林　源，鄧博文，陳彥林

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

基于Pro/E創(chuàng)建臺階型導(dǎo)管連接件的應(yīng)用研究

林源，鄧博文，陳彥林

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

分析了目前創(chuàng)建臺階型導(dǎo)管連接件的方法以及存在的缺陷，研究了Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計和族表功能，以液體火箭發(fā)動機中凹臺階接頭創(chuàng)建為例，探索在Pro/E中快速創(chuàng)建三維參數(shù)化凹臺階接頭的新方法，提出了凹臺階接頭三維模型創(chuàng)建流程、三維模型文件命名規(guī)則，并對三維模型的管理與使用進行了討論。應(yīng)用這種方法，能夠在短時間內(nèi)建立系列化臺階型導(dǎo)管連接件，并且一次性完成尺寸和參數(shù)檢查，確保導(dǎo)管連接件三維模型的正確性和一致性，在發(fā)動機設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以直接使用臺階型導(dǎo)管連接件三維模型進行裝配，減少產(chǎn)品設(shè)計過程中的重復(fù)建模工作，極大提高了發(fā)動機的設(shè)計效率。

Pro/E；參數(shù)化設(shè)計；族表功能研究；發(fā)動機

0　引言

臺階型導(dǎo)管連接件是液體火箭發(fā)動機總裝中最常用的連接件。目前在液體火箭發(fā)動機數(shù)字化總裝設(shè)計過程中，每當需要選用某種材料、某種規(guī)格的臺階型導(dǎo)管連接件時，設(shè)計人員需要查閱標準中導(dǎo)管連接件的各個參數(shù)并對臺階型導(dǎo)管連接件進行三維建模，然后才能選用。由于臺階型導(dǎo)管連接件的外部形狀特征基本相同，僅僅在具體尺寸和參數(shù)上不同，如果按傳統(tǒng)的方法對所有規(guī)格的臺階型導(dǎo)管連接件進行逐一建模，會造成大量的重復(fù)性工作，工作效率低。本文介紹利用Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計和族表功能快速創(chuàng)建臺階型導(dǎo)管連接件的三維模型，可以大大提高設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。

1　Pro/E參數(shù)化設(shè)計和族表功能

參數(shù)化設(shè)計是Pro/E軟件最基本的設(shè)計思想。它將三維模型中的約束信息變量化，用一組參數(shù)對三維模型進行約束，當賦予不同的參數(shù)值時，就可驅(qū)動生成不同大小和形狀的新三維模型。參數(shù)化為產(chǎn)品模型的可變性、可重用性及并行設(shè)計等提供了有效手段，使用戶可以利用以前的模型快速重建模型，并可以在遵循原設(shè)計意圖的情況下方便地改動模型，生成系列化產(chǎn)品，極大提高了設(shè)計效率。

族表是實現(xiàn)產(chǎn)品三維模型設(shè)計標準化和系列化的輔助工具。使用族表時首先需要創(chuàng)建一個基礎(chǔ)零件，然后基于該基礎(chǔ)模型生成族表，將不同的、可以驅(qū)動的尺寸等參數(shù)值填入到族表中，Pro/E軟件會自動讀取族表中的參數(shù)值并對每個參數(shù)進行校驗，確保每個參數(shù)的合理性，校驗完成后生成族表中所有零件實例，大大提高了零件的設(shè)計效率。

族表通過電子表格進行管理，所以又被稱為表格驅(qū)動。使用族表創(chuàng)建的零件具有以下特點：1）可以對零件產(chǎn)生細小的變化而無需用關(guān)系改變?nèi)S模型；2）從基礎(chǔ)零件生成各種零件實例，無需重新構(gòu)造，避免了重復(fù)建模時出錯；3）實現(xiàn)了零件標準庫的建立和調(diào)用，并且同一族表的實例之間可以自動互換；4）可以對零件進行標準化、系列化的管理。

2　臺階型導(dǎo)管連接件建模研究

臺階型導(dǎo)管連接件主要包括凹臺階接頭、凸臺階接頭、密封墊、外套螺母、堵蓋、堵頭等組件。本文以凹臺階接頭（Q/Da97.3-2005）為例進行研究，凹臺階接頭二維圖如圖1所示。

