滾動軸承是一種應(yīng)用非常廣泛的標(biāo)準(zhǔn)零件。滾動軸承的多樣化、結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等為設(shè)計者建模時帶來大量繁重的工作。因此，需要建立軸承的參數(shù)化模型，來完成軸承的系列化產(chǎn)品建模。然而傳統(tǒng)的軸承參數(shù)化設(shè)計都是采用自底向上的建模方法，這種方法的特點是首先建立所有不同尺寸的軸承子零件，然后再根據(jù)需要組裝成不同尺寸的軸承組件。繁多的子零件操作嚴(yán)重的影響了這種方法的工作效率。為縮短軸承零件的開發(fā)周期，作者提出一種快速實現(xiàn)軸承參數(shù)化設(shè)計的方法。 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義及模型控制技術(shù) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定義就是在創(chuàng)建或裝配所有元件之前定義軸承組件的結(jié)構(gòu)，在軸承參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)中，采用骨架模型進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義和模型控制。產(chǎn)品骨架模型反映產(chǎn)品的功能需求和幾何特征，并能實現(xiàn)不同層次抽象信息的統(tǒng)一表達(dá)，而且還含有構(gòu)成產(chǎn)品的各個子模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系，它是整個產(chǎn)品自頂向下設(shè)計展開過程的核心，是各個子裝配之間相互聯(lián)系的中間橋梁和紐帶，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計過程中信息的傳遞、共享、繼承和變更。 在產(chǎn)品設(shè)計中，可以把骨架文件理解為一個設(shè)計思路和參考標(biāo)準(zhǔn)，骨架是一些立體化的、有位置、有尺寸的點、線、面，這些點、線、面就像布局中的平面軸線一樣為裝配提供依據(jù)和基準(zhǔn)。 骨架模型有如下優(yōu)點： （1） 集中提供設(shè)計數(shù)據(jù)。 （2） 零部件位置的自動變更 因為零部件的裝配都以骨架模型為參考基準(zhǔn)，所以零部件的位置會隨骨架模型的改變而自動變更。 （3） 減少不必要的父子關(guān)系 由于骨架為零部件的裝配提供了關(guān)系依據(jù)，減少了不必要的參考。 （4） 可以任意確定零部件的裝配順序 只要以骨架為參考，即可沒有必要規(guī)定零部件的裝配順序。 采用骨架模型進行產(chǎn)品開發(fā)的主要步驟： （1） 創(chuàng)建骨架曲線 骨架模型主要是確立產(chǎn)品中所包含的各個約束，這些約束包括確定零部件之間位置的裝配約束關(guān)系、功能上運動行為的約束，以及對重要零部件的主要面的形狀的約束。產(chǎn)品的骨架模型由約束產(chǎn)品位置的基準(zhǔn)點、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)坐標(biāo)系和約束產(chǎn)品零件的形狀的曲線、曲面所構(gòu)成。產(chǎn)品的骨架模型是確定產(chǎn)品總裝圖中各部件及主要零件位置及整機的主要外形輪廓的依據(jù)。骨架模型使各零部件的具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計有章可循，也使零件間的能保證相互裝配的細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計變得簡單。 （2） 實現(xiàn)骨架模型在三維空間中的映射，完成各零部件的詳細(xì)設(shè)計實現(xiàn)骨架模型在三維空間中的映射即根據(jù)總骨架模型輸出與各個零件部件相關(guān)的設(shè)計要求。具體說是通過復(fù)制機制完成以下幾種復(fù)制過程。