CN107122509A - 一种Pro/E设计模型几何轻量化方法 - Google Patents

一种Pro/E设计模型几何轻量化方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其包括一下步骤：(1)用C++语言开发Pro/E设计模型几何轻量化系统并将其整合到Pro/E软件之中；(2)判断所要处理的设计模型是零件模型还是装配体模型；(3)对于零件模型，根据力学分析简化需要，删除零件模型上的工艺特征只保留其主体模型；(4)对于装配体模型，根据力学分析简化需要，先删除装配体模型中的小尺寸零件只保留其大尺寸零件，接着在此基础上遍历删除所有大尺寸零件的工艺特征；(5)检查设计模型是否满足力学分析要求，如果不满足重复步骤(3)和(4)。本发明可以解决人工简化Pro/E设计模型，效率低，且出错率高的问题，为后续的有限元分析提供了支持。

Description

一种Pro/E设计模型几何轻量化方法
技术领域
本发明涉及一种三维数字实体模型几何轻量化方法，特别是涉及一种基于Pro/E三维数字实体模型的几何轻量化方法，属于CAD模型编辑修改以及有限元建模前处理领域。
背景技术
很多机械产品的设计都是基于Pro/E软件平台开展的，而开展产品CAE分析通常是在专业的有限元软件内重新建立相应的简化分析模型，这使得产品设计人员要花费大量的时间在重复性的工作上，造成设计资源的浪费。如果在Pro/E模型的基础上进行有限元分析可以实现产品结构信息继承，避免重复建模。然而，机械产品设计的Pro/E模型要考虑设计的实现，要对结构的每一个细节进行建模，包括、结构倒角/圆角、连接螺钉、螺纹孔、凸台等许多细微的结构特征，这些结构特征对产品力学特性分析时的有限元建模是需要简化的或者是不需要的。而且过多的细节特征会带来CAD/CAE模型转化再生失败，有限元网格划分困难、计算规模巨大等一系列问题。因此，对于Pro/E模型进行几何轻量化处理为下一步的有限元分析提供技术支撑，对于实现CAD/CAE优势互补，缩短产品研发周期，完善产品设计性能，减少重复性工作解放人的精力具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为克服人工简化Pro/E设计模型，效率低，且出错率高等缺陷，提供一种能够自动清除Pro/E设计模型中工艺特征、小尺寸零件的方法。
本发明采用的技术方案是：一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，包括如下步骤：
(1)用C++语言开发Pro/E设计模型几何轻量化系统并将其整合到Pro/E软件之中；
(2)判断所要处理的设计模型是零件模型还是装配体模型；
(3)对于零件模型，根据力学分析简化需要，删除零件模型上的工艺特征只保留其主体模型；
(4)对于装配体模型，根据力学分析简化需要，先删除装配体模型中的小尺寸零件只保留其大尺寸零件，接着在此基础上遍历删除所有大尺寸零件的工艺特征；
(5)检查设计模型是否满足力学分析要求，如果不满足重复步骤(3)和(4)。
步骤(1)所述的Pro/E设计模型几何轻量化系统是：利用Pro/E软件提供的Pro/TOOLKIT二次开发工具包，通过C++语言编程调用工具包提供的底层资源实现几何轻量化程序的开发，再通过编译器和链接器生成能够在Pro/E环境下运行的可执行程序或动态链接库。
步骤(2)所述零件模型是只有一个三维实体模型，其文件扩展名为“.prt”；所述的装配体模型是由多个零件模型按照一定的装配约束关系组成的一个三维实体模型，其扩展名为“.asm”。
步骤(3)和步骤(4)所述的力学分析简化需要是：Pro/E设计模型是面向加工制造的，要求模型结构细节详尽，而这些细节特征在进行有限元力学分析时不仅对于模型的力学特性影响很小，而且会增加有限元模型的复杂程度，降低数值计算的效率，所以在进行有限元分析前需要对于设计模型进行必要的简化，简化的程度根据力学分析所要求的精度、计算效率以及设计模型的特点而定。
步骤(3)和步骤(4)所述的工艺特征是：在产品设计时为了便于制造、安装、消除应力集中等因素，在Pro/E设计模型中保留了很多倒角、圆角、螺纹孔、安装孔、定位孔、凸台、凹槽等特征。
步骤(3)和步骤(4)所述的删除工艺特征包括在零件环境中删除和在装配体环境删除；选择不同的特征类别，根据输入的特征尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式针对该类别的特征对于Pro/E设计模型进行遍历，删除特征尺寸小于给定阈值尺寸的工艺特征。
所述的特征尺寸是：倒角边长、圆角半径、孔直径、凸台直径、凹槽宽度/半径。
步骤(4)所述的小尺寸零件是装配体模型中那些对于力学分析没有影响的包络尺寸相对较小的零件。
步骤(4)所述的删除小零件是：根据输入的零件包络尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式对于Pro/E设计模型进行遍历，解除装配体各个零件之间的装配约束关系，删除包络尺寸小于给阈值尺寸的零件。
所述的零件包络尺寸是：能够包围住Pro/E零件模型的最小立方体的对角线长度。
本发明是一种三维数字实体模型几何轻量化方法，解决了人工简化Pro/E设计模型，效率低，且出错率高等问题，为下一步的有限元分析提供了技术支撑。对于实现CAD/CAE优势互补，缩短产品研发周期，完善产品设计性能，减少重复性工作解放人的精力具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的工作流程图