圖1　凹臺階接頭二維圖Fig.1　2D drawing of concave stepped joint

2.1模型文件命名規(guī)則

凹臺階接頭的標準文件對模型文件的命名有嚴格的要求，同時Pro/E軟件對模型文件的命名也有很多限制。模型文件的名稱中不能包含“.”和“/”等特殊字符，因此模型文件的命名必須有統(tǒng)一的規(guī)定，否則很容易造成混亂。凹臺階接頭基礎(chǔ)模型的主文件名稱統(tǒng)一由標準代號、型式、材料組成，擴展名統(tǒng)一為.prt，而實例模型的主文件名稱是基礎(chǔ)模型主文件名稱的擴展，具體形式為“基礎(chǔ)模型主文件名稱+規(guī)格”，擴展名也固定為.prt。

2.2凹臺階接頭創(chuàng)建流程

在Pro/E軟件中采用族表創(chuàng)建凹臺階接頭，不需要針對標準中的每個尺寸逐一創(chuàng)建三維模型，只需要明確各個凹臺階接頭異同處。首先創(chuàng)建一個具有代表性的基礎(chǔ)模型，然后通過編輯族表的方式將凹臺階接頭的尺寸、規(guī)格等變化參數(shù)填入到族表相應(yīng)的位置，Pro/E軟件會自動讀取族表中的參數(shù)生成所有凹臺階接頭。凹臺階接頭創(chuàng)建流程如圖2所示。

圖2　凹臺階接頭創(chuàng)建流程圖Fig.2　Create flowchart of concave stepped joint

2.3基礎(chǔ)模型創(chuàng)建

根據(jù)圖1中各尺寸參數(shù)值，利用參數(shù)化建模方法，創(chuàng)建公稱通徑為10的凹臺階接頭作為基礎(chǔ)模型。首先對圖1中的尺寸和參數(shù)進行分析，將特征參數(shù)分為主參數(shù)和次要參數(shù)，用主參數(shù)控制和約束次要參數(shù)，為參數(shù)驅(qū)動實例模型自動生成打下基礎(chǔ)。然后根據(jù)確定好的參數(shù)，結(jié)合凹臺階接頭形狀，選擇合適的特征創(chuàng)建凹臺階接頭基礎(chǔ)模型。由于凹臺階接頭只用于虛擬裝配示意，而不用于生產(chǎn)加工，凹臺階接頭中的某些細節(jié)特征即便忽略也不影響整體的質(zhì)量計算，比如小倒角、螺紋等，所以在創(chuàng)建凹臺階接頭時應(yīng)盡量減少特征數(shù)量，特征間尺寸宜用關(guān)系表達式表示。

凹臺階接頭基礎(chǔ)模型創(chuàng)建完成后，三維模型的尺寸名稱是Pro/E系統(tǒng)自動生成。為了便于對尺寸進行管理，需要根據(jù)凹臺階接頭的標準文件對模型尺寸進行重新命名，使尺寸名稱與標準中的名稱保持一致。在同一模型中，尺寸名稱是唯一，尺寸名稱不能使用非法符號，例如：“DD. 5”應(yīng)該編輯為“DD_5”。創(chuàng)建完成的帶尺寸名稱的凹臺階接頭基礎(chǔ)模型如圖3所示。

圖3　創(chuàng)建完成的凹臺階接頭基礎(chǔ)模型Fig.3　Basic model to create concave stepped joint

2.4族表結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

利用族表功能選擇需要驅(qū)動生成的尺寸，將標準文件中的參數(shù)值填寫到族表對應(yīng)項目中。族表主要包含2個部分∶基礎(chǔ)對象和實例對象。族表的所有成員都以基礎(chǔ)對象為基礎(chǔ)，根據(jù)基礎(chǔ)對象在表格中創(chuàng)建族表的實例對象。圖4是凹臺階接頭族表結(jié)構(gòu)圖。

從圖中的族表中可看出，第一行是表頭，列出了各列的參數(shù)名稱。從第二行起，每一行表示一個公稱通徑的規(guī)格的凹臺階接頭的具體尺寸，也就是說每一行表示一個規(guī)格的凹臺階接頭，稱之為一個實例，其中第二行是基礎(chǔ)模型的可變項目及其取值?！皩嵗绷惺窃摲N材料包含所有公稱通徑的凹臺階接頭的實例名稱，“公用名稱”列是凹臺階接頭的中文名稱。從第四列開始，每一列都是凹臺階接頭的同一個可變項目的取值。

當創(chuàng)建族表時，Pro/E軟件實際上并不會為每一個實例創(chuàng)建單獨的零件模型文件，所有的實例都是虛擬的。當打開具體實例文件時，Pro/E軟件會先打開基礎(chǔ)模型，然后根據(jù)族表中該實例的可變參數(shù)再生出具體的實例模型。

