SUNTHAI滾動(dòng)軸承參數(shù)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

滾動(dòng)軸承是一種應(yīng)用非常廣泛的標(biāo)準(zhǔn)零件。滾動(dòng)軸承的多樣化、結(jié)構(gòu)、尺寸、公差等為設(shè)計(jì)者建模時(shí)帶來(lái)大量繁重的工作。因此，需要建立軸承的參數(shù)化模型，來(lái)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(jì)都是采用自底向上的建模方法，這種方法的特點(diǎn)是首先建立所有不同尺寸的三泰SUNTHAI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(kāi)發(fā)周期，作者提出一種快速實(shí)現(xiàn)軸承參數(shù)化設(shè)計(jì)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)，在三泰SUNTHAI軸承參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用骨架模型進(jìn)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(shí)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(gè)子模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系，它是整個(gè)產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)展開(kāi)過(guò)程的核心，是各個(gè)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(jì)過(guò)程中信息的傳遞、共享、繼承和變更。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以把骨架文件理解為一個(gè)設(shè)計(jì)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(diǎn)、線、面，這些點(diǎn)、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(diǎn)：

（1） 集中提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

（2） 零部件位置的自動(dòng)變更 因?yàn)榱悴考难b配都以骨架模型為參考基準(zhǔn)，所以零部件的位置會(huì)隨骨架模型的改變而自動(dòng)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(méi)有必要規(guī)定零部件的裝配順序。

采用骨架模型進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)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(gè)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(yùn)動(dòng)行為的約束，以及對(duì)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(diǎn)、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(jī)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(jì)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(jì)變得簡(jiǎn)單。

（2）實(shí)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(jì)實(shí)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(gè)零件部件相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。具體說(shuō)是通過(guò)復(fù)制機(jī)制完成以下幾種復(fù)制過(guò)程。一種是內(nèi)部復(fù)制幾何參照是對(duì)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(duì)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。最后一種是基準(zhǔn)參照的復(fù)制是構(gòu)建骨架模型時(shí)，點(diǎn)、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(guò)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(jì)完成后不需再做額外的裝配，因?yàn)檫@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(lái)完成的。

（3） 變更骨架模型信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的變型和系列設(shè)計(jì)

為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)個(gè)性化的要求，可以把某個(gè)零配件劃分為一個(gè)可變模塊。通過(guò)改變決定此模塊的頂層基本骨架模型的有關(guān)約束來(lái)改變變型再設(shè)計(jì)，由于不再?gòu)幕镜牧慵_(kāi)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(huì)自動(dòng)傳遞到有關(guān)的零件中，因此這種方法比用其它方法實(shí)現(xiàn)變型設(shè)計(jì)更加方便、有效、迅速。

2 自動(dòng)化建模技術(shù)

在 Pro/ENGINEER 系統(tǒng)中，每建立一個(gè)模型，都會(huì)有一個(gè)宏文件記錄模型的產(chǎn)生過(guò)程，如果能夠?qū)@個(gè)宏文件進(jìn)行修改，則可以控制模型的建立過(guò)程，從而控制所生成的模型。Program就是這樣的一個(gè)控制并修改該宏文件的工具。運(yùn)用 Program，可以修改一切與模型建立過(guò)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(dòng)再生成不同的模型，進(jìn)而可以將這些模型實(shí)例化為獨(dú)立的模型。

Program 是自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工具，用戶可以通過(guò)非常簡(jiǎn)單的程序語(yǔ)言來(lái)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(gè)數(shù)等。當(dāng)零件或組件的 Program設(shè)計(jì)完成后，再讀取此零件或組件時(shí)，其各種變化情況即可以利用交互問(wèn)答的方式得到不同的幾何形狀，以滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。

3三泰SUNTHAI 軸承設(shè)計(jì)實(shí)例

（1）在 Pro/ENGINEER 環(huán)境下首先新建一個(gè)裝配體文件，然后在裝配體中新建一個(gè)骨架文件，繪制骨架曲線，骨架文件是一個(gè)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(guò) 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三泰SUNTHAI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(duì)軸承的外圈、內(nèi)圈以及滾珠的形狀和尺寸進(jìn)行控制，也就是控制整個(gè)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(duì)話框，單擊對(duì)話框中的 Curve Refs 進(jìn)行Define，選擇所有曲線。這樣骨架模型就將所繪制曲線進(jìn)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(guò) Copy Geometry 操作完成軸承外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾珠（柱）的設(shè)計(jì)。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(gè)零件，然后在菜單選項(xiàng)中選擇 Insert→SharedData→Copy Geometry，出現(xiàn) Copy Geometry 對(duì)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(shù)中可以看到多了Copy Geometry 項(xiàng)，此時(shí)就完成了幾何參考的復(fù)制，就是說(shuō)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(dòng)完成裝配。



（4）通過(guò) Copy Geometry 操作和布爾操作完成保持架的設(shè)計(jì)。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(xiàng)中選擇Insert→Shared Data→Copy Geometry，出現(xiàn) Copy Geometry對(duì)話框，選擇Publish Geom，單擊Define按鈕選擇經(jīng)過(guò)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(shí)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(huì)隨之改變。至此，整個(gè)軸承的設(shè)計(jì)完成。


（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(guò)改寫(xiě)三泰SUNTHAI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(kāi)骨架模型文件，在 Tools 菜單中選擇 Program，然后選擇 Edit Design，在打開(kāi)的 Program 編輯器進(jìn)行相應(yīng)的改寫(xiě)。作者改寫(xiě)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(yùn)算，從而生成不同形狀和尺寸的軸承模型?？梢栽赑rogram 的 Input 和 End Input 之間添加語(yǔ)句，隨后使用 Regenerate 重新生成模型時(shí)，此語(yǔ)句將提示使用者輸入數(shù)值。例如添加語(yǔ)句

"DIA_OUT NUMBER

"請(qǐng)輸入外徑尺寸：""

程序執(zhí)行時(shí) Pro/ENGINEER 會(huì)提示"請(qǐng)輸入外徑尺寸："的語(yǔ)句，輸入數(shù)值后，便會(huì)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(gè)參數(shù)輸入部分如下：

INPUT
DIA_OUT NUMBER//定義外徑參數(shù)
"請(qǐng)輸入外徑尺寸："
DIA_IN NUMBER //定義內(nèi)徑參數(shù)
"請(qǐng)輸入內(nèi)徑尺寸："
B NUMBER //定義軸承寬度參數(shù)
"請(qǐng)輸入軸承寬度："
N NUMBER //定義滾珠數(shù)目參數(shù)
"請(qǐng)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(yùn)算。例如D1=DIA_OUT是將參數(shù)DIA_OUT的數(shù)值賦給尺寸 D1。整個(gè)關(guān)系運(yùn)算區(qū)域改寫(xiě)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

改好三泰SUNTHAI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(shí)例。



4 結(jié) 論

作者采用自頂向下設(shè)計(jì)的重要手段--骨架模型進(jìn)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(dòng)化建模，完成三泰SUNTHAI軸承完整的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程，可大大縮短軸承類零件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)應(yīng)變能力。