本文介紹了基于Pro/ENGINEER三維CAD設計軟件建立皮帶機的參數化特征實體模型，完成了參數之間的關聯設計，通過對控制參數的改變，快速完成不同系列皮帶機的設計。實際系統測試表明，該系統實現了2D繪圖與快速生成特征實體模型的高度集成，從而縮短了產品設計開發周期，提高企業對市場的應變能力。

一、概述

皮帶機是煙草企業中常用的輔聯設備，由于在各煙廠生產線上聯接的設備不同，所以皮帶機的結構類似，但尺寸不同，需要進行大量的變型設計。

在以往皮帶機的設計過程中，絕大部分都采用二維平面設計，為了趕工期，設計人員往往直接在老圖紙上刮去尺寸和線條，手工畫上線條、填寫新尺寸，這樣容易使產品結構等信息表達有誤，引起設計部門與制造工藝部門不必要的信息反復。同時，由于沒有相關聯的產品三維裝配模型可供分析，給干涉分析及空間設計帶來了困難。而本文將要論述的三維參數化設計系統則很好地解決了這樣的問題。它以三維實體模型為基礎，利用參數化設計方法，實現以少數幾個參數來控制其他的特征參數，使整個設計過程都是針對實體特征模型進行，擺脫了二維設計中的局限性。另外，本設計系統實現了動態交互的設計功能，用戶可以隨時改變控制參數來滿足自己的要求，具有很大的靈活性與實用性，符合未來設計發展的需要，具有良好的發展前景。

二、皮帶機特征模型基本參數的交互式輸入及關聯

1.基本參數

下面以某型皮帶機為例，介紹整個控制過程。如圖1所示，皮帶機整體特征模型包括支腿、側板、側擋板、主動輥、被動輥、托輥和皮帶等部件，需要經常變動的主要包括皮帶的寬度B、前后輥的中心距L和皮帶面的高度H三個尺寸參數。支腿的寬度、高度、主動輥的長度和側板的長度等結構尺寸參數都可由以上的基本參數來確定，所以不作為基本參數，只作為設計中需要考慮的結構參數，這樣既減少了基本參數的數量，也有利于下一步控制參數的提取與確定。

2.基本參數的交互式輸入及關聯

(1)骨架模型的建立及裝配

在Pro/ENGINEER中提供了骨架模型的功能，允許設計者在加入零部件之前，先設計好每個零件在空間中的靜止位置或在運動時的相對位置的結構圖。設計好結構圖后，可以利用此結構將每個零部件裝配上去，以避免不必要的裝配限制的沖突。在本例中則需要建立好皮帶的寬度B、前后輥的中心距L和皮帶面的高度H三個尺寸參數的骨架模型，如圖2所示。

圖1 皮帶機模型結構

圖2 骨架模型

將做好的主動輥、被動輥、側板、側擋板、托輥、支腿和皮帶等部件按照相對位置進行裝配。

(2)建立基本參數變量

在Pro/ENGINEER中提供了可程序化的工具Pro/PROGRAM，利用此工具可以事先將某些常常要更改的步驟和尺寸編寫成語句，使得整個零件文件或裝配部件能夠易于讓每個使用這些文件的人員明白如何操作。本例中，在裝配文件中的菜單管理器中，選擇【Assembly（組件）】→【Program（程序）】→【Edit Design（編輯設計）】，執行后，Pro/ENGINEER會自動調用Windows內嵌的編輯器（一般是記事本），并顯示其內容，在里面添加內容，如圖3中上部方框所示。

圖3 添加參數變量和特征表達式關聯

(3)建立特征表達式關聯

在裝配文件中的菜單管理器中，選擇【Assembly（組件）】→【Relation(關系)】→【Switch Dim（切換尺寸）】→【Pick（選擇）】，選擇一個要顯示參數的特征，在Pro/ENGINEER中，每個尺寸均會給予一個代號，這些代號如圖4所示的方式表示，如選擇被動輥的輥筒的長度代號為d3:8。已知被動輥的輥筒的長度比皮帶的寬度B長20mm，所以選擇【Assembly（組件）】→【Assem Rel(裝配關系)】→【Add（增加）】，輸入d3:8=B+20。依此類推，逐一鍵入各個零件與L、B、H有關的各關系式。

圖4 切換參數代號

在皮帶機中，側板支撐、托輥、支腿等零部件的間距基本是固定的，當前后輥的中心距L發生變化時，其數量也應發生相應的變化。下面以支腿的數量變化為例，介紹其實現的過程。由圖5可知，支腿的間距為d25:1，數量為p26:1，距一端距離為d24:1，由經驗可知側板下部的長度為L-370，鍵入以下關系式：

d24:1=2000，
p26:1=ceil((L-370)/2000)，
d25:1=(L-370-400)/(P26:1-1)，

以上關系式意義如下，假設支腿的間距為2000mm，求支腿的數量，由支腿的數量求支腿的實際間距。

ceil()是求大于輸入實數的最小整數，例如，ceil(10.2)=11
完成后的特征表達式關聯列表如圖3中下部方框內的內容所示。

圖5 支腿陣列參數

(4)不同模型的生成

1)點擊【Regererate（再生）】→ 【Automatic（自動）】 → 【Enter（輸入）】 →【Select All （選取全部）】 →【Done Sel （完成選取）】。

2) 按屏幕提示輸入相應參數

請輸入皮帶的寬度： [800] （括號內為原有數值）；
請輸入皮帶機兩輥的中心距： [3615]；
請輸入皮帶面的高度： [1200]。

3)輸入完參數后，自動按照參數生成。

上文中圖1為B=1100，L=3615，H=1200的模型。圖5是相應尺寸分別為800、9000和1000的模型。

三、結束語

本文只是以一個簡單的例子介紹了產品變型設計的思路和步驟。此方法可以在建模的同時將企業在設計開發領域中積累的豐富技術資料和經驗融入到典型零部件的設計中，以期盡量利用已有的成熟零部件設計新產品，即用盡量少的新設計零部件組成盡可能多的變型系列新產品，解決目前有經驗的設計人員不多、設計水平不高的問題，又能使有經驗的設計人員從事更多的創造性工作，從而縮短了產品設計開發周期，提高了企業對市場的應變能力。