基于Pro/E的族表工具在机械设计中的应用*

徐 培，李文亮，张佃龙，姜 彪

(兖矿集团 机电设备制造厂，山东 邹城 273500)

1 引言

Pro/E是一款功能强大的计算机三维辅助设计软件［1］，为用户提供了一套从设计到制造的完整的CAD解决方案。大到航空航天飞机，小到螺栓螺母，都可以应用这款软件实现全参数建模设计，继而付诸于实际生产。Pro/E在工程中的应用，既可以提高设计质量，缩短产品研发周期，也可节约大量建设投资。

机械设计人员在产品设计过程中，常会用到螺钉、螺栓、轴承等标准零件的模型。对于获得这些标准零件模型，一般的解决方法是:①购买软件开发商的零件库，实现与Pro/E软件的全参数对接;②个人逐个建立标准件的实体三维模型。前者省力却需要一笔可观的购买费用，后者省钱却需要相当大的工作量，而且还不便于零件模型管理。Pro/E软件自身的族表工具就能解决上述问题。笔者介绍了族表工具的应用原理，并通过实例讲解如何在机械设计中使用族表工具，使用软件版本Pro/E 5.0。

2 族表的应用原理

2.1 族表的概念

族表(Family table)是很多相似零件(或组件或特征)的集合，这些零件(组件/特征)从外形结构上看很相似，但在一些细节部位有所不同，比如尺寸大小或详细特征等。例如螺钉，在同一个标准里，会有多达上百种不同规格，但它们看起来是一样的并具有相同的功能，所以将这上百种规格的螺钉看成是一个零件族［2］。

2.2 族表的作用

(1)在单个模型内简单而又细致地创建并储存大量对象。

(2)实现零件生成的标准化，既省时又省力。

(3)从一个零件文件生成多种形式的零件，而不需要逐个零件建模。

(4)在零件中产生细小变化而不需要使用关系命令更改模型。

(5)族表实现了零件的标准化且同一族表的实例相互之间可以简单替换。

2.3 族表的结构

族表本质上是用电子表格来管理模型数据，它的外观体现也是一个由行和列组成的电子表。族表包含2个部分:类属对象和基础对象，族表的所有成员都以类属对象为基础;在类属中指定的可以在实例中改变的项目，根据类属模型在表格中创建的族成员。图1GB/T5782-2000六角头螺栓的族表结构示意。

从图1的族表里可看出，第一行是表头，列出了各列的抬头，第二行起，每一行是一个规格的螺栓的具体尺寸，比如螺纹规格、螺栓总长、螺纹长等，也就是说，每一行是一个具体的螺栓规格，称之为一个实例。其中第二行是确定类属对象或基础对象模型的可变项目及其取值;第一列是类型，对于单级族表此列无内容，当为多级族表时才显示“文件夹”内容，此列不做任何编辑，第二列是所有螺栓的规格名，第三列是系统自带的“公用名称”，可以是中文或英文，根据个人需求填写或者不填，从第四列开始，每一列都是螺栓的同一个可变项目的取值，我们称之为一个项或列。

图1 GB/T5782-2000六角头螺栓的族表

当创建族表时，系统实际上并不会为每一实例创建额外的*.prt文件，这些实例其实都是虚拟的。打开选定实例时，系统实际上会先打开“类属”模型，然后根据族表行中该实例的可变项目相关信息来再生此模型。

3 实例分析

下面通过实例，讲解族表的创建过程以及在机械设计中的应用。鉴于螺栓规格种类繁多，现采用GB/T95-2002 C级平垫圈为例［3］。图2、3分别为平垫圈的尺寸标注示意和规格分类。

图2 平垫圈的尺寸标注

图3 平垫圈规格

3.1 GB/T95-2002平垫圈族表的创建过程

(1)建立平垫圈的类属对象或基础对象。以标准列表中的任意一组规格尺寸建立一个平垫圈的实体模型，并命名为GB_T95_2002。这个模型作为整个族表文件的基础模型。

(2)建立族表文件。在基础模型的“工具”菜单中，打开“族表”，点击“添加/删除表列”，如图4所示。然后，在打开的“族项目”中将建立基础模型时需要的3个尺寸，依次添加到项目表中，确定即可。添加的顺序没有严格的限制，由个人习惯决定。添加的这3个尺寸项目，其实就是族表的第一行表头。然后，点击“用Excel编辑当前表格”，将该标准要求的所有规格项目，依次填写到表格中，且与表头对应。

图4 族表建立选项

尤其要注意，平垫圈的选用是和螺栓等紧固件有关的，因此在“实例名”列中编辑名称时，要使用公称规格为平垫圈命名。这样便于和配套使用的其他标准件统一管理。另外，在编辑实例名时，不能使用非法符号，例如“D1.6”应该编辑为“D1_6”。编辑完全后，保存表格，并关闭，得到图5的页面，进行“校验族的实例”。校验完毕，确定并保存模型即可。

图5 校验族的实例

3.2 GB/T95-2002平垫圈族表的使用

设计人员在产品设计过程中，如果需要GB/T95-2002国标的平垫圈，就可以利用刚建立的族表调用所需规格的模型。方法如下:

(1)在组件模型中，点击“装配”，找到平垫圈族表所在的目标文件GB_T95_2002.prt，打开并得到图6的对话框。

图6 选取实例

(2)从列表中选择需要的规格并打开，装配完成之后，打开装配的模型备份到工作目录。备份后，装配的实例模型以及整个平垫圈族表文件都保存到了组件模型所在的工作目录，便于从工作目录中随时重复调用。

4 结语

Pro/E三维参数化造型软件虽然提供了强大的参数化特征造型功能，但仍有提高其工作潜力的能力［4］。笔者介绍的族表工具，就是可以充分发挥潜能的方法手段。机械设计人员可以利用该工具建立螺栓、螺钉、轴承等标准件的族表文件，继而形成一个适合自身或者企业使用的族表库。族表库的建立，将大大满足设计人员的需要，提高了工作效率，缩短了产品研发周期。

［1］ 钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0完全实例解析［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［2］ 杜 健.柴油机虚拟装配及仿真动画关键技术研究［D］.大连:大连交通大学，2007.

［3］ 成大先.机械设计手册［M］.第五版.第2卷.北京:机械工业出版社，2007.

［4］ 刘海芳.基于Pro/E的机械设计标准件库的建立［J］.机械设计与研究，2004，20(2):43-44.