基于Pro/E創(chuàng)建臺(tái)階型導(dǎo)管連接件的應(yīng)用研究

林　源，鄧博文，陳彥林

（西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100）

基于Pro/E創(chuàng)建臺(tái)階型導(dǎo)管連接件的應(yīng)用研究

林源，鄧博文，陳彥林

（西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100）

分析了目前創(chuàng)建臺(tái)階型導(dǎo)管連接件的方法以及存在的缺陷，研究了Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)和族表功能，以液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中凹臺(tái)階接頭創(chuàng)建為例，探索在Pro/E中快速創(chuàng)建三維參數(shù)化凹臺(tái)階接頭的新方法，提出了凹臺(tái)階接頭三維模型創(chuàng)建流程、三維模型文件命名規(guī)則，并對(duì)三維模型的管理與使用進(jìn)行了討論。應(yīng)用這種方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)建立系列化臺(tái)階型導(dǎo)管連接件，并且一次性完成尺寸和參數(shù)檢查，確保導(dǎo)管連接件三維模型的正確性和一致性，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以直接使用臺(tái)階型導(dǎo)管連接件三維模型進(jìn)行裝配，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的重復(fù)建模工作，極大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率。

Pro/E；參數(shù)化設(shè)計(jì)；族表功能研究；發(fā)動(dòng)機(jī)

0　引言

臺(tái)階型導(dǎo)管連接件是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)總裝中最常用的連接件。目前在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化總裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，每當(dāng)需要選用某種材料、某種規(guī)格的臺(tái)階型導(dǎo)管連接件時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要查閱標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)管連接件的各個(gè)參數(shù)并對(duì)臺(tái)階型導(dǎo)管連接件進(jìn)行三維建模，然后才能選用。由于臺(tái)階型導(dǎo)管連接件的外部形狀特征基本相同，僅僅在具體尺寸和參數(shù)上不同，如果按傳統(tǒng)的方法對(duì)所有規(guī)格的臺(tái)階型導(dǎo)管連接件進(jìn)行逐一建模，會(huì)造成大量的重復(fù)性工作，工作效率低。本文介紹利用Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)和族表功能快速創(chuàng)建臺(tái)階型導(dǎo)管連接件的三維模型，可以大大提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。

1　Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)和族表功能

參數(shù)化設(shè)計(jì)是Pro/E軟件最基本的設(shè)計(jì)思想。它將三維模型中的約束信息變量化，用一組參數(shù)對(duì)三維模型進(jìn)行約束，當(dāng)賦予不同的參數(shù)值時(shí)，就可驅(qū)動(dòng)生成不同大小和形狀的新三維模型。參數(shù)化為產(chǎn)品模型的可變性、可重用性及并行設(shè)計(jì)等提供了有效手段，使用戶可以利用以前的模型快速重建模型，并可以在遵循原設(shè)計(jì)意圖的情況下方便地改動(dòng)模型，生成系列化產(chǎn)品，極大提高了設(shè)計(jì)效率。

族表是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的輔助工具。使用族表時(shí)首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基礎(chǔ)零件，然后基于該基礎(chǔ)模型生成族表，將不同的、可以驅(qū)動(dòng)的尺寸等參數(shù)值填入到族表中，Pro/E軟件會(huì)自動(dòng)讀取族表中的參數(shù)值并對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，確保每個(gè)參數(shù)的合理性，校驗(yàn)完成后生成族表中所有零件實(shí)例，大大提高了零件的設(shè)計(jì)效率。

族表通過(guò)電子表格進(jìn)行管理，所以又被稱(chēng)為表格驅(qū)動(dòng)。使用族表創(chuàng)建的零件具有以下特點(diǎn)：1）可以對(duì)零件產(chǎn)生細(xì)小的變化而無(wú)需用關(guān)系改變?nèi)S模型；2）從基礎(chǔ)零件生成各種零件實(shí)例，無(wú)需重新構(gòu)造，避免了重復(fù)建模時(shí)出錯(cuò)；3）實(shí)現(xiàn)了零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建立和調(diào)用，并且同一族表的實(shí)例之間可以自動(dòng)互換；4）可以對(duì)零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的管理。

2　臺(tái)階型導(dǎo)管連接件建模研究

臺(tái)階型導(dǎo)管連接件主要包括凹臺(tái)階接頭、凸臺(tái)階接頭、密封墊、外套螺母、堵蓋、堵頭等組件。本文以凹臺(tái)階接頭（Q/Da97.3-2005）為例進(jìn)行研究，凹臺(tái)階接頭二維圖如圖1所示。

圖1　凹臺(tái)階接頭二維圖Fig.1　2D drawing of concave stepped joint

2.1模型文件命名規(guī)則

凹臺(tái)階接頭的標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)模型文件的命名有嚴(yán)格的要求，同時(shí)Pro/E軟件對(duì)模型文件的命名也有很多限制。模型文件的名稱(chēng)中不能包含“.”和“/”等特殊字符，因此模型文件的命名必須有統(tǒng)一的規(guī)定，否則很容易造成混亂。凹臺(tái)階接頭基礎(chǔ)模型的主文件名稱(chēng)統(tǒng)一由標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、型式、材料組成，擴(kuò)展名統(tǒng)一為.prt，而實(shí)例模型的主文件名稱(chēng)是基礎(chǔ)模型主文件名稱(chēng)的擴(kuò)展，具體形式為“基礎(chǔ)模型主文件名稱(chēng)+規(guī)格”，擴(kuò)展名也固定為.prt。

