Pro/E阵列在复杂零件设计中的应用研究

詹春毅，赖兴余，邹伟全

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

（广东科学技术职业学院 机械与电子工程学院，珠海 519090）

0 引言

在Pro/E特征建模中，有时需要在模型上重复创建一组相同或相似的特征，例如电话按键、风扇叶片等。这时可以使用特征阵列和复制工具。特征复制可以在选定位置创建已知特征的副本，并且可以更改设计参数[1]。

根据设计方法及操作过程的不同，Pro/E中的特征阵列可分为7种类型，常用的有尺寸阵列、轴阵列和参照阵列3种。其中尺寸阵列较其他两种的创建方法要复杂，选取原始特征的定位尺寸作为阵列驱动尺寸，并指定定位尺寸的尺寸增量及该方向的特征总数。阵列的第一个特征作为特征阵列的父特征，由父特征阵列后生成的特征为阵列子特征，从而形成了父子关系。对此认识不足的设计人员，经常会出现阵列不正确甚至不能阵列的结果。其实，阵列的创建需要有相当的技巧，如应该创建哪些必要的辅助特征，应该标注哪些尺寸、约束，以利用父子关系；不应该标注哪些尺寸、约束，以避免不必要的父子关系等[1]。本文详细分析了阵列特征的几种设计方法和技巧，并以铁链设计为例，说明如何利用阵列和复制功能实现快速设计，最后用旋转楼梯的制作为例将该方法推广应用至双方向阵列。

1 常用的阵列方法

阵列按照其形式的不同，可分为坐标型阵列（尺寸阵列）和极坐标型阵列（环形、旋转型）两种。其中极坐标型阵列操作灵活，且可与参照阵列、组等组合运用，达到各种阵列效果。故本文主要探讨极坐标型阵列、参照阵列及组的应用。

极坐标型阵列的主要创建方法有以下3种：1）复制－ 旋转－ 阵列法；2）草绘包含角度－ 阵列法；3）草绘旋转角度－ 阵列法[3]。

1.1 复制- 旋转- 阵列法

复制－旋转－阵列法主要包括三个步骤：首先，创建第一个阵列父特征；其次，选取已创建的父特征，运用复制－选择性粘贴－旋转变换，创建第二个特征；最后，利用旋转变换后产生的角度进行旋转阵列得到剩余的其他特征。其操作技巧：必要时需要创建辅助特征（基准点、轴、平面等），且在阵列前须将合适的特征合并成一个组。此种方法的最大优点在于：利用旋转变换复制得到的特征包含了阵列所需要的角度，而旋转阵列主要是靠角度驱动的[4]。

1.2 草绘包含角度- 阵列法

草绘包含角度- 阵列法是指首先创建第一个阵列父特征，在草绘特征时直接标注角度尺寸，然后以创建的角度尺寸驱动进行阵列[5]。其操作技巧：在草绘截面时尽量采用极坐标标注方式（即半径/直径+角度），而不可采用线性尺寸标注。

1.3 草绘旋转角度- 阵列法

草绘旋转角度- 阵列法是指首先创建第一个阵列父特征, 在确定草绘平面时,将绘图平面或临时参考基准旋转一个角度，然后利用该角度值阵列剩余的其他特征。注意操作技巧：角度值宜小，一般小于5°，不应超过阵列尺寸的增量值。

2 综合采用阵列和复制命令实现复杂零件的快速设计

以常见产品——铁链为例，具有一定数量相同的链节，其排列比较复杂，如图1所示。本文综合使用阵列、复制与组功能，可轻松实现铁链的快速设计， 其创建的思路是先绘制中心圆和各种辅助特征（基准点、基准轴和基准面），然后创建第一个链节，利用旋转变换得到相邻的第二个链节，分别将相应的特征合并成为两个组，最后依次对两个组进行阵列即可完成整个设计。具体操作步骤如下：

