本文介紹了基于Pro/ENGINEER三維CAD設(shè)計(jì)軟件建立皮帶機(jī)的參數(shù)化特征實(shí)體模型，完成了參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，通過對(duì)控制參數(shù)的改變，快速完成不同系列皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)。實(shí)際系統(tǒng)測試表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了2D繪圖與快速生成特征實(shí)體模型的高度集成，從而縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高企業(yè)對(duì)市場的應(yīng)變能力。

一、概述

皮帶機(jī)是煙草企業(yè)中常用的輔聯(lián)設(shè)備，由于在各煙廠生產(chǎn)線上聯(lián)接的設(shè)備不同，所以皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，但尺寸不同，需要進(jìn)行大量的變型設(shè)計(jì)。

在以往皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，絕大部分都采用二維平面設(shè)計(jì)，為了趕工期，設(shè)計(jì)人員往往直接在老圖紙上刮去尺寸和線條，手工畫上線條、填寫新尺寸，這樣容易使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等信息表達(dá)有誤，引起設(shè)計(jì)部門與制造工藝部門不必要的信息反復(fù)。同時(shí)，由于沒有相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品三維裝配模型可供分析，給干涉分析及空間設(shè)計(jì)帶來了困難。而本文將要論述的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)則很好地解決了這樣的問題。它以三維實(shí)體模型為基礎(chǔ)，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)以少數(shù)幾個(gè)參數(shù)來控制其他的特征參數(shù)，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是針對(duì)實(shí)體特征模型進(jìn)行，擺脫了二維設(shè)計(jì)中的局限性。另外，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)交互的設(shè)計(jì)功能，用戶可以隨時(shí)改變控制參數(shù)來滿足自己的要求，具有很大的靈活性與實(shí)用性，符合未來設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，具有良好的發(fā)展前景。

二、皮帶機(jī)特征模型基本參數(shù)的交互式輸入及關(guān)聯(lián)

1.基本參數(shù)

下面以某型皮帶機(jī)為例，介紹整個(gè)控制過程。如圖1所示，皮帶機(jī)整體特征模型包括支腿、側(cè)板、側(cè)擋板、主動(dòng)輥、被動(dòng)輥、托輥和皮帶等部件，需要經(jīng)常變動(dòng)的主要包括皮帶的寬度B、前后輥的中心距L和皮帶面的高度H三個(gè)尺寸參數(shù)。支腿的寬度、高度、主動(dòng)輥的長度和側(cè)板的長度等結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)都可由以上的基本參數(shù)來確定，所以不作為基本參數(shù)，只作為設(shè)計(jì)中需要考慮的結(jié)構(gòu)參數(shù)，這樣既減少了基本參數(shù)的數(shù)量，也有利于下一步控制參數(shù)的提取與確定。

2.基本參數(shù)的交互式輸入及關(guān)聯(lián)

(1)骨架模型的建立及裝配

在Pro/ENGINEER中提供了骨架模型的功能，允許設(shè)計(jì)者在加入零部件之前，先設(shè)計(jì)好每個(gè)零件在空間中的靜止位置或在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)位置的結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)好結(jié)構(gòu)圖后，可以利用此結(jié)構(gòu)將每個(gè)零部件裝配上去，以避免不必要的裝配限制的沖突。在本例中則需要建立好皮帶的寬度B、前后輥的中心距L和皮帶面的高度H三個(gè)尺寸參數(shù)的骨架模型，如圖2所示。

圖1 皮帶機(jī)模型結(jié)構(gòu)

圖2 骨架模型

將做好的主動(dòng)輥、被動(dòng)輥、側(cè)板、側(cè)擋板、托輥、支腿和皮帶等部件按照相對(duì)位置進(jìn)行裝配。

(2)建立基本參數(shù)變量

在Pro/ENGINEER中提供了可程序化的工具Pro/PROGRAM，利用此工具可以事先將某些常常要更改的步驟和尺寸編寫成語句，使得整個(gè)零件文件或裝配部件能夠易于讓每個(gè)使用這些文件的人員明白如何操作。本例中，在裝配文件中的菜單管理器中，選擇【Assembly（組件）】→【Program（程序）】→【Edit Design（編輯設(shè)計(jì)）】，執(zhí)行后，Pro/ENGINEER會(huì)自動(dòng)調(diào)用Windows內(nèi)嵌的編輯器（一般是記事本），并顯示其內(nèi)容，在里面添加內(nèi)容，如圖3中上部方框所示。