图2是带有工艺孔的立方体零件模型
图3是几何轻量化系统下拉菜单
图4是【输入删除圆孔直径】对话框
图5是【删除小孔信息】对话框
图6是删除小孔之后的实体模型
图7是工艺特征清除前Pro/E装配体模型
图8是工艺特征清除后的Pro/E装配体模型
图9是【输入删除小零件特征尺寸】对话框
图10是装配体模型中各个零件的特征尺寸
图11是小零件特征清除后的Pro/E模型
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法做出详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其具体包括如下步骤：
(1)用C++语言开发Pro/E设计模型几何轻量化系统并将其整合到Pro/E软件之中；
所述的Pro/E设计模型几何轻量化系统是：利用Pro/E软件提供的Pro/TOOLKIT二次开发工具包，通过C++语言编程调用工具包提供的底层资源实现几何轻量化程序的开发，再通过编译器和链接器生成能够在Pro/E环境下运行的可执行程序或动态链接库。编译好的可执行程序和动态链接库可以动过人工和自动两种方式加载，这样所开发的几何轻量化系统就能以下拉菜单、对话框的方式集成到Pro/E软件之中，如图3所示。
(2)判断所要处理的设计模型是零件模型还是装配体模型；
采用Pro/E软件进行产品设计主要分为两类：零件模型和装配体模型。所述零件模型是只有一个三维实体模型，其文件扩展名为“.prt”；所述的装配体模型是由多个零件模型按照一定的装配约束关系组成的一个三维实体模型，其扩展名为“.asm”。
(3)对于零件模型，根据力学分析简化需要，删除零件模型上的工艺特征只保留其主体模型；
所述的力学分析简化需要是：Pro/E设计模型是面向加工制造的，要求模型结构细节详尽，而这些细节特征在进行有限元力学分析时不仅对于模型的力学特性影响很小，而且会增加有限元模型的复杂程度，降低数值计算的效率，所以在进行有限元分析前需要对于设计模型进行必要的简化，简化的程度根据力学分析所要求的精度、计算效率以及设计模型的特点而定。
所述的工艺特征是：在产品设计时为了便于制造、安装、消除应力集中等因素，在Pro/E设计模型中保留了很多倒角、圆角、螺纹孔、安装孔、定位孔、凸台、凹槽等特征。
所述的删除工艺特征包括在零件环境中删除和在装配体环境删除；选择不同的特征类别，根据输入的特征尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式针对该类别的特征对于Pro/E设计模型进行遍历，删除特征尺寸小于给定阈值尺寸的工艺特征。
所述的特征尺寸是：倒角边长、圆角半径、孔直径、凸台直径、凹槽宽度/半径。
(4)对于装配体模型，根据力学分析简化需要，先删除装配体模型中的小尺寸零件只保留其大尺寸零件，接着在此基础上遍历删除所有大尺寸零件的工艺特征；
所述的小尺寸零件是装配体模型中那些对于力学分析没有影响的包络尺寸相对较小的零件。
所述的删除小零件是：根据输入的零件包络尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式对于Pro/E设计模型进行遍历，解除装配体各个零件之间的装配约束关系，删除包络尺寸小于给阈值尺寸的零件。
所述的零件包络尺寸是：能够包围住Pro/E零件模型的最小立方体的对角线长度。
(5)检查设计模型是否满足力学分析要求，如果不满足重复步骤(3)和(4)。
零件模型环境下开展几何轻量化处理时只需要在零件水平上根据简化需要直接清除一些工艺特征进而达到模型轻量化的目的。具体的操作下面通过一个实施例来详细说明。
图2是一个100×100×50的立方体实体模型，该立方体上有4个直径为10mm的小孔。点击下拉菜单【测试菜单】选择【测试删除小孔】按钮，如图3所示；之后系统会弹出【输入小孔直径】对话框，在其中输入将要删除的小孔的直径的阈值并点击【确定】按钮，如图4所示；程序将自动搜索模型中符合条件的所有小孔并弹出【删除信息】对话框该，对话框显示程序搜索到的模型中符合删除条件的小孔的个数，点击【确定】按钮程序将自动删除小孔，如图5所示。图6是删除小孔之后的实体模型。其他零件模型的工艺特征清除过程和上述操作基本类似。
在装配体模型环境下开展几何轻量化处理分为删除工艺特征和删除小零件。这两项工作没有先后顺序，视情况而定。对于大型装配模型而言一般可以先删除小零件之后在进行工艺特征删除，对于小型转配体模型也可以先删除工艺特征再删除小零件。具体的操作下面通过一个实施例来详细说明。
图7是小型的3级Pro/E装配体模型，该装配体模型包含4个零件、2个倒角、2个小孔、1个圆角。
在装配体环境下删除特征的操作步骤与零件相似，依然是点击下拉菜单【测试菜单】选择相应的删除对象按钮，弹出【输入尺寸】对话框，在其中输入将要删除的特征的尺寸的阈值并点击【确定】按钮，程序将自动搜索模型中符合条件的所有特征并自动完成删除工作。图8是删除工艺特征之后的Pro/E装配体模型。
对于装配体小零件的删除，单击下拉菜单【测试菜单】选择【测试删除小零件】按钮；系统会弹出【输入删除小零件特征尺寸】对话框，在其中输入将要删除的小零件的特征尺寸阈值并点击【确定】按钮，如图9所示；程序将对于整个装配体模型进行遍历搜索，解除装配体各个零件之间的装配约束关系，对于符合条件的小零件系统将以自动完成删除，图10和表1给出了各个零件的特征尺寸。图11是删除小零件之后的Pro/E模型。
表1装配体模型各个零件尺寸汇总