一種是內(nèi)部復(fù)制幾何參照是對于主裝配的骨架模型而言，其幾何參照的復(fù)制在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生。另一種是外部復(fù)制幾何參照是對于子裝配的骨架模型而言，其幾何參照的復(fù)制在系統(tǒng)之間或零件之間產(chǎn)生。Z后一種是基準(zhǔn)參照的復(fù)制是構(gòu)建骨架模型時，點、線、面及坐標(biāo)系等的復(fù)制。即在與此零件相關(guān)的骨架的約束之下，通過具體的各種面及體的生成命令，把零部件的結(jié)構(gòu)逐步細(xì)化。零件細(xì)節(jié)設(shè)計完成后不需再做額外的裝配，因為這些零件及子裝配件是在裝配關(guān)系中以共同的基準(zhǔn)和頂層骨架來完成的。 （3） 變更骨架模型信息，實現(xiàn)產(chǎn)品的變型和系列設(shè)計 為了更好地適應(yīng)市場個性化的要求，可以把某個零配件劃分為一個可變模塊。通過改變決定此模塊的頂層基本骨架模型的有關(guān)約束來改變變型再設(shè)計，由于不再從基本的零件開始建模，只須改變頂層相關(guān)的骨架，在系統(tǒng)再生后，修改信息就會自動傳遞到有關(guān)的零件中，因此這種方法比用其它方法實現(xiàn)變型設(shè)計更加方便、有效、迅速。 2 自動化建模技術(shù) 在 Pro/ENGINEER 系統(tǒng)中，每建立一個模型，都會有一個宏文件記錄模型的產(chǎn)生過程，如果能夠?qū)@個宏文件進行修改，則可以控制模型的建立過程，從而控制所生成的模型。Program就是這樣的一個控制并修改該宏文件的工具。運用 Program，可以修改一切與模型建立過程相關(guān)的參數(shù)(包括尺寸參數(shù)、特征或零件參數(shù)等)，從而控制所要生成的零件或組件。修改好 Program 文件后，相應(yīng)輸入各參數(shù)變量，便可以自動再生成不同的模型，進而可以將這些模型實例化為獨立的模型。 Program 是自動化產(chǎn)品設(shè)計的一項重要工具，用戶可以通過非常簡單的程序語言來控制特征的出現(xiàn)與否、尺寸的大小、零組件的出現(xiàn)與否、零組件的顯示、零組件的個數(shù)等。當(dāng)零件或組件的 Program設(shè)計完成后，再讀取此零件或組件時，其各種變化情況即可以利用交互問答的方式得到不同的幾何形狀，以滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求。 3 軸承設(shè)計實例 （1）在 Pro/ENGINEER 環(huán)境下首先新建一個裝配體文件，然后在裝配體中新建一個骨架文件，繪制骨架曲線，骨架文件是一個比較特殊的Pro/ENGINEER 零件，作者所建立的軸承骨架模型主要包括坐標(biāo)系、基準(zhǔn)曲線和基準(zhǔn)軸，如圖 1橫斷面所示。橫斷面中的所有基準(zhǔn)曲線可以直接通過 Pro/ENGINEER 的草繪命令建立。其中上部的矩形曲線表示軸承外圈的橫斷面形狀，其尺寸決定軸承外徑和軸承的寬度；下部的矩形表示軸承內(nèi)圈的橫斷面形狀，其尺寸決定軸承內(nèi)圈的直徑；中間的圓形表示滾珠的形狀，其尺寸決定滾珠的大小。因此，由此軸承的骨架模型可以對軸承的外圈、內(nèi)圈以及滾珠的形狀和尺寸進行控制，也就是控制整個軸承的形狀。 （2） 在骨架模型中建立 Publish Geometry激活骨架文件，選擇菜單 Insert→SharedData→Publish Geometry，出現(xiàn) Publish Geometry對話框，單擊對話框中的 Curve Refs 進行Define，選擇所有曲線。這樣骨架模型就將所繪制曲線進行發(fā)布，以便其它的零件可以參考骨架模型的曲線建模。 （3）通過 Copy Geometry 操作完成軸承外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾珠（柱）的設(shè)計。在裝配環(huán)境下，分別建立軸承外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾珠零件。