CN104156528B - 一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，该方法可在较短时间内构件出符合要求的标准设备本体模型；该方法具体过程为：(1)利用Pro/E软件建立一个空白模型，在空白模型中插入三个默认基准平面和一个缺省基准坐标系；(2)绘制拉伸本体轮廓草图，形成设备本体轮廓模型；(3)设定定位约束，绘制拉伸耳片轮廓草图，形成标准设备的耳片模型；(4)设备本体轮廓自定义特征创建；(5)设备耳片自定义特征创建；至此完成设备本体模型快速建模。

Description

一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法

技术领域

本发明涉及一种设备模型快速建模方法，具体涉及一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法。

背景技术

复杂装备(如航空、航天等)中包含很多设备，其中大部分为标准设备，标准设备由设备本体轮廓和多个安装耳片构成。其中设备本体轮廓可简化为规则长方体，形式较为固定。标准设备本体模型的耳片根据外形不同可归纳为11种(用字母依次命名为A型、B型、C型、D型、E型、F型、G型、H型、I型、J型、K型)，根据安装位置是在设备本体中间部位还是在两端又可分为非角和至角两类，依据上述分类可排列组合出22种不同形式，分别为A型非角、A型至角、B型非角、B型至角、C型非角、C型至角、D型非角、D型至角、E型非角、E型至角、F型非角、F型至角、G型非角、G型至角、H型非角、H型至角、I型非角、I型至角、J型非角、J型至角、K型非角、K型至角。

Pro/E是世界上最为先进的三维CAD设计软件之一。广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等大型复杂产品设计、仿真、加工、生产领域，利用Pro/E软件进行标准设备本体模型建模时，需先创建设备本体轮廓，在根据需要分别创建设备耳片，操作步骤较多，创建一台设备周期较长，同时由于设计人员的水平和习惯不同，操作方法各异，严重影响了设计的效率和规范性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，该方法可在较短时间内构件出符合要求的标准设备本体模型。

本发明的技术解决方案是：

一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，具体步骤如下：

(1)利用Pro/E软件建立一个空白模型，在空白模型中插入三个默认基准平面和一个缺省基准坐标系，将与基准坐标系的XOY平面重合的基准平面命名为XY基准面，与基准坐标系的XOZ平面重合的基准平面命名为XZ基准面，与基准坐标系的YOZ平面重合的基准平面命名为YZ基准面；

(2)以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，绘制拉伸本体轮廓草图，形成设备本体轮廓模型；

(3)以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，以设备本体轮廓的矩形边界为一个定位约束，以XZ或YZ基准面作为另一个定位约束，绘制拉伸耳片轮廓草图，形成标准设备的耳片模型；

(4)设备本体轮廓自定义特征创建：将本体轮廓的长、宽、高指定为可变尺寸；

(5)设备耳片自定义特征创建：将耳片厚度、耳片距离XZ或YZ基准面的距离、耳片上的安装孔孔径、安装孔距离本体轮廓的距离指定为可变参数；XY基准面、耳片所附着的本体轮廓实体表面、XZ或YZ基准面指定为建模参考；

至此完成设备本体模型快速建模。

进一步地，当耳片上有加强筋时，则以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，以耳片边界为定位约束，绘制拉伸加强筋草图，然后通过拉伸裁剪的方式去除多余部分，形成加强筋特征。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)通过分解标准设备本体模型，将标准设备的主要构成分解为设备本体轮廓和设备耳片两大类。针对两大类分别建立相应模型，为设备本体轮廓和设备耳片定制了自定义特征，实现了标准设备本体组要构成元素的标准化和模板化。新建标准设备本体模型时，通过插入指定的自定义特征，可在较短时间内构件出符合要求的标准设备本体模型。

(2)产品设计的标准化和正确性得到有效保证。消除了人为原因造成的不可靠因素，设计的正确性、可靠性较之以往有了巨大提升。

(3)在该方法的基础上，可基于Pro/E软件进行二次开发，利用程序自动插入自定义特征，实现标准设备本体的自动建模。因此该方法为设备本体模型建模的自动化提供了便利，可大幅减少代码的开发量。

