滾動軸承是一種應用非常廣泛的標準零件。滾動軸承的多樣化、結構、尺寸、公差等為設計者建模時帶來大量繁重的工作。因此，需要建立軸承的參數化模型，來完成軸承的系列化產品建模。然而傳統的軸承參數化設計都是采用自底向上的建模方法，這種方法的特點是首先建立所有不同尺寸的軸承子零件，然后再根據需要組裝成不同尺寸的軸承組件。繁多的子零件操作嚴重的影響了這種方法的工作效率。為縮短軸承零件的開發周期，作者提出一種快速實現軸承參數化設計的方法。 1 產品結構定義及模型控制技術 產品結構的定義就是在創建或裝配所有元件之前定義軸承組件的結構，在軸承參數化設計系統中，采用骨架模型進行產品結構定義和模型控制。產品骨架模型反映產品的功能需求和幾何特征，并能實現不同層次抽象信息的統一表達，而且還含有構成產品的各個子模塊之間的拓撲關系，它是整個產品自頂向下設計展開過程的核心，是各個子裝配之間相互聯系的中間橋梁和紐帶，能夠實現產品在設計過程中信息的傳遞、共享、繼承和變更。 在產品設計中，可以把骨架文件理解為一個設計思路和參考標準，骨架是一些立體化的、有位置、有尺寸的點、線、面，這些點、線、面就像布局中的平面軸線一樣為裝配提供依據和基準。 骨架模型有如下優點： （1） 集中提供設計數據。 （2） 零部件位置的自動變更 因為零部件的裝配都以骨架模型為參考基準，所以零部件的位置會隨骨架模型的改變而自動變更。 （3） 減少不必要的父子關系 由于骨架為零部件的裝配提供了關系依據，減少了不必要的參考。 （4） 可以任意確定零部件的裝配順序 只要以骨架為參考，即可沒有必要規定零部件的裝配順序。 采用骨架模型進行產品開發的主要步驟： （1） 創建骨架曲線 骨架模型主要是確立產品中所包含的各個約束，這些約束包括確定零部件之間位置的裝配約束關系、功能上運動行為的約束，以及對重要零部件的主要面的形狀的約束。產品的骨架模型由約束產品位置的基準點、基準軸、基準線、基準面、基準坐標系和約束產品零件的形狀的曲線、曲面所構成。產品的骨架模型是確定產品總裝圖中各部件及主要零件位置及整機的主要外形輪廓的依據。骨架模型使各零部件的具體結構的設計有章可循，也使零件間的能保證相互裝配的細部結構的設計變得簡單。 （2） 實現骨架模型在三維空間中的映射，完成各零部件的詳細設計實現骨架模型在三維空間中的映射即根據總骨架模型輸出與各個零件部件相關的設計要求。具體說是通過復制機制完成以下幾種復制過程。一種是內部復制幾何參照是對于主裝配的骨架模型而言，其幾何參照的復制在系統內部產生。另一種是外部復制幾何參照是對于子裝配的骨架模型而言，其幾何參照的復制在系統之間或零件之間產生。Z后一種是基準參照的復制是構建骨架模型時，點、線、面及坐標系等的復制。即在與此零件相關的骨架的約束之下，通過具體的各種面及體的生成命令，把零部件的結構逐步細化。零件細節設計完成后不需再做額外的裝配，因為這些零件及子裝配件是在裝配關系中以共同的基準和頂層骨架來完成的。 （3） 變更骨架模型信息，實現產品的變型和系列設計 為了更好地適應市場個性化的要求，可以把某個零配件劃分為一個可變模塊。通過改變決定此模塊的頂層基本骨架模型的有關約束來改變變型再設計，由于不再從基本的零件開始建模，只須改變頂層相關的骨架，在系統再生后，修改信息就會自動傳遞到有關的零件中，因此這種方法比用其它方法實現變型設計更加方便、有效、迅速。 2 自動化建模技術 在 Pro/ENGINEER 系統中，每建立一個模型，都會有一個宏文件記錄模型的產生過程，如果能夠對這個宏文件進行修改，則可以控制模型的建立過程，從而控制所生成的模型。Program就是這樣的一個控制并修改該宏文件的工具。運用 Program，可以修改一切與模型建立過程相關的參數(包括尺寸參數、特征或零件參數等)，從而控制所要生成的零件或組件。修改好 Program 文件后，相應輸入各參數變量，便可以自動再生成不同的模型，進而可以將這些模型實例化為獨立的模型。 Program 是自動化產品設計的一項重要工具，用戶可以通過非常簡單的程序語言來控制特征的出現與否、尺寸的大小、零組件的出現與否、零組件的顯示、零組件的個數等。當零件或組件的 Program設計完成后，再讀取此零件或組件時，其各種變化情況即可以利用交互問答的方式得到不同的幾何形狀，以滿足產品的設計要求。 3 軸承設計實例 （1）在 Pro/ENGINEER 環境下首先新建一個裝配體文件，然后在裝配體中新建一個骨架文件，繪制骨架曲線，骨架文件是一個比較特殊的Pro/ENGINEER 零件，作者所建立的軸承骨架模型主要包括坐標系、基準曲線和基準軸，如圖 1橫斷面所示。橫斷面中的所有基準曲線可以直接通過 Pro/ENGINEER 的草繪命令建立。