第1章绪论 (4)
1国内外CAD技术研究动态 (4)
1.1国内外CAD技术发展历程 (4)
1.2 CAD技术发展趋势 (5)
1.3 Pro/Engineer二次开发现状 (6)
2研究目的、意义 (7)
第2章标准件设计及建库实例 (9)
2.1族表基础 (9)
2.1.1族表(Family Table)菜单简介 [2] (10)
2.1.2 族表（Family Table）实例的操作 (15)
2.1.3 创建族表（Family Table）的步骤 (17)
2.1.4 创建族表（Family Table）的几个注意点 [5] (18)
2.2 零件标准件库的建立 (18)
2.2.1 创建通用零件(Generic Part ) (19)
2.2.2 修改公称参数的名称 (23)
2.2.4 添加族项目 (25)
2.2.5 创建新的实例 (27)
2.2.6 校检新添加的实例添加实例层 (28)
2.2.7 预览生成的子实例 (30)
第三章三维标准库在装配中的应用 (31)
3.1尾架装配中标准件的调用 (31)
第四章结论 (43)
论文总结 (43)
工作展望 (43)
工作感受 (44)
致谢 (45)
摘要：参数标准化设计作为一种全新的设计方法现在已被工业界广泛采用。
它所具有的高效性、实用性等特点使其成为设计工作的发展方向。
参数化标准化设计应用水平的高低直接决定了企业设计效率与设计质量的高低和企业核心竞争力的强弱。
这是关系到企业长久生存与发展的重大问题。
本文是研究三维标准件库的开发。
标准件包括螺钉、螺栓等。
标准件库的开发是在Pro/ENGINEER基础上，依据它的二次开发工具族表和excel，设计并开发了一套三维标准件库，实现了各种标准件的自动生成，解决了产品设计效率、生产重复劳动、产品开发周期等问题。
实际应用表明，利用本论文开发的系统于各种标准件的建模工作，可提高效率 50％左右。
关键字：设计方法； Pro/Engineer；标准件库；族表；
ESTABLISHMENT OF 3D COMMON AND STANDARD PART LIBRARY
ABSTRACT
Key words: Mechanical manufacturing; Standard piece; Pro/Engineer; 3D databases; Family table;
第1章绪论
1国内外CAD技术研究动态
1.1国内外CAD技术发展历程
CAD技术起步于50年代后期，60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD技术开始迅速发展。
CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期，CAD开始实用化，以后的CAD技术作为一个分支而相对独立、平稳地发展。
在CAD技术约50年的发展历史中，共经历了四次重大的技术革命.
（1）第一次CAD技术革命—“贵族化”的曲面造型系统
70年代，法国达索飞机制造公司的开发者们，在二维绘图系统CADCAM的基础上，开发出了三维曲面造型系统CATIA。
此时CAD软件价格极其昂贵，因此被称为“贵族化”的曲面造型系统。
（2）第二次CAD技术革命—生不逢时的实体造型技术
有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。
但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其他特性。
基于对于CAD/CAE一体化技术的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件—I-DEAS。
(3)第三次CAD技术革命—一鸣惊人的参数化设计技术
正当实体造型技术逐渐普及之时，CAD技术的研究又有了重大进展。
那就是参数化实体造型方法。
该方法具有以下特点:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。
80年代中期，PTC公司推出最早的参数化软件
Pro/Engineer。
进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上的简单易行的优势。
因而参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。
(4)第四次CAD技术革命—更上层楼的变量化技术
参数化技术的成功应用，使它在90年代前后几乎成为CAD业界的标准。
但参数化技术亦尚有一些不足之处。
变量化造型的技术特点是保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性改变。
它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。
率先使用变量化技术的软件是SDRC公司推出的I-DEAS Master Series软件。
变量化技术驱动了CAD发展的第四次技术革命。
从CAD技术的发展历程可以看出，CAD技术一直处于不断的发展和探索之中。
没有那一种技术是常青树，正是这种此消彼长的互动和交替，造就了今天CAD技术的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展。
CAD技术在我国CAD技术的研究和开发工作起步相对较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展。
在参数化技术方面我国仍处在不断完善二维图形参数化技术阶段。