附图说明

图1为设备本体轮廓自定义特征和设备耳片自定义特征创建过程示意图；

图2为利用设备本体轮廓自定义特征和设备耳片自定义特征快速创建标准设备本体模型的应用示意图；

图3为空模型创建示意图；

图4为在空模型中插入的基准坐标平面和坐标系；

图5为设备本体轮廓建模放置面和拉伸方向示意图；

图6为设备本体轮廓草图绘制示意图；

图7为创建的设备本体轮廓；

图8为设备耳片建模放置面和拉伸方向示意图；

图9为设备耳片草图绘制示意图；

图10为为加强筋建模放置面和拉伸方向示意图；

图11为加强筋轮廓草图绘制示意图；

图12为加强筋去除部分草图绘制示意图；

图13为加强筋去除部分剪切方向示意图；

图14为创建的设备耳片；

图15为只含有单根加强筋的三种形式示意；

图16为设备本体轮廓自定义特征所包含的特征；

图17为设备本体轮廓的可变尺寸；

图18为形成的设备本体轮廓自定义特征文件；

图19为设备耳片自定义特征所包含的特征；

图20为设备耳片的可变尺寸；

图21为设备耳片的放置参考面；

图22为形成的设备耳片自定义特征文件；

图23为插入设备本体轮廓自定义特征时可定义的可变尺寸；

图24为通过插入自定义特征快速创建的设备本体轮廓；

图25为插入耳片自定义特征时选择的放置参考；

图26为插入设备本体轮廓自定义特征时可定义的可变尺寸；

图27为通过插入自定义特征快速创建的设备耳片；

图28为包含四个耳片的标准设备本体模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

梳理标准设备本体模型的类型：

标准设备本体模型有设备本体和耳片组成。所有标准设备的本体外轮廓均为长方体，通过为长方体的长、宽、高赋不同数值，可以获得任意想要的本体三维模型。耳片为设备本体周围的凸出部分，一般存在螺纹安装孔，设备安装时将耳片与安装面贴合，采用螺钉穿过耳片上的螺纹安装孔将设备安装在安装面上。根据耳片外形不同可分为11种(用字母依次命名为A型、B型、C型、D型、E型、F型、G型、H型、I型、J型、K型)，根据安装位置是在设备本体中间部位还是在两端有可分为非角和至角两类，依据上述分类可排列组合出22种不同形式，分别为A型非角、A型至角、B型非角、B型至角、C型非角、C型至角、D型非角、D型至角、E型非角、E型至角、F型非角、F型至角、G型非角、G型至角、H型非角、H型至角、I型非角、I型至角、J型非角、J型至角、K型非角、K型至角。

基于上述标准设备本体模型的梳理，本发明基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，如图1所示，具体步骤如下：

(一)在Pro/E环境中开展共性特征的定制，形成设备本体轮廓模型，可按照如下步骤进行：

●打开Pro/E软件，采用“新建”功能创建一个没有内容的空白模型，如图3所示。

●在空白模型中手工插入三个默认基准平面和一个缺省基准坐标系(命名为P_CSYS)，将与基准坐标系的XOY平面重合的基准平面命名为XY基准面，与基准坐标系的XOZ平面重合的基准平面命名为XZ基准面，与基准坐标系的YOZ平面重合的基准平面命名为YZ基准面，如图4所示。

●在Pro/E中基于草图创建拉伸特征。创建拉伸特征时以XY基准面为草图绘制面，以P_CSYS的Z方向为拉伸方向。如图5所示。绘制拉伸草图时，以P_CSYS坐标系原点为矩形中心，矩形长宽相对该中心对称，如图6所示；上述操作完成后，形成标准设备本体轮廓模型，如图7所示。

(二)在Pro/E环境中开展耳片特征的定制，形成设备上22种耳片自定义特征。对于不含筋的耳片只需要创建耳片特征即可，对于含筋的耳片，还需要在在耳片上增加筋特征。

●以拉伸的方式生成耳片特征，创建拉伸特征时以XY基准面为草图绘制面，以P_CSYS的Z方向为拉伸方向，如图8所示。以设备本体轮廓的矩形边界为一个定位约束，以XZ或YZ基准面作为另一个定位约束，如图9所示；如果耳片上没有筋，拉伸操作完成后，即完成了标准设备的一个耳片的三维建模。

