ENGINEER软件作为产品和检具设计、数控编程的软件平台，在BeiJing FANUC—450数控铣床对其进行加工，通过Pro/ENGINEER的装配模型和二次开发技术得到所需测量点的坐标，以检验产品是否合格。

　　2 三维CAD模型

　　由于需进行数控加工必须得到检具的三维CAD模型，同时要得到油气管与检具的装配模型并进行干涉检查，而采用传统的二维图的设计是不可能实现的。设计过程不进行具体描述，图1是三维CAD模型。

a)油气管

b)装配图

图1

　　3 Pro/ENGINEER装配模型

　　3.1 零部件标识

　　Pro/ENGINEER软件是基于特征的实体造型软件， 装配模型是一个等级结构树，它用一个数组结构对装配体中的零部件进行唯一标识。可以对模型中的零部件进行查询、读取、修改和增减等编辑操作。对多层次的产品结构树表达的装配模型来说，要实现对结构树中的每一个结点的信息进行操作，就必须对结构树中的每一个结点进行从根结点到该结点的全局标识。对于一个子装配体，如果我们只考虑其直接组成部件则是一个单层结构，可以用不重复的正整数来标识每一个零部件。对于一个成品装配体来讲，也是相同的，但由于成品装配体是一个多层结构，所以可以通过增加层号来粗定位层信息，再用不重复的正整数来标识每一个零部件，最后形成用层数和以层数为长度的一维数组来标识的方法。如图2所示，即为Pro/ENGINEER软件下的部件标识示例。

图2 部件标识

　　在图2所示的装配体中，子装配体C在装配体A中的部件标识值为11，零件B在装配体AB中的部件标识值为3等。图2中的子装配体AB在不同的地方出现了两次(也就是同一部件在装配体中的不同地方装配了两次)，它的组成部件B(也出现了两次)的标识路径却不同，其具体标识如下：

　　Component B'

　　table_num = 5

　　comp_id_tab[0] = 2

　　comp_id_tab[1] = 2

　　comp_id_tab[2] = 5

　　comp_id_tab[3] = 2

　　comp_id_tab[4] = 3

　　Component B"

　　table_num = 4

　　comp_id_tab[0] = 11

　　comp_id_tab[1] = 6

　　comp_id_tab[2] = 12

　　comp_id_tab[3] = 3

　　其中，table_num为该部件在装配体中所属的数，也就是一维数组comp_id_tab的长度 ;comp_id_tab为长度值为table_num的一维数组，该数组是将部件各层的标识值从上到下依次标识出来，即为标识数组。

　　3.2 坐标转换理论

　　从Pro/ENGINEER的装配模型可以得到零部件的装配信息，如约束关系、坐标转换关系，而检具在三坐标测量时必须给出检测坐标系与原点。从图1中可以看出，为了检测的方便，有时产品的坐标系与检具检测的坐标系是不一致的，这就涉及到坐标转换使原来坐标转换为三坐标测量仪测量的坐标，而在Pro/ENGINEER装配模型中，当进行零部件装配时，零部件的坐标系就乘一个齐次变换4×4阶矩阵而保存在装配信息中，通过Pro/ENGINEER二次开发工具Pro/Toolkit提取此装配信息。以图3为例，如需求零件B的坐标系相对于零件C的4×4阶转换矩阵，先分别提取零件B、C坐标系在总装配体A坐标系的4×4阶转换矩阵Mtran，即MAB 和MAC，再对MAB求逆，得到M-1AB，Mtran=M-1AB· MAC即为零件B的坐标系相对于零件C坐标系的4×4阶转换矩阵，零件B点的坐标乘以此转换矩阵就得到在零件C坐标系的坐标，也就是产品的点坐标数值通过一个转换矩阵变换后变成三坐标测量仪坐标系下所需检测的点的坐标。

图3 坐标转换理论(Mtr=M-1AB.MAC)

图4 点坐标转换结果

　　3.3 点数据及零部件装配关系提取

　　在Pro/ENGINEER的装配模型的工程数据库中，即包含零部件的装配关系，也包含零部件的几何信息，即点、线、面以及体的数据，因此，通过如下的Pro/ENGINEER的二次开发函数即可提取点的坐标。

　　prodb_get_feature_dtm_points(model，feature_id，&point_lists);其中Model 代表所选择零件的ID标识，feature_id表示构建此零件中所选的特征ID号，point_lists为一个三维数组存储此特征中的所有点的坐标(相对此零件的坐标系的坐标)。

　　ProAsmcomppathTrfGet()函数可得到选择零件相对根装配体的转换矩阵，选择图3中的B、C零件，可得到B、C零件的转换矩阵。由于关于Pro/ENGINEER的二次开发的文章很多，在本文中就不再具体描述，通过坐标转换理论，得到如下的结果。以此图1(b)为例，通过Pro/ENGINEER的二次开发，得到如图4所示结果。为检验其转换是否正确，通过Pro/ENGINEER中的Analysis菜单可以进行测量，最终结果与转换的坐标结果一致。

　　4 结论

　　汽车油气管检具由于采用了Pro/ENGINEER三维CAD技术，使设计周期大为缩短，通过装配模型得到的坐标转换矩阵点坐标自动转换，点坐标以表格的形式表示出来，解决以前在二维图中通过标注尺寸得到坐标，减少了人为错误，同时通过零件的信息共享，真正实现了设计、制造、检测一体化。