Pro/E陣列在復雜零件設計中的應用研究

詹春毅，賴興余，鄒偉全

ZHAN Chun-yi, LAI Xing-yu, ZOU Wei-quan

（廣東科學技術職業學院 機械與電子工程學院，珠海 519090）

0 引言

在Pro/E特征建模中，有時需要在模型上重復創建一組相同或相似的特征，例如電話按鍵、風扇葉片等。這時可以使用特征陣列和復制工具。特征復制可以在選定位置創建已知特征的副本，并且可以更改設計參數[1]。

根據設計方法及操作過程的不同，Pro/E中的特征陣列可分為7種類型，常用的有尺寸陣列、軸陣列和參照陣列3種。其中尺寸陣列較其他兩種的創建方法要復雜，選取原始特征的定位尺寸作為陣列驅動尺寸，并指定定位尺寸的尺寸增量及該方向的特征總數。陣列的第一個特征作為特征陣列的父特征，由父特征陣列后生成的特征為陣列子特征，從而形成了父子關系。對此認識不足的設計人員，經常會出現陣列不正確甚至不能陣列的結果。其實，陣列的創建需要有相當的技巧，如應該創建哪些必要的輔助特征，應該標注哪些尺寸、約束，以利用父子關系；不應該標注哪些尺寸、約束，以避免不必要的父子關系等[1]。本文詳細分析了陣列特征的幾種設計方法和技巧，并以鐵鏈設計為例，說明如何利用陣列和復制功能實現快速設計，最后用旋轉樓梯的制作為例將該方法推廣應用至雙方向陣列。

1 常用的陣列方法

陣列按照其形式的不同，可分為坐標型陣列（尺寸陣列）和極坐標型陣列（環形、旋轉型）兩種。其中極坐標型陣列操作靈活，且可與參照陣列、組等組合運用，達到各種陣列效果。故本文主要探討極坐標型陣列、參照陣列及組的應用。

極坐標型陣列的主要創建方法有以下3種：1）復制－ 旋轉－ 陣列法；2）草繪包含角度－ 陣列法；3）草繪旋轉角度－ 陣列法[3]。

1.1 復制- 旋轉- 陣列法

復制－旋轉－陣列法主要包括三個步驟：首先，創建第一個陣列父特征；其次，選取已創建的父特征，運用復制－選擇性粘貼－旋轉變換，創建第二個特征；最后，利用旋轉變換后產生的角度進行旋轉陣列得到剩余的其他特征。其操作技巧：必要時需要創建輔助特征（基準點、軸、平面等），且在陣列前須將合適的特征合并成一個組。此種方法的最大優點在于：利用旋轉變換復制得到的特征包含了陣列所需要的角度，而旋轉陣列主要是靠角度驅動的[4]。

1.2 草繪包含角度- 陣列法

草繪包含角度- 陣列法是指首先創建第一個陣列父特征，在草繪特征時直接標注角度尺寸，然后以創建的角度尺寸驅動進行陣列[5]。其操作技巧：在草繪截面時盡量采用極坐標標注方式（即半徑/直徑+角度），而不可采用線性尺寸標注。

1.3 草繪旋轉角度- 陣列法

草繪旋轉角度- 陣列法是指首先創建第一個陣列父特征, 在確定草繪平面時,將繪圖平面或臨時參考基準旋轉一個角度，然后利用該角度值陣列剩余的其他特征。注意操作技巧：角度值宜小，一般小于5°，不應超過陣列尺寸的增量值。

2 綜合采用陣列和復制命令實現復雜零件的快速設計

以常見產品——鐵鏈為例，具有一定數量相同的鏈節，其排列比較復雜，如圖1所示。本文綜合使用陣列、復制與組功能，可輕松實現鐵鏈的快速設計， 其創建的思路是先繪制中心圓和各種輔助特征（基準點、基準軸和基準面），然后創建第一個鏈節，利用旋轉變換得到相鄰的第二個鏈節，分別將相應的特征合并成為兩個組，最后依次對兩個組進行陣列即可完成整個設計。具體操作步驟如下：