其中上部的矩形曲線表示軸承外圈的橫斷面形狀，其尺寸決定軸承外徑和軸承的寬度；下部的矩形表示軸承內圈的橫斷面形狀，其尺寸決定軸承內圈的直徑；中間的圓形表示滾珠的形狀，其尺寸決定滾珠的大小。因此，由此軸承的骨架模型可以對軸承的外圈、內圈以及滾珠的形狀和尺寸進行控制，也就是控制整個軸承的形狀。 （2） 在骨架模型中建立 Publish Geometry激活骨架文件，選擇菜單 Insert→SharedData→Publish Geometry，出現 Publish Geometry對話框，單擊對話框中的 Curve Refs 進行Define，選擇所有曲線。這樣骨架模型就將所繪制曲線進行發布，以便其它的零件可以參考骨架模型的曲線建模。 （3）通過 Copy Geometry 操作完成軸承外環、內環、滾珠（柱）的設計。在裝配環境下，分別建立軸承外環、內環和滾珠零件。激活每個零件，然后在菜單選項中選擇 Insert→SharedData→Copy Geometry，出現 Copy Geometry 對話框，選擇 Publish Geom，單擊 Define 按鈕選擇所需要的骨架曲線，在模型樹中可以看到多了Copy Geometry 項，此時就完成了幾何參考的復制，就是說零件以后的生成可以參考復制的骨架模型，于是所生成的模型必然受到骨架的控制，這樣在新模型和骨架模型之間建立了父子關系。所建立的新零件自動完成裝配，如圖 2和圖 3 所示。 （4）通過 Copy Geometry 操作和布爾操作完成保持架的設計。在裝配環境下建立保持架零件，激活該零件。然后在菜單選項中選擇Insert→Shared Data→Copy Geometry，出現 Copy Geometry對話框，選擇Publish Geom，單擊Define按鈕選擇經過圓心的那條線，以此為基準建立旋轉特征。 激活裝配體， 單擊菜單中的Edit→Component Operations，在出現的下拉菜單中單擊 Cut Out，信息欄中提示選擇要執行 Cut Out 操作的零件，選擇圖形中的保持架零件，然后選擇滾珠陣列作為切除的參考零件，完成 Cut Out 操作。生成的保持架零件如圖 4 所示。這時如果改變參考零件的大小，即改變滾珠的尺寸，重新再生，保持架零件中孔的尺寸也會隨之改變。至此，整個軸承的設計完成，如圖 5 所示。 （5） 利用 program 控制模型的生成。由于零件的形狀及尺寸，所以通過改寫軸承骨架文件的Program 即可以完成軸承組件的參數化控制。打開骨架模型文件，在 Tools 菜單中選擇 Program，然后選擇 Edit Design，在打開的 Program 編輯器進行相應的改寫。作者改寫的主要目的是完成軸承參數的提示輸入以及參數之間的關系運算，從而生成不同形狀和尺寸的軸承模型。可以在Program 的 Input 和 End Input 之間添加語句，隨后使用 Regenerate 重新生成模型時，此語句將提示使用者輸入數值。例如添加語句 "DIA_OUT NUMBER "請輸入外徑尺寸："" 程序執行時 Pro/ENGINEER 會提示"請輸入外徑尺寸："的語句，輸入數值后，便會將數值傳給參數 DIA_OUT，這就完成了外徑的參數輸入。 整個參數輸入部分如下： INPUT DIA_OUT NUMBER//定義外徑參數 "請輸入外徑尺寸：" DIA_IN NUMBER //定義內徑參數 "請輸入內徑尺寸：" B NUMBER //定義軸承寬度參數 "請輸入軸承寬度：" N NUMBER //定義滾珠數目參數 "請輸入滾珠數目" END INPUT Program 的 Relations 和 End Relations 之間的區域用于定義參數之間的關系運算。例如D1=DIA_OUT是將參數DIA_OUT的數值賦給尺寸 D1。整個關系運算區域改寫如下： RELATIONS D1=DIA_OUT //外徑賦值 D2=DIA_IN //內徑賦值 D6=B //軸承寬度賦值 D15=360/(N+1) //滾珠之間夾角賦值 D43=D15 D44=D15 P45=360/D15-1 END RELATIONS 改好軸承骨架零件的 Program 后，便可以根據用戶的不同輸入生成不同的參數化軸承模型，如圖6所示是生成的兩種不同尺寸和滾珠數的軸承組件實例。 4 結 論 作者采用自頂向下設計的重要手段--骨架模型進行軸承組件的產品定義和結構尺寸控制，采用 Program 控制軸承裝配模型的自動化建模，完成軸承完整的參數化設計過程，可大大縮短軸承類零件產品的開發周期，增強企業的競爭力和市場應變能力。(佳工機電網)