基于Pro/ENGINEER的三維參數化鈑金件圖庫

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1 概述
    鈑金類零件是一種很常用的結構件，在各種通信、電子、開關、電器、控制柜等行業或設備中更是得到了普遍的應用。同時與普通機械零件相比，鈑金零件的主要結構特征和加工工藝決定了其是一種比較特殊的零件，一般都是通過對板材進行成型、折彎、沖壓等方法獲得。長期以來，我公司鈑金件的加工一直是由設計人員設計，車間技術人員依照圖樣重新輸入計算機進行展開放樣，這種生產方式存在著勞動強度大，效率低等不可避免的缺點。在“九五技改”期間我公司引進了先進的轉塔式數控沖床和仿形激光切割機床，只需要幾分鐘就可以加工完技術人員需要幾十分鐘才可以作好放樣的鈑金件，鈑金件的展開放樣工作成為制約生產進度的瓶頸。
$ D* W$ Y9 n3 {4 S2 _    我公司2002年引進了美國PTC公司開發的三維設計軟件Pro/ENGINEER后，可以輕松完成將三維圖樣轉化成Pro/ENGINEER二維工程圖的工作，其中完備的Pro/SHEETMETAL鈑金設計模塊，可以幫助用戶建立各種鈑金特征，創建鈑金件的展開圖。但在設計過程中還存在著以下鈑金件的使用問題。
; w1 N- L5 v1 f5 ?* \$ K! n9 @9 Q    (1) 鈑金件的建模和展開比較復雜和繁瑣，設計人員需要時只能自行設計，從而不可避免地增加了設計人員的重復勞動。
& x7 p6 t( |# j7 V/ F    (2) 設計人員的水平不同，建模方法不同，使得有些設計的鈑金件不能正常展開。
    (3) 鈑金特性的設置不正確，使得展開圖與生產實際不符，不能正確的指導生產。
  ]9 I$ f1 m7 c% D2 三維鈑金件圖庫造型方法及參數化繪圖原理
    Pro/SHEETMETAL擴展了 Pro/ENGINEER的設計功能，用戶可建立參數化的鈑金造型和組裝，它包括生成鈑金件模型以及將它們展開。 Pro/SHEETMETAL提供了通過參照彎板庫模型的彎曲和放平能力。彎曲允許量通過彎曲或放平狀態下的模型附加特征的功能，同時支持生成，庫儲存和替換用戶自定義的特征。
    2.1 主要特征
# v# H9 V- s0 r7 L- w    (l) 壁。平面壁可以將示意壁連接到模型的選擇邊上。沖壓壁可以沿著模型上垂直選擇邊，沖壓出壁的示意外形。
4 _8 |+ s6 J! T( Z) ], Y# n    (2) 彎曲。允許用戶規定如何彎曲一個模型的平面部分而不需要加一個新的材料。
    (3) 形狀。允許將復雜形狀表面摻合進鈑金件中。用戶定義的形狀特征庫可以通過產生用戶定義的形狀特征以外的特征來生成。
    (4) 穿孔。穿孔特征允許用戶預先定義自己沖模的形狀并將它們加到庫里。穿孔包括—個坐標系統，該坐標用于使用Pro/MANUFACTURING進行用于刀具定位數據的相對基準。
    (5) 槽。提供一個槽的形式庫，該形式可由用戶預先定義。開槽只需要二個定位基準。
    2.2 主要操作
, X5 i: U: ]5 D& s" |- ^6 m9 T    (l) 展平。將一個彎曲的鈑金件展開成一個平面圖形，可按照用戶定義的方式進行。
    (2) 折彎。將一個平面圖形彎成原來鈑金件的彎曲狀態。
- O5 t9 ^( K0 I1 c0 J    Pro/SHEETMETAL包括當進行放平操作時參照一系列折彎表的功能。彎曲允許量是材料厚度、材質、半徑和角度的函數。表格可以由外部生成并使用 Bend Table命令進行修改。Pro/SHEETMETAL允許用戶制定鈑金件的彎曲順序并保存彎曲次序表，就象用于彎曲和展平的參考一樣。
- t( x8 K4 d) T- X5 i4 {/ J$ U    在參數化繪圖原理上，我們充分利用Pro/ENGINEER軟件本身具有的參數化功能，在修改工程圖中多個尺寸后，鈑金件模型及工程圖會自動更新。我們可以通過該方法建立三維鈑金件圖庫。庫中的鈑金件由其自身的特征和參數控制，這不僅所占空間小，而且易于增刪和修改。結合Pro/SHEETMETAL鈑金設計模塊對Pro/ENGINEER進行二次開發，對煙機產品常用的鈑金件模型及繪圖進行制作和組織，建立三維參數化鈑金件圖庫，設計人員只需要對圖庫內的工程圖進行調用，在工程圖環境中對相關的參數進行修改即可得到需要的模型和展開圖。
; b' O: b2 b' E3 鈑金件圖庫的建立及使用
    下面我們通過建立一個斜截圓柱管的例子來介紹實現這一方法的過程。
    3.1 鈑金件模板的建立
    鈑金折彎時，鈑金材料會被拉伸，因此材料的長度會增加，反之，折彎的鈑金被展平時，其材料會被壓縮，也就是材料的長度會減少，材料的增加或減少的幅度受到下列因素的影響：材料類型、材料厚度、材料熱處理及加工的狀況及折彎的角度。在Pro/ENGINEER中有兩種方式來自動計算折彎處的展平長度尺寸，一種是使用Y系數或K系數，一種是使用折彎表。限于篇幅，這里不再介紹，請參閱有關資料。
( x# A) X$ A- c' Z' t( c; @    設置工作目錄為E:\SHEETMETAL文件夾，根據需要采用上述兩種方式之一建立鈑金件模板yj_sheetmetal.prt。在配置文件config.pro中加入下列配置，指定已定義默認的鈑金模板路徑 ：將template_sheetmetalpart參數指向你自己所建立的模板位置（如E:\SHEETMETAL\yj_sheetmetal.prt），使yj_sheetmetal.prt成為默認的鈑金件模板。
    3.2  鈑金件模型及工程圖的創建
    編輯Pro/ENGINEER的配置文件config.pro或config.sup文件，將參數save_drawing_picture_file的值設置為both，使圖片文件嵌入繪圖內部，以便于預覽。按照《鈑金展開技術手冊》所示的尺寸標注方式創建斜截圓柱管鈑金件模型如圖1所示。
    創建斜截圓柱管鈑金件的工程圖，選擇下拉菜單：【視圖】→【顯示及拭除】，顯示所有的尺寸，對尺寸的位置進行調整并拭除多余的尺寸，使其尺寸標注方式如《鈑金展開技術手冊》所示，得到工程圖如圖2所示。
  
