基于Pro／E的定位件三维标准件库的设计与实现

徐 倩，李 昊

（1.北京市工贸技师学院 机电分院，北京 102206；2.公安部第一研究所 安检事业部，北京 102200）

0 引言

通过对机械产品生产流程的分析发现，以我国现有工业水平，在整个产品研制周期中，生产准备所需的时间一般占到整个周期的50%以上，而其中工艺装备的设计制造又占生产准备时间的50%以上，且在工艺装备的设计制造中有70%以上的时间是用于夹具的设计和制造［1，2］。针对此种情况，在现代制造企业中，为满足在多品种、小批量生产中快速设计的要求，开始越来越广泛地应用数控机床加工，而定位件作为夹具中的重要零件，其设计周期的长短对于产品的整个开发周期有着重要影响。因此在产品加工前，根据产品要求，建立一个参数化的三维定位件标准件库，可以有效地减少工艺设计人员的重复性工作、提高工作效率。

1 定位件标准件库的建库分析

Pro／Engineer三维软件（简称Pro／E软件）具有基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关等特点，是当今世界主流的CAD／CAM设计软件之一，在国内产品设计领域中占据重要位置［3］，经对比分析，本文最终选定基于Pro／E软件进行定位件标准件库的设计与开发。

在Pro／E软件环境下进行二次开发的常用方法主要包括Pro／Toolkit程序、用户定义特征功能（UDF）和族表功能（Family Table）。对比这3种方法，Pro／Toolkit程序功能强大，但一般需与VC程序联合使用，操作较为复杂；用户定义特征功能适用于特定产品中的特定结构，但在使用前需预先设计好模板；族表功能是相似零件、特征或组件的集合，适用于较为简单的标准件，但不适合开发复杂的标准件。

比较以上Pro／E软件所提供的二次开发工具的优缺点，考虑到定位件标准件普遍结构较为简单，但需求种类、型号较多的特点，本文设计中采用族表功能建立定位件的三维参数化标准件库。

2 定位件标准件库参数的确定

定位件标准件库包含机床夹具设计中常用的主要标准零件，基本可以满足定位件设计、装配时对标准零件的调用。定位件标准件库的构成如图1所示。

图1 定位件标准件库的构成

现以定位件中较为常见的V形块为例，参照最新的JB／T 8018.1－1999《机床夹具零件及部件 V形块》标准，建立其三维标准件库。在参照标准中，V形块标准件库中需包含的尺寸参数如图2所示。

在JB／T 8018.1－1999《机床夹具零件及部件 V形块》标准中，V形块标准件共有9种型号，每种型号中包含 N，D，L，B，H，A，A1，A2，b，l，d，d1，d2，h，h1和T共计16个参数，其具体参数值如表1所示。参数T由以下公式得出：

T＝H＋0.707D－0.5 N .

根据表1中所示型号与参数进行建模时，需完全实现参数化驱动并建立相关参数之间的关系，如果参数变量的个数不能满足尺寸驱动的要求，应在建立模型时增加约束。例如在进行V形块建模时，增加了V形块斜锥部分与尺寸D之间的相切约束，V形块上左、右两边两对通孔之间中心距离相等。

3 定位件标准件库族表的建立

建立族表是定位件参数化过程中最重要的一步，在族表的建立过程中，主要分为以下几个步骤。

3.1 修改参数符号

修改实体模型中各参数的符号，使其名称与机械行业标准中标注的代号相一致，以便于族表的处理［4－6］，如存在Pro／E无法识别的符号也可使用其他符号代替。

3.2 编辑族表项目

根据相异情况编辑族表项目，相异情况可以是尺寸、参数、特征等。具体操作过程中则选择会产生差别的尺寸、特征等属性，这样就可以在各个实例中区分这些差异。例如，选择菜单栏“工具”→“族表”，在出现的对话框内选取“插入”→“实例行”对其命名，之后选取“列”，如图3（a）所示；在新出现的对话框内选择“尺寸”作为要添加的项目，并选择“＋”以添加各个尺寸，如图3（b）所示。

