摘要：介绍了参数化设计的概念和原理，阐述了基于Pro/E的参数化设计的几种方法及特．获，并以滚珠丝杠的设计为例，详细介绍了基于Program参数化设计过程。

    计算机辅助设计（Computer Aided Design， CAD）是工程技术人员以计算机为辅助工具，用自己的专业知识对产品或工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。  CAD技术是20世纪制造业最杰出的成就之一，也是计算机在制造业应用最成功的范例之一。早期的CAD软件，必须对设计的各个图元定义的详细形状和准确的位置信息，系统根据设计者输入的信息生成图形，因而设计的灵活性差，修改起来比较困难。随着计算机技术的不断发展，CAD技术正在向三维化、参数化、集成化、智能化等方面发展，其中基于参数化的设计过程因其操作简单、快捷、修改方便等优点得到工程设计人员的广泛应用。

    1 参数化设计的概念和原理
    参数化设计也叫尺寸驱动，是基于几何约束和尺寸约束的模型描述方法。在CAD参数化设计中通过定义图形间几何约束和尺寸约束，指定一组尺寸作为参数使其与模型特征相关联，保证模型修改的一致性和有效性。并将所有关联式融人到应用程序中，然后以人机交互方式修改参数尺寸，通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。
    参数化设计主要有两种操作类型：一是尺寸约束参数化，对形状特征进行尺寸约束；二是定位约束参数化，即对特征进行定位约束。将参数化设计与特征建模结合起来，使得特征作为参数的载体，通过特征的操作构造零件的几何形状，使得不同特征的形状尺寸和位置尺寸在一定范围内，操作者可以根据需求调整参数值，得到所需的零件。其基本原理如图1所示。

    2  Pro/E参数化设计
    Pro/E软件是美国PTC公司基于单一数据库、参数化、特征建模、全相关及工程数据库再利用等特征基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与制造工作。
    Pro/E不仅提供了集设计、制造、分析于一身的强大的功能模块，还为用户提供了多种可实现参数化设计工具。比较常用的有族表法（Family Table）， Pro/Toolkit法、Pro/Program法等。

    2.1族表法（Family Table）
    族表在Pro/E中是以表格的形式来驱动模型的，常用于一组形状相似的零件或者组件的集合。族表主要用于零组件的系列化设计和管理，特别是标准件设计和管理。例如：螺栓、螺母、轴承等。
    在建立零部件的族表时，首先要先创建一个具有代表性的零件（父零件），此零件必须包含系列零件的所有特征，然后以编辑族表的方式，将系列零件中相异的尺寸、参数等项目添加到族表内，系统会自动读取表格内容，产生新的零件。为保证族表中的零件再生成功，可以使用Pro/E中的校验功能，校验成功后，该图库就创建完成了。族表的建立过程如图2所示。

    Pro/E的族表功能具有如下优点：不用编程、简单易用、设计周期短、占用内存小等。但其只能用于简单结构的相似零件的创建，如标准件。

    2.2  Pro/Toolkit法
    Pro/Toolkit是PTC公司为Pro/E软件提供的开发工具包，即应用程序接口（API）。它可以让用户或通过第三方程序代码扩充Pro/E的功能，开发基于Pro/E的应用程序模块，满足用户的特殊要求。并可实现应用程序模块与Pro/E系统的无缝集成。
    利用Pro/Toolkit开发工具包，其优点是可以实现真正的零件参数的模块化，但其需要设计人员必须具备机械专业知识和CAD的熟练程度，而且也要对面向对象化的编程（Visual C＋＋）必须熟悉，这给设计人员带来了很大困难。

    2.3  Pro/Program法
    Pro/Program参数化设计平台，兼具前两者的优点，为用户提供一个可程序化的工具。Pro/E在造型的同时，Pro/Program会产生特征的Program，它可视为一个记录文件，是类似BASIC的高级语言构成的。它会将Pro/E模型树中的每一个特征详细地记录下来，使用者不必重新撰写设计步骤，而只需加入几个相关的语法指令就可以让整个零件或组件变得多样化。
    利用Pro/Program模块建立标准件或者系列产品的步骤是叫：
    （1）分析零件，提取关键参数，然后设置参数确定驱动参数。
    （2）创建样本零件模型。
    （3）编制程序。
    Pro/Program的程序分为五个部分，各部分作用如图3所示。

    （4）执行程序。
    打开样本零件模型，选择再生功能，系统将自动从样本模型读人参数，输人新的参数值后，自动生成新的模型。

    3 应用举例
    以一简单的机械零件滚珠丝杠为例，介绍Pro/Program模块的参数化建模方法及步骤。滚珠丝杠副是机械精密传动系统的重要部件之一，在对其设计过程中，如果每一个滚珠丝杆副零件都单独设计，将占用设计人员的大量时间，影响产品的开发周期。本例应用Pro/E 3. 0的Pro/Program模块，实现产品的参数化和快速设计。
    3.1滚珠丝杆的参数确定
    根据滚珠丝杆的结构，其主要的结构参数有：左侧安装轴径和长度（DL， LL）、右侧安装轴径和长度（DR，LR）、丝杠长度和外径（D，L）、滚珠中心径（DP）、滚珠直径（DA）和导程（P）。首先赋予每一个参数初值：DL＝20，LL＝20，DR＝18，LR＝30，D＝25，L＝250，DP＝25 ．5，DA＝3 ．969，P＝306。
    3.2创建滚珠丝杆的样本模型
    根据丝杠模型的特点，模型的创建可以分为以下几个步骤，首先按照上面的参数通过拉伸的方法创建丝杠长度部分，然后对整个丝杠长度L经螺旋扫描生成螺旋特征，最后在左右分别添加拉伸特征的安装轴径。完成后的模型如图4所示。

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