激活每個零件，然后在菜單選項中選擇 Insert→SharedData→Copy Geometry，出現(xiàn) Copy Geometry 對話框，選擇 Publish Geom，單擊 Define 按鈕選擇所需要的骨架曲線，在模型樹中可以看到多了Copy Geometry 項，此時就完成了幾何參考的復(fù)制，就是說零件以后的生成可以參考復(fù)制的骨架模型，于是所生成的模型必然受到骨架的控制，這樣在新模型和骨架模型之間建立了父子關(guān)系。所建立的新零件自動完成裝配，如圖 2和圖 3 所示。 （4）通過 Copy Geometry 操作和布爾操作完成保持架的設(shè)計。在裝配環(huán)境下建立保持架零件，激活該零件。然后在菜單選項中選擇Insert→Shared Data→Copy Geometry，出現(xiàn) Copy Geometry對話框，選擇Publish Geom，單擊Define按鈕選擇經(jīng)過圓心的那條線，以此為基準(zhǔn)建立旋轉(zhuǎn)特征。 激活裝配體， 單擊菜單中的Edit→Component Operations，在出現(xiàn)的下拉菜單中單擊 Cut Out，信息欄中提示選擇要執(zhí)行 Cut Out 操作的零件，選擇圖形中的保持架零件，然后選擇滾珠陣列作為切除的參考零件，完成 Cut Out 操作。生成的保持架零件如圖 4 所示。這時如果改變參考零件的大小，即改變滾珠的尺寸，重新再生，保持架零件中孔的尺寸也會隨之改變。至此，整個軸承的設(shè)計完成，如圖 5 所示。 （5） 利用 program 控制模型的生成。由于零件的形狀及尺寸，所以通過改寫軸承骨架文件的Program 即可以完成軸承組件的參數(shù)化控制。打開骨架模型文件，在 Tools 菜單中選擇 Program，然后選擇 Edit Design，在打開的 Program 編輯器進行相應(yīng)的改寫。作者改寫的主要目的是完成軸承參數(shù)的提示輸入以及參數(shù)之間的關(guān)系運算，從而生成不同形狀和尺寸的軸承模型。可以在Program 的 Input 和 End Input 之間添加語句，隨后使用 Regenerate 重新生成模型時，此語句將提示使用者輸入數(shù)值。例如添加語句 "DIA_OUT NUMBER "請輸入外徑尺寸："" 程序執(zhí)行時 Pro/ENGINEER 會提示"請輸入外徑尺寸："的語句，輸入數(shù)值后，便會將數(shù)值傳給參數(shù) DIA_OUT，這就完成了外徑的參數(shù)輸入。 整個參數(shù)輸入部分如下： INPUT DIA_OUT NUMBER//定義外徑參數(shù) "請輸入外徑尺寸：" DIA_IN NUMBER //定義內(nèi)徑參數(shù) "請輸入內(nèi)徑尺寸：" B NUMBER //定義軸承寬度參數(shù) "請輸入軸承寬度：" N NUMBER //定義滾珠數(shù)目參數(shù) "請輸入滾珠數(shù)目" END INPUT Program 的 Relations 和 End Relations 之間的區(qū)域用于定義參數(shù)之間的關(guān)系運算。例如D1=DIA_OUT是將參數(shù)DIA_OUT的數(shù)值賦給尺寸 D1。整個關(guān)系運算區(qū)域改寫如下： RELATIONS D1=DIA_OUT //外徑賦值 D2=DIA_IN //內(nèi)徑賦值 D6=B //軸承寬度賦值 D15=360/(N+1) //滾珠之間夾角賦值 D43=D15 D44=D15 P45=360/D15-1 END RELATIONS 改好軸承骨架零件的 Program 后，便可以根據(jù)用戶的不同輸入生成不同的參數(shù)化軸承模型，如圖6所示是生成的兩種不同尺寸和滾珠數(shù)的軸承組件實例。 4 結(jié) 論 作者采用自頂向下設(shè)計的重要手段--骨架模型進行軸承組件的產(chǎn)品定義和結(jié)構(gòu)尺寸控制，采用 Program 控制軸承裝配模型的自動化建模，完成軸承完整的參數(shù)化設(shè)計過程，可大大縮短軸承類零件產(chǎn)品的開發(fā)周期，增強企業(yè)的競爭力和市場應(yīng)變能力。(佳工機電網(wǎng))