●如果耳片上有加强筋，需要以拉伸方式生成加强筋轮廓，创建拉伸特征时以XY基准面为草图绘制面，以P_CSYS的Z方向为拉伸方向，如图10所示；以耳片边界为定位约束，如图11所示；加强筋轮廓创建完成后，通过拉伸裁剪的方式去除多余部分，如图12和图13所示。最终形成加强筋特征，如图14所示。

●上述表示最复杂的双加强筋建模说明加强筋特征的创建，对于单加强筋(仅有左侧加强筋、仅有右侧加强筋、加强筋耳片中间)的情况，如图15所示，建模更为简单，可参考双加强筋处理方式。

(三)开展设备本体轮廓自定义特征创建：设备本体自定义特征中应包含三个基准平面(XY平面、XZ平面、YZ平面)、一个坐标系(P_CSYS)和设备本体轮廓拉伸特征，如图16所示，同时将本体矩形轮廓的长、宽、高指定为可变尺寸，如图17所示。构建自定义特征的方法为Pro/E软件的标准功能，此处不再赘述，只利用该功能生成所需的结果，生成的设备本体轮廓自定义特征如图18所示。

(四)开展设备耳片自定义特征创建：应将构成耳片特征的所有操作过程特征均添加到耳片自定义特征中，如图19所示；将耳片厚度、耳片距离XZ(或YZ)基准面的距离、耳片上的安装孔孔径、安装孔距离本体轮廓的距离指定为可变参数，如图20所示；XY基准面、耳片所附着的本体轮廓实体表面、XZ(或YZ)基准面指定为建模参考，如图21所示。构建自定义特征的方法为Pro/E软件的标准功能，此处不再赘述，只利用该功能生成所需的结果。生成的设备耳片自定义特征，如图22所示。

上述步骤完成了设备本体轮廓自定义特征和设备耳片自定义特征的构建。重复上述步骤可以建立22种形式

以下说明如何利用已构建的自定义特征快速构建标准设备本体模型，如图2所示：

首先，在Pro/E中新建一个零件，作为插入自定义特征的模型载体。

其次，执行插入设备本体轮廓自定义特征操作，插入自定义特征功能为Pro/E软件标准功能，此处不予赘述，只描述执行结果。在插入设备本体轮廓自定义特征界面上，可为自定义特征的可变尺寸赋值，如图23所示，生成的设备本体如图24所示。

再次，继续插入设备耳片自定义特征。插入自定义特征操作为Pro/E固有功能，此处不再赘述，只描述执行结果。插入设备耳片自定义特征时，选取XY基准面、耳片所附着的轮廓本体表面和XZ(或YZ)作为自定义特征建模基准，如图25所示；在插入设备耳片自定义特征界面上，可为预先设定的可变尺寸赋值，如图26所示。执行完上述操作后，标准设备的本体上就增加了一个耳片特征，结果如图27所示；

最后，一个标准设备上可能有多个耳片，对于多耳片情况，重复之前的过程，直至完成所有耳片特征的构建，图28为含有四个耳片的设备本体模型。

在执行具体操作时，首先在Pro/E环境下新建一个零件(PRT)模型，利用Pro/E软件的“插入自定义特征”功能从磁盘上选择设备本体轮廓自定义特征文件并将其插入到当前模型环境中。插入过程中，允许操作者根据实际标准设备的长、宽、高为可变尺寸赋值，赋值完成后，在Pro/E中实时生成指定尺寸的设备本体轮廓，生成的设备本体轮廓中包含三个基准平面(XY、XZ、YZ)、一个基准坐标系(P_CSYS)和一个拉伸特征。