圖1 鐵鏈三維圖

圖2 創建圓曲線及基準特征

2.1 生成圓曲線，創建輔助特征

使用曲線方程創建圓曲線，過圓中心創建A_1軸。在曲線起始端創建一個點PNT0，過該點作一平面DTM1與RIGHT面平行，再由DTM1與FRONT面相交生成A_2軸。如圖2所示。

2.2 草繪曲線，生成第一個鏈節特征

使用“草繪曲線”功能，草繪掃描路徑曲線，注意曲線為非封閉曲線。利用“可變截面掃描”功能，以剛才繪制的曲線作為掃描路徑，掃描截面為一個圓，生成鏈節如圖3所示。

圖3 復制后的曲線

圖4 創建組

2.3 復制剛創建的曲線，生成第二個鏈節特征

復制過程需要進行兩次旋轉。選取上一步創建的曲線，運用菜單命令編輯→復制→選擇性粘貼，運用兩次旋轉變換，第一次以A_2軸為中心旋轉90°，第二次以A_1軸為中心旋轉9°，復制得到曲線，如圖3所示。用“可變截面掃描”功能創建另一個鏈節。

2.4 創建組并進行陣列

如圖4分別構建兩個組。注意構建的兩個組須分別包括合適的特征，因為創建的特征之間均存在父子關系，而不合適的特征陣列后甚至會帶來不可預計的結果。接著分別對兩個組進行兩次陣列，第一次陣列選擇組1的“0”，角度增量為“18”，個數為“20”，結果如圖5所示。因第二次陣列特征與第一次存在父子關系，直接使用“參照”陣列即可，最終結果如圖1所示。

圖5 第一次陣列

圖6 雙方向陣列

圖7 完成特征創建

3 推廣應用

在實際應用中，往往還會碰到類似圖6所示更復雜的雙方向陣列的情況。和前面一樣, 總體的設計思路是先創建待陣列的特征，同時創建基準平面、基準軸等基準特征以建立必要的父子關系，合并成組后選擇兩個驅動尺寸進行陣列。基本思路還是一樣，只是要選擇兩個驅動尺寸來確定陣列方向，從技巧上來說難度更大。具體步驟如下∶1）將TOP面偏移一個距離創建基準面DTM1；2）以DTM1面作為草繪平面創建拉伸特征；3）創建基準軸A_1作為旋轉陣列中心；4）以A_1軸為中心，將零件前端面旋轉一個角度，創建基準面DTM2；5）以DTM2面作為草繪平面創建旋轉特征，如圖7；6）將前面創建的特征合并成一個組，并進行陣列；7）創建拉伸特征。

4 結束語

Pro /E中陣列是一種高效的操作，對于重復創建一組相同的特征，可以大大提高設計效率。但創建陣列時不允許一次對多個特征進行陣列，如果要對多個特征進行陣列，須使用“組”功能將多個特征合并成一個群組，再對群組進行陣列。要正確進行陣列的關鍵在于選擇好陣列方法和將合適的特征合并為“組”[6]。通過以上兩個例子我們看到，在特征陣列中靈活運用各種陣列方法，創建必要的輔助特征，及選擇合適的特征將其合并為一個組，可以輕松實現各種復雜零件的快速設計。

[1]譚雪松, 陳霖, 張青.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版基礎教程[M].北京∶人民郵電出版社, 2008.

[2]佟河亭, 馮輝.Pro/ENGINEER Wildfire中文版習題精解[M].北京∶人民郵電出版社, 2006.

[3]童森林, 白劍宇, 陳俊華.基于Pro/ E 圓周陣列特征的設計技巧[J].組合機床與自動化加工技術, 2003, (8)∶ 29-30.

[4]趙恢真.對Pro/Engineer旋轉陣列及約束概念的新探索[J].淮海工學院學報(自然科學版), 2005, 14(3)∶ 15-18.

[5]謝先華, 張曉東.Pro/E建模中父特征定位對特征陣列的影響[J].機械設計與制造, 2005, (5)∶ 59-60.

[6]田春霞.巧用Pro/E陣列命令實現鏈條快速設計[J].制造業自動化, 2009, 31(5)∶119-121.