Pro/ENGINEER中创建尺寸阵列特征的思路及方法

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一、引言

    在使用Pro/ENGINEER进行零件建模过程中，常常会遇到一些多次重复出现的相同或者相似的特征，如果逐个创建这些特征，设计过程将非常烦琐。这时可以考虑采用阵列特征进行建模。阵列特征是按指定方式排列的多个对象副本，该特征可对包含在一个阵列中的多个特征同时执行操作或修改，比操作单独特征更为方便和高效。然而，由于零件特征变化的各异性，使得设计人员在使用阵列特征时不能很好的把握使用该特征的思路及方法，导致再生失败或达不到最初的设计意图。对于部分设计人员尤其是初学者，如何理解和用好阵列特征就成为现实高效设计的一个瓶颈。
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    在Pro/ENGINEER的Wildfire版本中，阵列特征包括了尺寸阵列、参考阵列、表阵列及填充阵列几种类型。其中尺寸阵列使用比较广泛，下面以Wildfire版本为例，通过典型的实例来介绍和分析尺寸阵列特征的创建思路及方法。

    二、尺寸阵列特征的创建思路及方法
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$ e" \# n" b' z+ A    创建尺寸阵列特征是通过使用驱动尺寸和将增量更改指定给阵列进行特征复制的过程。尺寸阵列可以分为单向或双向。根据所选取的驱动尺寸，阵列可以是线性或角度（旋转阵列）的。完成一个尺寸阵列特征，需要确定驱动尺寸和尺寸增量两个要素。在Pro/ENGINEER中，这两个要素可通过图1所示的“尺寸”面板来录入。

图1 “尺寸”面板

    各类型的尺寸阵列特征的创建思路及方法介绍如下。

* f, t  v/ s' [4 }    1.线性阵列

8 D- b+ j% E5 v3 C    （1）基本线性阵列
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5 @% L, ?, o& k' a    基本线性阵列的创建只需按特征的要求确定驱动尺寸和尺寸增量，其驱动尺寸可在特征本身的参数中直接选取，操作简单，所生成的特征也容易实现。但是在不同的方向上选取不同的驱动尺寸所产生的结果却大不相同，这要求设计者有清晰的选取思路。
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    下面以平板开孔的阵列特征为例，其不同的驱动尺寸选取方式将产生的不同的结果如表1所示。
5 B+ `1 Z  s; h7 C* _! D$ f3 a) S从表1可见，阵列特征不但可以控制复制特征的位置，还可以控制其形状大小的变化。如结果3，只需将d3驱动尺寸的增量设为“d4－d3”，就能得到该结果。表1所列举的仅是一些基本的变化，只要掌握驱动尺寸选取方式的方法，该类其他的阵列变化就不难把握了。

表1

    （2）具有约束的线性阵列
   
' Q+ N1 B! `2 k% r1 K5 N    具有约束的线性阵列是指对阵列特征的位置及形状变化有特定的约束要求。这种特征的创建不能直接仅以特征本身的参数作为驱动尺寸完成，还需增加辅助的约束基准或其他元素。在创建特征的过程中，其达不到最初的设计意图往往是由于不能正确的定义第一个主特征约束条件。

" x8 a; _! ?$ t9 H  ~( ?    如图2所示的实例是在平板上开通气孔的阵列特征，从特征的形状分析，该阵列中的长圆孔两侧是沿两条直线向下不断增长的，属于单向尺寸阵列，但却不能用基本线性阵列来完成。创建该阵列特征关键点是阵列主特征的创建，其草绘截面图如图3所示，其中的构造线（虚线）就是前面所说的辅助的约束基准，sd16是驱动尺寸。要特别注意的是，构造线必须是完全约束的，否则将得不到图2的结果。完成了主特征的创建后，按一般的阵列操作步骤就可得到图2的通气孔外形了。

图2 通气孔阵列特征

图3 主特征的草绘截面图

    2.旋转阵列
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* S9 w0 K5 ~7 N; w1 ^0 L    旋转阵列是使用阵列导引的角度尺寸来复制对象位置的特征。与线性阵列最大的不同是其驱动尺寸要求是一个角度值，任何控制角度位置的尺寸都可以用来创建旋转阵列。对于草绘型特征和直接特征的旋转阵列稍有不同。草绘型特征可以通过阵列草绘特征的参照平面来实现。而对于点放型特征（如孔特征），由于其本身没有角度位置尺寸，就需要先创建特征的内部参照基准或用其他方法获得角度位置尺寸。下面将以草绘型特征旋转阵列来说明。
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6 m0 E" Q+ r# o. E& p7 |8 E1 c" n    图4所示实例是一齿轮轴的模型，轴上的齿形属于典型的草绘型特征旋转阵列。该旋转阵列是在齿形的剪切特征的基础上进行阵列而成的。在创建第一个齿形的剪切主特征时，必须先创建一个带角度位置尺寸的内部参照基准平面DTM1（如图5），然后进入草绘界面。草绘的截面如图6所示，值得注意的是，草绘的参照基准平面建议只选DTM1，这样可以避免草绘截面产生过多的约束，减少阵列的失败率。完成上述过程后，就可以DTM1的角度尺寸为驱动尺寸阵列了。

图4 齿轮轴模型

图5 创建参照基准平面

图6 齿形草绘截面
+ r! A: W6 m) M$ N6 R$ k    上面所介绍的方法是直接创建特征的内部参照基准来获得角度驱动尺寸。在实际的设计过程中，还可以不创建特征的内部参照基准。直接创建齿形的剪切特征后，对该特征进行旋转复制操作，这时会得到一个复制的特征，同时还可以获得所需的角度驱动尺寸，利用该角度驱动尺寸就可以进行旋转阵列特征创建了。与上面的方法相比，这种方法更加方便快捷。不过，第一种方法更能体现设计者对于旋转阵列特征的把握程度。
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    另外，对于草绘型特征的旋转阵列还要说明的一点是，特征草绘时要注意其合理性，要保证草绘特征的约束尽可能相对参照基准，这也是导致阵列成败的一个因素。
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    3.其他应用

) U! N: P5 v6 ^/ G    除上述常用的尺寸阵列类型外，尺寸阵列还可应用在其他的一些场合。当所选驱动尺寸的类型不同时，用尺寸阵列操作还有更广泛的应用。图7是一项链模型，模型中圆珠是沿曲线均布排列的。创建该模型的思路是先画出曲线，然后在曲线上定义按比率分布的点，以点为参照创建出圆珠，接着将点与圆珠特征设成组，最后以点的比率值为驱动尺寸，对组特征进行阵列就即可。
图7 项链模型
3 F/ ~4 F) W5 V6 a: P    从上述实例可了解到，将多个不同特征设成组后，可对组同时进行阵列。

2 D( G% J2 x: ^% T* ^    最后要指出的是，尺寸阵列中的驱动尺寸包括了“数值”和“关系”两种。根据“关系”驱动尺寸，我们还可以按设计的意图更大地发挥该特征使用的优越性，并能创建出更复杂的阵列特征。