图2 V形块尺寸参数

表1 V形块尺寸参数表mm

图3 编辑族表项目

3.3 输入族表

根据标准在族表中依次输入各种不同型号V形块的标记代号以及相对应的各个参数值，每个实例占据族表的一行，并插入一行注释以便在需要时进行解释说明。

3.4 校验族表的实例

族表生成后要执行校验命令，校核各个实例是否能成功生成。如校验时有的实例失败，则需要检查原因，修改模型或族表的约束、参数数值，直到所有实例都校验成功。

3.5 锁定各实例

为了避免无意间更改已校验成功实例的设定，可锁定所有实例零件，使之无法变更。

3.6 族表建立完成

通过以上步骤建立的V形块族表如图4所示。在后续使用中，如需添加型号或修改参数可在此表中直接编辑。

4 定位件标准件库的管理和调用

在一般情况下，零件是通过设置文件的搜索路径来打开文件的，但对于频繁重复使用的标准件而言，此方法显然效率偏低。如对标准件库文件进行以下管理和配置，即可有效提高其使用效率。

4.1 标准件的组织、命名

定位件标准件库按如图1中所示的结构进行分级，末级为各个标准零件。标准零件命名规则为：对每一种标准代号零件采用其汉语拼音命名，如果同一代号中有型号区别，则在其汉语拼音名称后加字母和型号［7，8］。例如JB／T 8018.1－1999《机床夹具零件及部件V形块》中的V形块共有9种型号，如表1所示，则命名为“VXINGKUAI－A”至“VXINGKUAI－I”。

4.2 设置库路径选项

在Pro／E的“工具”→“选项”对话框中设置“prolibrary－dir”选项等于“定位件标准件库”的路径，调用库文件时，Pro／E可以直接指向设置的库路径。

4.3 标准件库的调用

调用标准件时，可在Pro／E的装配环境下单击“插入”→“元件”→“装配”命令，在文件“打开”窗口的查找范围内选取所需某一标准零件。当打开某一零件时，会出现“选取实例”窗口，如图5所示，可以按实例名称或标准件的参数数值调用给定参数值的标准件。

图4 V形块族表

在“选取实例”窗口中选择名称“VXINGKUAIE”，即第5组参数尺寸，即可快速建立模型，其完成图如图6所示。调用完成后的标准件，可以直接装到组件或装配体上。

图5 选取V形块实例

图6 V形块标准件模型

5 总结

（1）以三维设计软件Pro／E为平台，利用族表功能，以V形块为例，通过建库和参数化方法建立了定位件标准件库，此方法简单实用，避免了使用编程方法建立标准件库的弊端，减少了开发的工作量。

（2）通过菜单文件对标准件库进行管理，既实现了方便、快速的调用，也可以直观地添加型号或修改尺寸，在建立类似零件的标准件库时可进行简单的修改后重新调用，有效地提高了标准件库使用的灵活性。

（3）选取定位件标准件后，Pro／E软件可直接显示其体积、质量等重要信息，对于提高定位件乃至整个工装的设计水平和设计效率都具有良好的效果。

［1］ 杨志刚，张振明，田锡天，等.CAXA实体设计环境下夹具标准件库的研究与开发［J］.机械与电子，2008（3）：64－67.

［2］ 张信群.SolidWorks环境下冲模标准件库的参数化设计［J］.模具工业，2010，36（12）：10－12.

［3］ 沈斌，麻连荣，宫大.基于Pro／E二次开发的零件参数化设计技术［J］.机械设计与制造，2007（1）：40－42.

［4］ 王芳，高竞.基于Pro／E机床夹具三维标准件库的研究与实现［J］.西安工业学院学报，2005，25（4）：349－352.

［5］ 黄德臣，孟宪丽.机床夹具参数化标准件库的开发［J］.装备制造技术，2012，12（1）：54－57.

［6］ 李军，陈治平，张苗根.基于UG的模具设计模块标准件开发［J］.模具工业，2010，36（7）：16－18.

［7］ 翁剑成，张赟.基于Pro／E的组合夹具三维标准件库的建立［J］.制造业自动化，2011，33（19）：30－33.

［8］ 贾海利，史明华，肖放，等.基于Pro／E齿轮参数化造型技术的研究与应用［J］.机械传动，2004，28（3）：32－35.