2.2凹臺(tái)階接頭創(chuàng)建流程

在Pro/E軟件中采用族表創(chuàng)建凹臺(tái)階接頭，不需要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的每個(gè)尺寸逐一創(chuàng)建三維模型，只需要明確各個(gè)凹臺(tái)階接頭異同處。首先創(chuàng)建一個(gè)具有代表性的基礎(chǔ)模型，然后通過(guò)編輯族表的方式將凹臺(tái)階接頭的尺寸、規(guī)格等變化參數(shù)填入到族表相應(yīng)的位置，Pro/E軟件會(huì)自動(dòng)讀取族表中的參數(shù)生成所有凹臺(tái)階接頭。凹臺(tái)階接頭創(chuàng)建流程如圖2所示。

圖2　凹臺(tái)階接頭創(chuàng)建流程圖Fig.2　Create flowchart of concave stepped joint

2.3基礎(chǔ)模型創(chuàng)建

根據(jù)圖1中各尺寸參數(shù)值，利用參數(shù)化建模方法，創(chuàng)建公稱(chēng)通徑為10的凹臺(tái)階接頭作為基礎(chǔ)模型。首先對(duì)圖1中的尺寸和參數(shù)進(jìn)行分析，將特征參數(shù)分為主參數(shù)和次要參數(shù)，用主參數(shù)控制和約束次要參數(shù)，為參數(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)例模型自動(dòng)生成打下基礎(chǔ)。然后根據(jù)確定好的參數(shù)，結(jié)合凹臺(tái)階接頭形狀，選擇合適的特征創(chuàng)建凹臺(tái)階接頭基礎(chǔ)模型。由于凹臺(tái)階接頭只用于虛擬裝配示意，而不用于生產(chǎn)加工，凹臺(tái)階接頭中的某些細(xì)節(jié)特征即便忽略也不影響整體的質(zhì)量計(jì)算，比如小倒角、螺紋等，所以在創(chuàng)建凹臺(tái)階接頭時(shí)應(yīng)盡量減少特征數(shù)量，特征間尺寸宜用關(guān)系表達(dá)式表示。

凹臺(tái)階接頭基礎(chǔ)模型創(chuàng)建完成后，三維模型的尺寸名稱(chēng)是Pro/E系統(tǒng)自動(dòng)生成。為了便于對(duì)尺寸進(jìn)行管理，需要根據(jù)凹臺(tái)階接頭的標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)模型尺寸進(jìn)行重新命名，使尺寸名稱(chēng)與標(biāo)準(zhǔn)中的名稱(chēng)保持一致。在同一模型中，尺寸名稱(chēng)是唯一，尺寸名稱(chēng)不能使用非法符號(hào)，例如：“DD. 5”應(yīng)該編輯為“DD_5”。創(chuàng)建完成的帶尺寸名稱(chēng)的凹臺(tái)階接頭基礎(chǔ)模型如圖3所示。

圖3　創(chuàng)建完成的凹臺(tái)階接頭基礎(chǔ)模型Fig.3　Basic model to create concave stepped joint

2.4族表結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

利用族表功能選擇需要驅(qū)動(dòng)生成的尺寸，將標(biāo)準(zhǔn)文件中的參數(shù)值填寫(xiě)到族表對(duì)應(yīng)項(xiàng)目中。族表主要包含2個(gè)部分∶基礎(chǔ)對(duì)象和實(shí)例對(duì)象。族表的所有成員都以基礎(chǔ)對(duì)象為基礎(chǔ)，根據(jù)基礎(chǔ)對(duì)象在表格中創(chuàng)建族表的實(shí)例對(duì)象。圖4是凹臺(tái)階接頭族表結(jié)構(gòu)圖。

從圖中的族表中可看出，第一行是表頭，列出了各列的參數(shù)名稱(chēng)。從第二行起，每一行表示一個(gè)公稱(chēng)通徑的規(guī)格的凹臺(tái)階接頭的具體尺寸，也就是說(shuō)每一行表示一個(gè)規(guī)格的凹臺(tái)階接頭，稱(chēng)之為一個(gè)實(shí)例，其中第二行是基礎(chǔ)模型的可變項(xiàng)目及其取值。“實(shí)例名”列是該種材料包含所有公稱(chēng)通徑的凹臺(tái)階接頭的實(shí)例名稱(chēng)，“公用名稱(chēng)”列是凹臺(tái)階接頭的中文名稱(chēng)。從第四列開(kāi)始，每一列都是凹臺(tái)階接頭的同一個(gè)可變項(xiàng)目的取值。

