基于Pro/ENGINEER的三维参数化钣金件图库

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1 概述
    钣金类零件是一种很常用的结构件，在各种通信、电子、开关、电器、控制柜等行业或设备中更是得到了普遍的应用。同时与普通机械零件相比，钣金零件的主要结构特征和加工工艺决定了其是一种比较特殊的零件，一般都是通过对板材进行成型、折弯、冲压等方法获得。长期以来，我公司钣金件的加工一直是由设计人员设计，车间技术人员依照图样重新输入计算机进行展开放样，这种生产方式存在着劳动强度大，效率低等不可避免的缺点。在“九五技改”期间我公司引进了先进的转塔式数控冲床和仿形激光切割机床，只需要几分钟就可以加工完技术人员需要几十分钟才可以作好放样的钣金件，钣金件的展开放样工作成为制约生产进度的瓶颈。
    我公司2002年引进了美国PTC公司开发的三维设计软件Pro/ENGINEER后，可以轻松完成将三维图样转化成Pro/ENGINEER二维工程图的工作，其中完备的Pro/SHEETMETAL钣金设计模块，可以帮助用户建立各种钣金特征，创建钣金件的展开图。但在设计过程中还存在着以下钣金件的使用问题。
: b1 ?7 F( A# L3 |0 O0 e    (1) 钣金件的建模和展开比较复杂和繁琐，设计人员需要时只能自行设计，从而不可避免地增加了设计人员的重复劳动。
    (2) 设计人员的水平不同，建模方法不同，使得有些设计的钣金件不能正常展开。
    (3) 钣金特性的设置不正确，使得展开图与生产实际不符，不能正确的指导生产。
2 三维钣金件图库造型方法及参数化绘图原理
    Pro/SHEETMETAL扩展了 Pro/ENGINEER的设计功能，用户可建立参数化的钣金造型和组装，它包括生成钣金件模型以及将它们展开。 Pro/SHEETMETAL提供了通过参照弯板库模型的弯曲和放平能力。弯曲允许量通过弯曲或放平状态下的模型附加特征的功能，同时支持生成，库储存和替换用户自定义的特征。
: W; c) A# ?. I' Y$ r    2.1 主要特征
7 X7 Y( L7 h/ y4 _$ L, p' I. t' x* E: v    (l) 壁。平面壁可以将示意壁连接到模型的选择边上。冲压壁可以沿着模型上垂直选择边，冲压出壁的示意外形。
4 }$ t* y0 t+ A# w9 L    (2) 弯曲。允许用户规定如何弯曲一个模型的平面部分而不需要加一个新的材料。
    (3) 形状。允许将复杂形状表面掺合进钣金件中。用户定义的形状特征库可以通过产生用户定义的形状特征以外的特征来生成。
    (4) 穿孔。穿孔特征允许用户预先定义自己冲模的形状并将它们加到库里。穿孔包括—个坐标系统，该坐标用于使用Pro/MANUFACTURING进行用于刀具定位数据的相对基准。
+ H: ^& l4 M# Q4 Z    (5) 槽。提供一个槽的形式库，该形式可由用户预先定义。开槽只需要二个定位基准。
    2.2 主要操作
    (l) 展平。将一个弯曲的钣金件展开成一个平面图形，可按照用户定义的方式进行。
    (2) 折弯。将一个平面图形弯成原来钣金件的弯曲状态。
- m; M  v# z7 B3 `2 S: Q/ `" C0 T    Pro/SHEETMETAL包括当进行放平操作时参照一系列折弯表的功能。弯曲允许量是材料厚度、材质、半径和角度的函数。表格可以由外部生成并使用 Bend Table命令进行修改。Pro/SHEETMETAL允许用户制定钣金件的弯曲顺序并保存弯曲次序表，就象用于弯曲和展平的参考一样。
    在参数化绘图原理上，我们充分利用Pro/ENGINEER软件本身具有的参数化功能，在修改工程图中多个尺寸后，钣金件模型及工程图会自动更新。我们可以通过该方法建立三维钣金件图库。库中的钣金件由其自身的特征和参数控制，这不仅所占空间小，而且易于增删和修改。结合Pro/SHEETMETAL钣金设计模块对Pro/ENGINEER进行二次开发，对烟机产品常用的钣金件模型及绘图进行制作和组织，建立三维参数化钣金件图库，设计人员只需要对图库内的工程图进行调用，在工程图环境中对相关的参数进行修改即可得到需要的模型和展开图。
3 钣金件图库的建立及使用
    下面我们通过建立一个斜截圆柱管的例子来介绍实现这一方法的过程。
    3.1 钣金件模板的建立
    钣金折弯时，钣金材料会被拉伸，因此材料的长度会增加，反之，折弯的钣金被展平时，其材料会被压缩，也就是材料的长度会减少，材料的增加或减少的幅度受到下列因素的影响：材料类型、材料厚度、材料热处理及加工的状况及折弯的角度。在Pro/ENGINEER中有两种方式来自动计算折弯处的展平长度尺寸，一种是使用Y系数或K系数，一种是使用折弯表。限于篇幅，这里不再介绍，请参阅有关资料。
    设置工作目录为E:\SHEETMETAL文件夹，根据需要采用上述两种方式之一建立钣金件模板yj_sheetmetal.prt。在配置文件config.pro中加入下列配置，指定已定义默认的钣金模板路径 ：将template_sheetmetalpart参数指向你自己所建立的模板位置（如E:\SHEETMETAL\yj_sheetmetal.prt），使yj_sheetmetal.prt成为默认的钣金件模板。
' f' K9 D3 t6 L# g, `7 P5 D    3.2  钣金件模型及工程图的创建
    编辑Pro/ENGINEER的配置文件config.pro或config.sup文件，将参数save_drawing_picture_file的值设置为both，使图片文件嵌入绘图内部，以便于预览。按照《钣金展开技术手册》所示的尺寸标注方式创建斜截圆柱管钣金件模型如图1所示。
    创建斜截圆柱管钣金件的工程图，选择下拉菜单：【视图】→【显示及拭除】，显示所有的尺寸，对尺寸的位置进行调整并拭除多余的尺寸，使其尺寸标注方式如《钣金展开技术手册》所示，得到工程图如图2所示。
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图1 斜截圆柱管模型