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圖1 斜截圓柱管模型

圖2 斜截圓柱管工程圖

    3.3  鈑金件庫的建立和使用
    編輯config.pro或config.sup文件，指定pro_library_dir參數指向自己所建立的庫目錄，如E:\SHEETMETAL文件夾。把鈑金件放在該文件夾下，在E:\SHEETMETAL文件夾下新建SHEETMETAL.mnu菜單樣板文件，用記事本對該文件進行編輯，本例中SHEETMETAL.mnu的格式如圖3所示，從而完成三維參數化鈑金件圖庫的建立。這樣一來，在Pro/ENGINEER里打開文件時從目錄樹里可以找到“秦皇島煙機鈑金件圖庫”，從文件夾中可以方便地查找和預覽所需鈑金件，如圖 ４ 所示。
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圖3  菜單樣板文件內容

圖4鈑金件的調用

圖5再生后的斜截圓柱管工程圖

    需要設計新的鈑金件時，打開鈑金件圖庫中的相似鈑金件將其備份到當前工作目錄（下拉菜單：【文件】→【備份】→【確定】），這樣可以保證對新設計的鈑金件改動就不會影響到庫中的鈑金件。打開當前工作目錄中的模型和繪圖，將其分別重命名為自己需要的文件名（下拉菜單：【文件】→【重命名】→【確定】）即可。
) A" p5 p* J3 I: H    修改繪圖中標注的尺寸，鈑金件模型會隨之變化，從而得到所需的鈑金件模型和展開圖。其中在繪圖環境中的修改方法如下：（下拉菜單：【編輯】→【數值】）選擇修改需要變化的數值，完成后單擊（菜單管理器：【Regenerate(再生) 】→【Model(模型)】） 即可。如將斜截圓柱管的高度改為500，直徑改為100，斜切角度改為10°，壁厚改為10，得到圖5所示的的工程圖。
    設計人員也可以在調用的鈑金件上添加新的特征（如穿孔等）來生成符合設計要求的新零件，而無需重復以前的設計步驟及考慮如何展開等繁瑣的過程，從而實現該類產品的快速變型設計。