當(dāng)創(chuàng)建族表時(shí)，Pro/E軟件實(shí)際上并不會(huì)為每一個(gè)實(shí)例創(chuàng)建單獨(dú)的零件模型文件，所有的實(shí)例都是虛擬的。當(dāng)打開(kāi)具體實(shí)例文件時(shí)，Pro/E軟件會(huì)先打開(kāi)基礎(chǔ)模型，然后根據(jù)族表中該實(shí)例的可變參數(shù)再生出具體的實(shí)例模型。

圖4　凹臺(tái)階接頭族表結(jié)構(gòu)Fig.4　Structure of family table for concave stepped joint

2.5三維模型實(shí)例校驗(yàn)

為了保證三維模型尺寸參數(shù)完全正確，相互之間不存在沖突，需要對(duì)三維模型的每個(gè)實(shí)例進(jìn)行校驗(yàn)。Pro/E軟件提供有實(shí)例校驗(yàn)功能，能根據(jù)族表中的參數(shù)自動(dòng)對(duì)所有實(shí)例進(jìn)行校驗(yàn)，并在校驗(yàn)窗口顯示校驗(yàn)結(jié)果。如果校驗(yàn)失敗說(shuō)明此實(shí)例零件的尺寸有誤，需要修改族表中該實(shí)例尺寸的參數(shù)值直至校驗(yàn)成功。

2.6三維模型管理

在凹臺(tái)階接頭三維模型創(chuàng)建過(guò)程中，首先根據(jù)材料生成不同的基礎(chǔ)模型，然后再根據(jù)規(guī)格和基礎(chǔ)模型生成實(shí)例模型，這樣會(huì)生成一系列的三維模型文件。為了便于維護(hù)和管理，需要將這些模型文件檢入到PDM系統(tǒng)（如Intralink系統(tǒng)）中進(jìn)行管理，并設(shè)置模型的生命周期狀態(tài)為“已發(fā)行”。這樣模型就處于受控狀態(tài)，設(shè)計(jì)可以使用但不能修改它。如果沒(méi)有PDM系統(tǒng)，需要建立一個(gè)共享的文件夾，將所有凹臺(tái)階接頭三維模型保存其中進(jìn)行管理。同時(shí)，給模型文件分配訪問(wèn)權(quán)限，允許設(shè)計(jì)人員按照授權(quán)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中引用該模型進(jìn)行裝配。

3　凹臺(tái)階接頭三維模型的使用

通過(guò)利用Pro/E族表創(chuàng)建的凹臺(tái)階接頭，保存后在工作目錄中只能看到一個(gè)保存文件，看不到每個(gè)實(shí)例的保存文件。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果需要使用凹臺(tái)階接頭，可以在共享文件夾中打開(kāi)所需材料的三維模型文件，或者登錄到PDM系統(tǒng)中，打開(kāi)所需材料的凹臺(tái)階接頭的目標(biāo)文件，比如Q/Da97.3-2005_F.prt，根據(jù)公稱(chēng)通徑選擇所需規(guī)格的凹臺(tái)階接頭實(shí)例模型進(jìn)行裝配，如圖5所示。

圖5　凹臺(tái)階接頭族表調(diào)用Fig.5　Call of family table for concave stepped joint

4　結(jié)論

利用Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和族表功能，結(jié)合凹臺(tái)階接頭的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同材料和不同公稱(chēng)通徑規(guī)格的臺(tái)階型導(dǎo)管連接件進(jìn)行快速建模，創(chuàng)建系列化臺(tái)階型導(dǎo)管連接件三維模型。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)族表調(diào)用可以快速選擇所需規(guī)格的凹臺(tái)階接頭，不需要重復(fù)建模，提高了設(shè)計(jì)效率，加快產(chǎn)品研制周期。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中其它的形狀特征基本相同僅具體尺寸和參數(shù)不同的零件，也可以采用這種方法進(jìn)行三維建模，統(tǒng)一建立系列化的三維模型，直接提供設(shè)計(jì)人員使用。

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（編輯：陳紅霞）

Application research on Pro/E-based creation of step type pipe connectors

LIN Yuan，DENG Bowen，CHEN Yanlin
（Xi'an Aerospace Propulsion Institute，Xi'an 710100，China）

In this paper the available method of creating the step type pipe connecting pieces and its defects are analyzed，and the Pro/E software parametric design and family table function are studied. Taking the creation of the concave stepped joint in liquid-propellant rocket engine as an example，new methods to quickly create three-dimensional parameterization concave stepped joint in the Pro/E are explored.The creation process and file naming rules of three-dimensional model for the concave stepped joint are put forward.The management and application of the three-dimensional model are discussed.According to this method，it is possible to establish a step type pipe connecting piece series in a short time，and complete inspection of dimensions and parameters in one time to ensure the accuracy and consistency of the three-dimensional model for the pipe fittings.In the process of engine design，designers can directly use the three-dimensional model of step type pipe connecting piece to complete the pipe assembly，which reduces the repeated modeling work in the process of product design，and greatlyimprove the design efficiencyofthe engine.

Pro/E；parameterization design；family table function research；engine

V434-34

A

1672-9374（2016）02-0059-05

2015-09-22；

2015-11-17

林源（1979—），男，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)橐后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)