图2 斜截圆柱管工程图

    3.3  钣金件库的建立和使用
    编辑config.pro或config.sup文件，指定pro_library_dir参数指向自己所建立的库目录，如E:\SHEETMETAL文件夹。把钣金件放在该文件夹下，在E:\SHEETMETAL文件夹下新建SHEETMETAL.mnu菜单样板文件，用记事本对该文件进行编辑，本例中SHEETMETAL.mnu的格式如图3所示，从而完成三维参数化钣金件图库的建立。这样一来，在Pro/ENGINEER里打开文件时从目录树里可以找到“秦皇岛烟机钣金件图库”，从文件夹中可以方便地查找和预览所需钣金件，如图 ４ 所示。
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图3  菜单样板文件内容

图4钣金件的调用

图5再生后的斜截圆柱管工程图

    需要设计新的钣金件时，打开钣金件图库中的相似钣金件将其备份到当前工作目录（下拉菜单：【文件】→【备份】→【确定】），这样可以保证对新设计的钣金件改动就不会影响到库中的钣金件。打开当前工作目录中的模型和绘图，将其分别重命名为自己需要的文件名（下拉菜单：【文件】→【重命名】→【确定】）即可。
. w, Q- L) X. K2 w6 c    修改绘图中标注的尺寸，钣金件模型会随之变化，从而得到所需的钣金件模型和展开图。其中在绘图环境中的修改方法如下：（下拉菜单：【编辑】→【数值】）选择修改需要变化的数值，完成后单击（菜单管理器：【Regenerate(再生) 】→【Model(模型)】） 即可。如将斜截圆柱管的高度改为500，直径改为100，斜切角度改为10°，壁厚改为10，得到图5所示的的工程图。
    设计人员也可以在调用的钣金件上添加新的特征（如穿孔等）来生成符合设计要求的新零件，而无需重复以前的设计步骤及考虑如何展开等繁琐的过程，从而实现该类产品的快速变型设计。