图1 铁链三维图

图2 创建圆曲线及基准特征

2.1 生成圆曲线，创建辅助特征

使用曲线方程创建圆曲线，过圆中心创建A_1轴。在曲线起始端创建一个点PNT0，过该点作一平面DTM1与RIGHT面平行，再由DTM1与FRONT面相交生成A_2轴。如图2所示。

2.2 草绘曲线，生成第一个链节特征

使用“草绘曲线”功能，草绘扫描路径曲线，注意曲线为非封闭曲线。利用“可变截面扫描”功能，以刚才绘制的曲线作为扫描路径，扫描截面为一个圆，生成链节如图3所示。

图3 复制后的曲线

图4 创建组

2.3 复制刚创建的曲线，生成第二个链节特征

复制过程需要进行两次旋转。选取上一步创建的曲线，运用菜单命令编辑→复制→选择性粘贴，运用两次旋转变换，第一次以A_2轴为中心旋转90°，第二次以A_1轴为中心旋转9°，复制得到曲线，如图3所示。用“可变截面扫描”功能创建另一个链节。

2.4 创建组并进行阵列

如图4分别构建两个组。注意构建的两个组须分别包括合适的特征，因为创建的特征之间均存在父子关系，而不合适的特征阵列后甚至会带来不可预计的结果。接着分别对两个组进行两次阵列，第一次阵列选择组1的“0”，角度增量为“18”，个数为“20”，结果如图5所示。因第二次阵列特征与第一次存在父子关系，直接使用“参照”阵列即可，最终结果如图1所示。

图5 第一次阵列

图6 双方向阵列

图7 完成特征创建

3 推广应用

在实际应用中，往往还会碰到类似图6所示更复杂的双方向阵列的情况。和前面一样, 总体的设计思路是先创建待阵列的特征，同时创建基准平面、基准轴等基准特征以建立必要的父子关系，合并成组后选择两个驱动尺寸进行阵列。基本思路还是一样，只是要选择两个驱动尺寸来确定阵列方向，从技巧上来说难度更大。具体步骤如下∶1）将TOP面偏移一个距离创建基准面DTM1；2）以DTM1面作为草绘平面创建拉伸特征；3）创建基准轴A_1作为旋转阵列中心；4）以A_1轴为中心，将零件前端面旋转一个角度，创建基准面DTM2；5）以DTM2面作为草绘平面创建旋转特征，如图7；6）将前面创建的特征合并成一个组，并进行阵列；7）创建拉伸特征。

4 结束语

Pro /E中阵列是一种高效的操作，对于重复创建一组相同的特征，可以大大提高设计效率。但创建阵列时不允许一次对多个特征进行阵列，如果要对多个特征进行阵列，须使用“组”功能将多个特征合并成一个群组，再对群组进行阵列。要正确进行阵列的关键在于选择好阵列方法和将合适的特征合并为“组”[6]。通过以上两个例子我们看到，在特征阵列中灵活运用各种阵列方法，创建必要的辅助特征，及选择合适的特征将其合并为一个组，可以轻松实现各种复杂零件的快速设计。

[1]谭雪松, 陈霖, 张青.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版基础教程[M].北京∶人民邮电出版社, 2008.

[2]佟河亭, 冯辉.Pro/ENGINEER Wildfire中文版习题精解[M].北京∶人民邮电出版社, 2006.

[3]童森林, 白剑宇, 陈俊华.基于Pro/ E 圆周阵列特征的设计技巧[J].组合机床与自动化加工技术, 2003, (8)∶ 29-30.

[4]赵恢真.对Pro/Engineer旋转阵列及约束概念的新探索[J].淮海工学院学报(自然科学版), 2005, 14(3)∶ 15-18.

[5]谢先华, 张晓东.Pro/E建模中父特征定位对特征阵列的影响[J].机械设计与制造, 2005, (5)∶ 59-60.

[6]田春霞.巧用Pro/E阵列命令实现链条快速设计[J].制造业自动化, 2009, 31(5)∶119-121.