圖4　凹臺階接頭族表結(jié)構(gòu)Fig.4　Structure of family table for concave stepped joint

2.5三維模型實例校驗

為了保證三維模型尺寸參數(shù)完全正確，相互之間不存在沖突，需要對三維模型的每個實例進行校驗。Pro/E軟件提供有實例校驗功能，能根據(jù)族表中的參數(shù)自動對所有實例進行校驗，并在校驗窗口顯示校驗結(jié)果。如果校驗失敗說明此實例零件的尺寸有誤，需要修改族表中該實例尺寸的參數(shù)值直至校驗成功。

2.6三維模型管理

在凹臺階接頭三維模型創(chuàng)建過程中，首先根據(jù)材料生成不同的基礎(chǔ)模型，然后再根據(jù)規(guī)格和基礎(chǔ)模型生成實例模型，這樣會生成一系列的三維模型文件。為了便于維護和管理，需要將這些模型文件檢入到PDM系統(tǒng)（如Intralink系統(tǒng)）中進行管理，并設(shè)置模型的生命周期狀態(tài)為“已發(fā)行”。這樣模型就處于受控狀態(tài)，設(shè)計可以使用但不能修改它。如果沒有PDM系統(tǒng)，需要建立一個共享的文件夾，將所有凹臺階接頭三維模型保存其中進行管理。同時，給模型文件分配訪問權(quán)限，允許設(shè)計人員按照授權(quán)在產(chǎn)品設(shè)計過程中引用該模型進行裝配。

3　凹臺階接頭三維模型的使用

通過利用Pro/E族表創(chuàng)建的凹臺階接頭，保存后在工作目錄中只能看到一個保存文件，看不到每個實例的保存文件。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，如果需要使用凹臺階接頭，可以在共享文件夾中打開所需材料的三維模型文件，或者登錄到PDM系統(tǒng)中，打開所需材料的凹臺階接頭的目標文件，比如Q/Da97.3-2005_F.prt，根據(jù)公稱通徑選擇所需規(guī)格的凹臺階接頭實例模型進行裝配，如圖5所示。

圖5　凹臺階接頭族表調(diào)用Fig.5　Call of family table for concave stepped joint

4　結(jié)論

利用Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計和族表功能，結(jié)合凹臺階接頭的技術(shù)標準，對不同材料和不同公稱通徑規(guī)格的臺階型導(dǎo)管連接件進行快速建模，創(chuàng)建系列化臺階型導(dǎo)管連接件三維模型。在發(fā)動機設(shè)計過程中通過族表調(diào)用可以快速選擇所需規(guī)格的凹臺階接頭，不需要重復(fù)建模，提高了設(shè)計效率，加快產(chǎn)品研制周期。對于發(fā)動機設(shè)計過程中其它的形狀特征基本相同僅具體尺寸和參數(shù)不同的零件，也可以采用這種方法進行三維建模，統(tǒng)一建立系列化的三維模型，直接提供設(shè)計人員使用。

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（編輯：陳紅霞）

Application research on Pro/E-based creation of step type pipe connectors

LIN Yuan，DENG Bowen，CHEN Yanlin
（Xi'an Aerospace Propulsion Institute，Xi'an 710100，China）

In this paper the available method of creating the step type pipe connecting pieces and its defects are analyzed，and the Pro/E software parametric design and family table function are studied. Taking the creation of the concave stepped joint in liquid-propellant rocket engine as an example，new methods to quickly create three-dimensional parameterization concave stepped joint in the Pro/E are explored.The creation process and file naming rules of three-dimensional model for the concave stepped joint are put forward.The management and application of the three-dimensional model are discussed.According to this method，it is possible to establish a step type pipe connecting piece series in a short time，and complete inspection of dimensions and parameters in one time to ensure the accuracy and consistency of the three-dimensional model for the pipe fittings.In the process of engine design，designers can directly use the three-dimensional model of step type pipe connecting piece to complete the pipe assembly，which reduces the repeated modeling work in the process of product design，and greatlyimprove the design efficiencyofthe engine.

Pro/E；parameterization design；family table function research；engine

V434-34

A

1672-9374（2016）02-0059-05

2015-09-22；

2015-11-17

林源（1979—），男，工程師，研究領(lǐng)域為液體火箭發(fā)動機數(shù)字化設(shè)計