基于Pro/E的钣金件特征参数化设计研究
摘要: 在Pro/E环境下建立参数化的钣金件模型，利用Nitro-Program工具包编写程序，从而实现对模型特征的控制，延伸和拓展了Pro/E软件的参数化功能，并给出了应用实例。
CAD/CAM/CAE等设计技术的快速发展，使得三维模型的参数化设计技术和方法深入到日常的工程设计工作当中，同时也造成了传统的结构设计的模式逐步发生改变。Pro/E是一款实现产品三维模型的设计、绘图和分析的功能的软件，在机械、结构、电子、塑料和模具等许多行业都被广泛的应用。Pro/E软件将特征作为设计单元，用户可以对特征进行调整、排序和重新定义，这与当前所流行的参数化设计技术和方法有些差距。 Pro/E具有良好的软件开放性，给用户提供了二次开发的平台和接口，可以使用Pro/E支持的编程语言进行编程，从而实现用户所需要的特定功能。因此参数化设计技术和方法也可以通过该开发接口实现。Nitro-Program工具包就是这样一种基于Pro/E开发接口的工具包，它拥有友善的人机交互界面。只需要在该工具包中编写相应的应用程序，就可以直接管理相应的特征参数。并且可以通过参数的输入，来实现模型的参数化控制。对于标准的Pro/E，Nitro-Program工具包增强了Pro/E的功能，也更加符合参数化设计和方法。 1 钣金件参数化设计基本思路 Pro/E软件的参数功能非常强大。当设计者改变三维模型的尺寸，相应的二维图纸、三维装配等会按照尺寸的修改作相应的变化。因此通过建立参数尺寸的关系式，模型可自动计算出关系式中相关的尺寸，设计者便不需要对于每个尺寸进行逐个的修改，大大减少了错误的发生。 在Pro/E三维模型的设计中，模型的设计由草图、基准、实体等特征组成，直接编写程序来生成这些特征会很复杂，所以采用模型和语言程序相结合的方式来进行参数化设计。通过三维建模要建模型，通过语言程序编辑相关参数，实现交互式的设计方法。在已经创建好了的模型上，根据定义的设计要求，建立可控制模型大小、特征的参数。 传统的钣金件设计中，对于不同的折弯特征，将其做成模板，图1列举了一部分折弯截面图，通过调用不同的模板完成钣金件的三维模型，这样的方法不能做到参数化的特征控制，模板数量随着特征形式的增加而增加，零件难以管理。所以对于由钣金件构成箱体的结构，钣金件的形状结构相对比较定型的，设计以参数化的方式进行，将模型的特征以参数的形式统一做到一个模板中，从而使得设计者可以避免繁复的相同操作步骤，改变参数就可以达到想要的设计。  图1 钣金设计折弯截面图 这种参数化的建模方式和传统的建模方式相比较，简化了设计者修改和生成零件模型的操作，提高了设计的效率，缩短了设计的工期，为产品的开发，修改，多种方案比较提供了支持。 2 参数化设计的实现 本文介绍这种参数化的设计方式，即利用Pro/e三维建模和Nitro-Program编程交互的方式生成，在已创建的模型基础上，根据设计要求，建立可以控制模型特征的参数。Nitro-program有良好的用户交互界面，编写相应的程序，直接管理相应的特征参数，通过参数的输入，来实现模型的参数化控制。其原理如下图2所示，它的主要构成为： 1)通过参数来建立三维模型。 2)创建相对应的参数化程序设计。 3)根据修改的参数值更新成新的模型。
图2 原理图 要实现钣金件参数化的驱动，需在Pro/E中创建人机交互的模型。其建模方式和普通的三维模型创建方式相同，在建模的过程中，加入需要的设计参数以及约束关系。Pro/E的设计参数分两种，一是与其他的参数无关的独立参数，可以控制三维模型中的几何尺寸；二是与其他参数有关的非独立参数，可以使用独立参数作为自变量，创建关系式来表示。建立模型后，使用“Parameters”命令添加所需要的参数，再通过“relations”的关系功能添加关系式，使模型的约束与赋予的设计参数关联起来。设计参数能够达到控制三维模型的方式有： 1)在创建模型特征或修改特征需要输入尺寸值时，用参数名来替代尺寸值，例如在草图中，用赋予的参数名来替代具体的尺寸数值。 2)在“relations”的关系功能窗口里输入满足设计要求的关系式，使系统中的约束参数名和定义的设计参数关联。 在钣金件的三维建模过程中，通过参数来控制模型的长宽是比较普遍而且常规的，而通过参数来控制钣金件的特征，则为钣金件的设计提供了一种新思路。 3 应用实例 本文以空调AHU箱体钣金件模型为例。如图3所示，采用参数化的设计方法，利用参数来控制钣金件的长度宽度以及满足设计需求的特征，如折弯，孔的特征等。在进行三维模型创建特征时，在“Parameters”里加入钣金件模型的长度APIX和宽度APIY，对于Pro/E三维建模，sd0、sd1、sd2……是系统自动创建的参数名，将已经定义的长度APIX和宽度APIY与系统参数名相关联，建立关系式sdo=APIX，sdi=APIY。当改变APIX和APIY的数值，三维模型即会自动按照新定义的尺寸重新生成。以钣金件折弯特征为例，又定义了APIPROFIEL和APIPROFIER分别表示钣金件左右折弯特征。如图4所示。
图3 钣金件模型ISO视图和截面图
图4 参数设置 将模型的特征导入Nitro-Program，即Export Pro/PROGAM，如图5所示。
图5 Nitro-Program的应用 通过在Nitro-program里增加IF和END IF语句： 例如：
当APIPROFILER输入参数值为2时，显示该命定下的一系列特征，并用END IF结尾。当APIPROFILER的值为1时，显示另一系列特征，END IF结尾。完成定义之后，将模型再通过Nitro-Program导入到Pro/E内，即Import Pro/PROGAM，当更改此参数，重新生成后，模型显示所需要的折弯特征。这种方法不仅适用于折弯特征，在孔或者拉伸的特征中同样适用。 4 结束语 本文研究了钣金件参数化建模方法和设计原理，通过实例简述参数化设计钣金件模型的基本思路，分析了利用Nitro-Program进行程序设计的步骤，实现了钣金件参数化设计的基于Pro/E的人机交互界面，简化了设计流程，方便快捷的满足客户需求，并且减少重复性设计工作。这样的设计方式，被应用在空调处理机组AHU的实际生产中，取得了很好的效果。 |
