劉順?lè)?曹慧琴,董金華

(河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

基于Pro/E參數(shù)化技術(shù)的三維建模方法

劉順?lè)?曹慧琴,董金華

(河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

以圓柱齒輪為例設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Pro/E參數(shù)化技術(shù)的三維零件庫(kù)模型系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用特征造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)創(chuàng)建通用模型,通過(guò)修改零件參數(shù),生成相應(yīng)的零件模型,不需要逐一創(chuàng)建單個(gè)模型,能夠大幅度提高設(shè)計(jì)效率,減少設(shè)計(jì)工作量,進(jìn)而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

零件模型;參數(shù)化;標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù);Pro/E

Pro/E是三維CAD/CAM系統(tǒng),可以為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供完整的解決方案,廣泛應(yīng)用于造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域[1-5]。利用Pro/E強(qiáng)大的參數(shù)化功能,創(chuàng)建形狀結(jié)構(gòu)相似而尺寸略有不同的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù),使用特征收集器的功能加入特征、尺寸、參數(shù)、部件,參照模型、組、陣列表等內(nèi)容供子零件產(chǎn)生變化,可以很好地解決標(biāo)準(zhǔn)件、常用件系列化的設(shè)計(jì)問(wèn)題,供使用者方便地調(diào)用,對(duì)圖庫(kù)進(jìn)行參數(shù)化管理。從中調(diào)出的圖形文件,可以通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng),增減特征獲得所需要的零件[6]。下面以直齒圓柱齒輪為例介紹Pro/E中參數(shù)化模型的建立技術(shù)。

1 設(shè)定模型的參數(shù)

直齒圓柱齒輪的參數(shù)有:齒數(shù)(Z)、模數(shù)(m)、壓力角(α)、齒寬(b)、內(nèi)徑(r)。本模型暫不考慮內(nèi)徑這個(gè)參數(shù)。打開Pro/E,新建零件名稱“SPUR_GEAR”;打開“工具”下面的“關(guān)系”,設(shè)定直齒輪的參數(shù):齒數(shù)(TEETH)、模數(shù)(PITCH)、壓力角(ANGLE)、齒寬(W IDTH),見圖 1。

2 齒輪模型的生成

根據(jù)自頂向下建模原理,將直齒圓柱齒輪分解為齒形和圓柱2個(gè)部分。每個(gè)部分采用自底向上的建模原理,由線生成面、再生成體。

圖1 參數(shù)設(shè)計(jì)Fig.1 Parameter design

2.1 圓柱體的生成

圓柱體的生成比較簡(jiǎn)單,直接畫圓柱截面,通過(guò)拉伸,生成柱體,見圖2。

2.2 齒形的生成

齒輪的建模關(guān)鍵是輪齒的形成,根據(jù)齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),輪齒的三維建模有3種方法[6]:1)根據(jù)齒輪參數(shù),在二維平面生成全部的齒形,然后進(jìn)行整體拉伸;2)根據(jù)齒輪參數(shù),先生成單個(gè)齒形,再拉伸成三維實(shí)體,然后繞中心旋轉(zhuǎn)(拷貝)陣列,聯(lián)合成一個(gè)整體;3)根據(jù)齒輪參數(shù),生成齒坯和齒槽輪廓線,并通過(guò)“剪切(cut)—拉伸(extrude)—實(shí)體(solid)”在整個(gè)齒輪寬度上生成齒槽特征,然后將齒槽特征繞齒輪軸線旋轉(zhuǎn)陣列就可得到全部齒形特征。

圖2 圓柱體的生成Fig.2 Fo rmation of a cylinder

第1種方法是對(duì)全部齒形輪廓進(jìn)行整體拉伸,運(yùn)算量大,運(yùn)算速度慢,生成的零件文件最大;第2種方法由于單個(gè)輪齒拷貝后要進(jìn)行聯(lián)合,而且進(jìn)行單個(gè)齒形特征創(chuàng)建也不如創(chuàng)建齒槽特征方便;第3種方法生成齒輪速度最快,零件文件也最小,而且它還符合一般的齒輪加工思路:在齒坯上生成齒槽。所以在Pro/E中,一般都是采用第3種方法來(lái)進(jìn)行齒輪的三維建模。