国内有自主版权的CAD软件如高华CAD、电子图板CAXA、开目CAD等软件技术含量相对较低，它们主要面向国内市场，提供操作简便的二维工程图设计平台，在设计的参数化及软件的可靠性方面都需进一步提高。
值得注意的是，经过多年的投入和推广，我国CAD技术己经广泛应用在机械、电子、航空、建筑等行业，应用CAD技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化的作用。
近年来，我国CAD技术的研究也有了长足的进步。
1.2 CAD技术发展趋势
随着CAD技术的不断研究、开发与广泛应用，对CAD技术提出越来越高的要求，因此CAD从本身技术的发展来看，其发展趋势是参数化、三维化、智能化、网络化、集成化和标准化。
具体表现为:
(1)参数化
设计参数化一直是CAD系统所追求的目标，它能极大地提高机械设计效率。
通过尺寸驱动既能为用户提供设计对象的直观、准确的反馈，又能随时对设计对象加以修改。
(2)三维化
传统的CAD主要以二维绘图软件为主。
从设计的观点来看，人们头脑中所构思的设计对象是三维物体，用二维图形表示三维物体有很多局限性。
而采用三维建模更能直观、全面地反映设计意图。
在三维的基础上可以进行装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级的计算机辅助设计工作。
（3）智能化
CAD技术作为一种设计工具，其核心目标在于能够帮助工程技术人员设计出更好、更具市场竞争力的产品。
在以几何模型为主的现代通用CAD技术的基础上，发展面向设计过程的智能CAD技术是一种必然的趋势。
（4）网络化
从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机系统来代替集中式CAD系统，形成网络化的系统。
借助于互联网的跨地域、跨时空的沟通特性和近乎无限的接入能力，CAD软件的团队协作能力可以直接利用互联网进行。
(5)集成化
从制造业的信息化角度来看，CAD的广义概念包括AD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP 技术的集合，利用基于网络的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，实现真正的全数字化设计与制造。
（6）标准化
随着CAD系统的集成和网络化，制定各种产品设计、评测和数据交换标准势在必行。
国际标准化组织己经颁布了新的产品数据转换标准STEP。
建立符合STEP 标准的全局产品数据模型是企业未来发展的需要。
同时国家还将建立图文并茂、参数化的标准件库，替你现行的各种形式的标准化手册。
1.3 Pro/Engineer二次开发现状
由于Pro/Engineer在CAD/CAM领域的优秀表现，它在各个大中型企业中的使用率越来越高。
但是这同时也带来了另外一个问题，那就是怎样对通用软件进
行本地化的问题。
因为通用的CAD软件在设计的时候不可能考虑到每个企业的特殊情况，要想充分发挥CAD软件的功能，为企业创造更大的效益，企业必须跟据自身的特点，对软件进行本地化的工作，即二次开发。
这也是所有CAD软件都留有开发接口的原因。
Pro/Engineer的开发从实现方法上大致可以分为两类:一类主要是对Pro/Engineer中使用的标准(如:公差符号、尺寸标注样式等)进行符合企业标准的改造。
这类开发只需要根据Pro/Engineer的开发工具族表进行各种参数设置;另一类是需要开发出人性化的界面以方便用户的使用，以及进行数据库的连接。
这一类一般是在比较大型的系统中出现，因为操作复杂必须要有友好界面。
所以必须借助于其它的开发工具来实现。
而这就涉及了开发工具和Pro/toolkit的兼容性问题。
这个问题长期以来一直困扰着开发人员，没有得到很好的解决。
这也是使得人们认为Pro/Engineer难于开发的原因之一。
2研究目的、意义
本论文是在装配设计过程中，为提高设计效率，减少重复劳动，缩短产品开发周期，针对设计过程中所遇到的问题而做的部分研究工作。
机械设计领域里传统的二维设计最终将被三维设计所取代。
而如何更好地利用三维软件进行产品设计存在着以下值得研究的问题。
因此，本论文的研究目的在于解决以下关键问题:
(1)参数化建模
参数化技术是当前CAD技术重要的研究领域之一。
参数化设计一般是指设计对象的结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系。
参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动。
参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段。
因此，如何充分地运用参数化技术进行零件的参数化建模来提高各种零件的建模效率是本文研究的重点。
运用参数化建模可以完全零件的自动化建模，而所要提供的只是一些基本的设计参数。
从而减少设计过程中的大量重复性的
工作，大大提高工作效率。
(2)模板的开发定制
采用Pro/Engineer进行三维建模中，模板是建模的基础，它能将相关的信息传递给根据模板创建的文件。
通过模板创建的文件具有统一的界面、格式，符合相同的标准，如系统单位、零件精度、模型文件的参数及参数值等。
在一定程度上可以提高设计效率。
(3)标准零件库的创建
在机械设计中标准件的数量日益增多，这主要是因为采用标准件给产品的设计、制造、装配带来了很大的方便。