本体轮廓生成后，根据标准设备的实际耳片类型，从22中耳片中执行选用，利用Pro/E软件的“插入自定义特征”功能从磁盘上选择设备耳片自定义特征文件并将其插入到当前模型环境中，设置基准面XY为耳片自定义特征的第一个参考面，耳片所依附的矩形本体轮廓实体面为第二参考面，以XZ(或YZ)基准面作为第三参考面。上述参考面指定完成后，即决定了设备耳片的空间位置。插入过程中，可根据耳片实际尺寸为耳片与XZ(或YZ)基准面的距离、耳片上的安装孔孔径、安装孔与本体轮廓的距离等可变尺寸赋值，赋值完成后，即决定了耳片的形状和大小。放置面和尺寸值设计均操作完毕，即可生成满足实际要求的含有一个耳片的标准设备本体模型。

实际的标准设备一般包含四个及四个以上耳片，其类型可能相同也可能不同，可根据实际设计需要从22种耳片类型执行选用。

实施例

以创建一个包含四个F型非角的标准设备本体模型为例，设备本体为长方体，长为100cm，宽为80cm，高为60cm。每个耳片上有一个安装孔，孔直径为6cm，孔圆心距离设备本体轮廓面的距离为8cm，四个耳片相对设备本体轮廓中心对称，每个耳片相对中心对称面的距离均为30cm。

打开Pro/E软件，新建零件模型。执行Pro/E操作“插入”-“用户自定义特征”操作，从磁盘选取设备本体轮廓自定义特征文件，在插入自定义特征窗口中为长度尺寸赋值100，宽度尺寸赋值80，高度尺寸赋值60，执行确认，快速生成满足设计要求的设备本体轮廓。同时Pro/E模型树上出现三个基准平面(XY、XZ、YZ)、一个基准坐标系(P_CSYS)和一个拉伸特征。

执行Pro/E操作“插入”-“用户自定义特征”操作，从磁盘选取设备F型耳片自定义特征文件，在插入自定义特征窗口中设置基准面XY为耳片自定义特征的第一个参考面，耳片所依附的矩形本体轮廓实体面为第二参考面，以XZ(或YZ)基准面作为第三参考面。为耳片距离XZ(或YZ)基准面的距离赋值30，为安装孔孔径赋值6，为安装孔距离本体轮廓的距离等可变尺寸赋值8，执行确认，即快速在设备本体轮廓模型上增加了一个指定规格的F型耳片。如需将耳片放置在当前位置相对中心面的对称位置，只需在为自定义特征中耳片距离XZ(或YZ)基准面的距离赋值为-30，即可实现耳片特征的对称放置。

按照上述操作重复执行四次，即可生成指定要求的标准设备本体模型。

上述过程相比手工开展设备本体建模，工作量减少95％以上，设备建模的标准化程度和设备建模的正确性得到巨大提高。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)利用Pro/E软件建立一个空白模型，在空白模型中插入三个默认基准平面和一个缺省基准坐标系，将与基准坐标系的XOY平面重合的基准平面命名为XY基准面，与基准坐标系的XOZ平面重合的基准平面命名为XZ基准面，与基准坐标系的YOZ平面重合的基准平面命名为YZ基准面；

(2)以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，绘制拉伸本体轮廓草图，形成设备本体轮廓模型；

(3)以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，以设备本体轮廓的矩形边界为一个定位约束，以XZ或YZ基准面作为另一个定位约束，绘制拉伸耳片轮廓草图，形成标准设备的耳片模型；

(4)设备本体轮廓自定义特征创建：将本体轮廓的长、宽、高指定为可变尺寸；

(5)设备耳片自定义特征创建：将耳片厚度、耳片距离XZ或YZ基准面的距离、耳片上的安装孔孔径、安装孔距离本体轮廓的距离指定为可变参数；XY基准面、耳片所附着的本体轮廓实体表面、XZ或YZ基准面指定为建模参考；

至此完成设备本体模型快速建模。

2.根据权利要求1所述基于Pro/E的标准设备本体模型快速建模方法，其特征在于，当耳片上有加强筋时，则以XY基准面为草图绘制面，以基准坐标系的Z方向为拉伸方向，以耳片边界为定位约束，绘制拉伸加强筋草图，然后通过拉伸裁剪的方式去除多余部分，形成加强筋特征。