1)齒槽的曲面用可變截面掃描生成曲面,通過(guò)曲面合并,生成齒槽實(shí)體,然后執(zhí)行剪切,生成半個(gè)齒槽,見圖3。

2)通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制曲面,剪切生成完整齒形,見圖4。

圖5 參數(shù)化齒輪Fig.5 Parametric gear

3)通過(guò)整理齒槽特征,生成完整的齒輪,見圖5。

具體操作如下:打開“工具”下拉菜單“關(guān)系”,在“關(guān)系面板”中輸入模型特征的關(guān)系,

圖6 修改齒數(shù)后生成的齒輪Fig.6 Generated gear after changing the number of tooth

至此,直齒圓柱齒輪模型的參數(shù)化已完成,直齒圓柱齒輪的各特征均由設(shè)定的4個(gè)參數(shù)(齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒寬)控制。

2.3 驗(yàn)證模型的正確性

修改某個(gè)參數(shù),再生成模型。這里將齒數(shù)修改為20,生成模型見圖6。

其他齒輪模型,如錐齒輪、斜齒輪、蝸輪、蝸桿、齒條等建模方式相似,這里不一一列舉。

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐表明,任何一個(gè)通用的CAD軟件,都很難滿足各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求,所以有必要以通用軟件為基礎(chǔ),結(jié)合本行業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn),進(jìn)一步建立能滿足本行業(yè)或本企業(yè)要求的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)或常用零件庫(kù),以提高效率,真正展現(xiàn)CAD軟件的功能。筆者介紹的利用特征造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法建立三維模型,可以實(shí)現(xiàn)輸入基本參數(shù)信息后即可自動(dòng)生成相應(yīng)的三維實(shí)體模型零件。由此可方便地建立所需的常用零件庫(kù),為零部件的系列化建模、裝配和分析提供了有效的技術(shù)支持,而且能夠提高生產(chǎn)效率,縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

[1] Parametric Technology Corporation.Pro/ENGINEERWildfire Pro/TOOLKIT User’Guide[Z].[S.l]:PTC,2003.

[2] 董金華,楊松林.標(biāo)準(zhǔn)單元測(cè)試環(huán)境的CAD二維圖形自動(dòng)判別技術(shù)研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào) (Journal of Hebei University of Science and Technology),2009,30(3):223-226.

[3] 董金華,李才潑,劉順?lè)?網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下三維CAD技術(shù)研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào) (Journal of Hebei University of Science and Technology),2010,31(4):342-345.

[4] 齊從謙,崔瓊瑤.基于參數(shù)化技術(shù)的CAD創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究[J].中國(guó)機(jī)械工程(China Mechanical Engineering),2003,14(8):681-683.

[5] 秦光里.CAD標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

[6] 孫江宏.Pro/ENGINEER 2001高級(jí)功能應(yīng)用與編程處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

Three-dimension modeling based on Pro/E parametric technology

L IU Shun-fang,CAO Hui-qin,DONG Jin-hua

(College of Mechanical and Electronic Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei050018,China)

The gear case is designed based on Pro/E three-dimensional parametric technology based parts library modeling system.The system uses featuremodeling and parametric design to create universalmodels,then by modifying the component parameters,generates the corresponding component model,instead of creating every single model,w hich greatly imp roves design efficiency,reduces design effo rt,and thereby sho rtens the p roduct development cycle.

component model;parametric;standard parts library;Pro/E

TH132

A

1008-1542(2011)01-0057-03

2010-09-02;

2010-11-01;責(zé)任編輯:馮 民

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(09212130)

劉順?lè)?1966-),女,河北鹿泉人,副教授,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造方面的教學(xué)與研究工作。