圖3 添加參數(shù)變量和特征表達(dá)式關(guān)聯(lián)

(3)建立特征表達(dá)式關(guān)聯(lián)

在裝配文件中的菜單管理器中，選擇【Assembly（組件）】→【Relation(關(guān)系)】→【Switch Dim（切換尺寸）】→【Pick（選擇）】，選擇一個(gè)要顯示參數(shù)的特征，在Pro/ENGINEER中，每個(gè)尺寸均會(huì)給予一個(gè)代號(hào)，這些代號(hào)如圖4所示的方式表示，如選擇被動(dòng)輥的輥筒的長度代號(hào)為d3:8。已知被動(dòng)輥的輥筒的長度比皮帶的寬度B長20mm，所以選擇【Assembly（組件）】→【Assem Rel(裝配關(guān)系)】→【Add（增加）】，輸入d3:8=B+20。依此類推，逐一鍵入各個(gè)零件與L、B、H有關(guān)的各關(guān)系式。

圖4 切換參數(shù)代號(hào)

在皮帶機(jī)中，側(cè)板支撐、托輥、支腿等零部件的間距基本是固定的，當(dāng)前后輥的中心距L發(fā)生變化時(shí)，其數(shù)量也應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的變化。下面以支腿的數(shù)量變化為例，介紹其實(shí)現(xiàn)的過程。由圖5可知，支腿的間距為d25:1，數(shù)量為p26:1，距一端距離為d24:1，由經(jīng)驗(yàn)可知側(cè)板下部的長度為L-370，鍵入以下關(guān)系式：

d24:1=2000，
p26:1=ceil((L-370)/2000)，
d25:1=(L-370-400)/(P26:1-1)，

以上關(guān)系式意義如下，假設(shè)支腿的間距為2000mm，求支腿的數(shù)量，由支腿的數(shù)量求支腿的實(shí)際間距。

ceil()是求大于輸入實(shí)數(shù)的最小整數(shù)，例如，ceil(10.2)=11
完成后的特征表達(dá)式關(guān)聯(lián)列表如圖3中下部方框內(nèi)的內(nèi)容所示。

圖5 支腿陣列參數(shù)

(4)不同模型的生成

1)點(diǎn)擊【Regererate（再生）】→ 【Automatic（自動(dòng)）】 → 【Enter（輸入）】 →【Select All （選取全部）】 →【Done Sel （完成選取）】。

2) 按屏幕提示輸入相應(yīng)參數(shù)

請(qǐng)輸入皮帶的寬度： [800] （括號(hào)內(nèi)為原有數(shù)值）；
請(qǐng)輸入皮帶機(jī)兩輥的中心距： [3615]；
請(qǐng)輸入皮帶面的高度： [1200]。

3)輸入完參數(shù)后，自動(dòng)按照參數(shù)生成。

上文中圖1為B=1100，L=3615，H=1200的模型。圖5是相應(yīng)尺寸分別為800、9000和1000的模型。

三、結(jié)束語

本文只是以一個(gè)簡單的例子介紹了產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的思路和步驟。此方法可以在建模的同時(shí)將企業(yè)在設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域中積累的豐富技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)融入到典型零部件的設(shè)計(jì)中，以期盡量利用已有的成熟零部件設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，即用盡量少的新設(shè)計(jì)零部件組成盡可能多的變型系列新產(chǎn)品，解決目前有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員不多、設(shè)計(jì)水平不高的問題，又能使有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員從事更多的創(chuàng)造性工作，從而縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高了企業(yè)對(duì)市場的應(yīng)變能力。