Claims (10)

1.一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用C++语言开发Pro/E设计模型几何轻量化系统并将其整合到Pro/E软件之中；
(2)判断所要处理的设计模型是零件模型还是装配体模型；
(3)对于零件模型，根据力学分析简化需要，删除零件模型上的工艺特征只保留其主体模型；
(4)对于装配体模型，根据力学分析简化需要，先删除装配体模型中的小尺寸零件只保留其大尺寸零件，接着在此基础上遍历删除所有大尺寸零件的工艺特征；
(5)检查设计模型是否满足力学分析要求，如果不满足重复步骤(3)和(4)。
2.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(1)所述的Pro/E设计模型几何轻量化系统是：利用Pro/E软件提供的Pro/TOOLKIT二次开发工具包，通过C++语言编程调用工具包提供的底层资源实现几何轻量化程序的开发，再通过编译器和链接器生成能够在Pro/E环境下运行的可执行程序或动态链接库。
3.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(2)所述零件模型是只有一个三维实体模型，其文件扩展名为“.prt”；所述的装配体模型是由多个零件模型按照一定的装配约束关系组成的一个三维实体模型，其扩展名为“.asm”。
4.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)所述的力学分析简化需要是：Pro/E设计模型是面向加工制造的，要求模型结构细节详尽，而这些细节特征在进行有限元力学分析时不仅对于模型的力学特性影响很小，而且会增加有限元模型的复杂程度，降低数值计算的效率，所以在进行有限元分析前需要对于设计模型进行必要的简化，简化的程度根据力学分析所要求的精度、计算效率以及设计模型的特点而定。
5.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)所述的工艺特征是：在产品设计时为了便于制造、安装、消除应力集中等因素，在Pro/E设计模型中保留了很多倒角、圆角、螺纹孔、安装孔、定位孔、凸台、凹槽等特征。
6.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)所述的删除工艺特征包括在零件环境中删除和在装配体环境删除；选择不同的特征类别，根据输入的特征尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式针对该类别的特征对于Pro/E设计模型进行遍历，删除特征尺寸小于给定阈值尺寸的工艺特征。
7.根据权利要求6所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，所述的特征尺寸是：倒角边长、圆角半径、孔直径、凸台直径、凹槽宽度/半径。
8.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(4)所述的小尺寸零件是装配体模型中那些对于力学分析没有影响的包络尺寸相对较小的零件。
9.根据权利要求1所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，步骤(4)所述的删除小零件是：根据输入的零件包络尺寸阈值，几何轻量化系统会以后台运行的方式对于Pro/E设计模型进行遍历，解除装配体各个零件之间的装配约束关系，删除包络尺寸小于给阈值尺寸的零件。
10.根据权利要求8和9所述的一种Pro/E设计模型几何轻量化方法，其特征在于，所述的零件包络尺寸是：能够包围住Pro/E零件模型的最小立方体的对角线长度。
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