设计人员如果能从CAD系统的标准件库中获得满足设计要求的标准件，则可大大减少重复劳动，提高设计效率，从而缩短新产品的研制周期，所以，提供标准件库或者提供开发标准件库的工具是CAD系统的一个重要组成部分，也是评价CAD系统的一个重要指标。
在设计过程中，如果缺少标准件库，在调用每一个标准件时，就需要像别的非标零件一样，重新建模。
而标准件的频繁调用，大大降低了装配效率，造成了时间和精力上的浪费。
第二章标准件设计及建库实例
2.1族表基础
族表是Pro/ENG工NEER中的一个利用表格来驱动模型的工具，可以将事先定义好了的模型(称为“GENER工C”的零件)中可供驱动的尺寸参数、特征、模型参数等放入表格中，通过在表格中输入新的参数值就可以创建一个新的零件(称为“INSTANCE”的零件)。
族表的产生过程是，首先建立一个具有代表性的零件，此零件称为普通零件(或原始零件)_Generic Part。
然后，根据可变情况编辑族表项目，可变项目可以是:尺寸、参数、特征和组件等。
完成族表内容后，需进行较对，然后系统会自动一一再生，从而生成若干子零件(Instance Part)族表是本质上相似零件(或装配或特征)的集合，但在一两个方面稍有不同。
例如，图2-1所示，这些螺钉虽然有各种尺寸，但它们看起来是一样的并且具有相同的功能。
这些零件构成一个“族表”，“族表”中的零件也称表驱动零件。
“族表”的实例零件
图 2-1 族表零件
2.1.1族表(Family Table)菜单简介 [2]
选择菜单“工具/族表（Family Table）”选项，弹出如图2-1-2所示的族表（Family Table）对话框。
该对话框的有关操作介绍如下。
（1）查找范围（Look In）组合框：从组合框选择或输入需要在族表中编辑的实例名。
图2-2族表对话框
图2-3阵列实例对话框
（2）（Patten）：按增量复制所选实例按钮。
在族表中选中一个实例，单击此按钮，弹出如图2-1-3所示对话框。
通过在该对话框中设置尺寸或参数增量，这样一次可生成按所选参数和尺寸递增的多个实例，其他尺寸或参数值不变。
用于阵列的实例和生成的多个实例没有父子关系，因此删除阵列中的任何一个对其他实例不会产生影响。
利用阵列生成的实例还可以作为新“族表（Family Table）”的基准零件。
另外，也可以在多个方向进行阵列复制。
在“方向”栏中单击按钮，出现方向2。
第一个方向是定义的要一起增加其值的参数和尺寸。
第二个方向相对与每一个方向的实例而言，实际上是一个第一方向的阵列复制。
如图2-1-4所示，选取“d”为变量，第一个方向的增量为“-20”，
第二个方向的。
增量为“-5”，最后生成如图2-1-5所示的族表（Family Table）。
图2-5阵列生成的族表
（3）：添加删除表列按钮。
单击此按钮弹出如图2-1-6所示的“族项
目”
表2-6族项目对话框
对话框，此对话框包含相似零件的相异之处，如尺寸、特征、参数、元件、
外部参照等。
单击按钮，新增项目；单击按钮，删除增加的项目；单击
按钮，选取全部项目；单击按钮，取消选取全部项目。
通过过滤器可以选择相应的项目，例如选中过滤器“参数”前的复选框，则“项目”栏中只有参数项。
（4）：在所选行处加入新的实例按钮。
（5）：在当前编辑的零件表中查找实例按钮。
单击此按钮，弹出如图2-1-7所示的对话框，可以按项目、值及各种逻辑关系查找实例。
图2-7“搜索”对话框
（6）：预览选中实例按钮。
（7）：锁定/解锁实例按钮。
选中一个实例或者按Ctrl键选择多个实例，单击此按钮，或者选择菜单“工具/锁定/解锁实例”选项，可以锁定或解锁实例，锁定实例的表驱动特性不能被修改。
锁定实例时，实例前出现图标。
（8）：校检族的实例。
当创建完族表（Family Table）以后，需要计算每一个实例是否可以再生。
再生实例后，在对话框的“校检状态”列中将显示再生状态（成功或失败）。
校检结果被写入<模型文件名>.tst的文件。
如果族表中包含多层实例，即族树中有多个分支，则校检时将校检所有选取的实例。
（9）：用Excel表编辑族表按钮。
在Excel中可以进行插入新行、创建其他实例、重排序项目或实例等操作。
完成这些操作后，单击“族表（Family Table）”菜单栏中的“文件/更新Pro/Engineer”。
Excel检查“族表（Family Table）”可接受的值、名称等。
如果发现错误，Excel会提示修复错误。
如果没有发现错误，Excel将更改保存到族表中。
这时候可以退出Excel，回到“族
表（Family Table）”对话框。
2.1.2 族表（Family Table）实例的操作
1.族表（Family Table）文件的打开
打开包含族表（Family Table）的文件，选择菜单“文件/打开”选项或者单击工具栏中的按钮，弹出如图2-1-8所示的对话框，这时可以“按名称”或者“按参数”打开文件。
按名称打开文件，需要选定一个实例名，单击“打开”按钮即可。
图2-8 按名称打开实例
按参数打开文件，需要选中一个参数，再选中一个值，在“名称”对话框中出现对应的实例名如图2-1-9所示，单击“打开”按钮即可。
如果要恢复整个名称的实例列表，单击“恢复”按钮即可。
2-9 按参数打开实例
2. 实例加速器
在每次打开实例时，系统都会重新生成所有特征，这样相当耗时。
把实例存储在实例加速器文件中，可以大大减少从磁盘上检索零件或组件实例时间。
但是这样的操作会占用大量的磁盘空间。
对于每个实例零件都会产生扩展名为“*.xpr”的加速器文件。
对于组件产生扩展名为“*.xas”的加速器文件。
系统保存零件和组件实例的方式由“保存实例加速器”变量控制。
可用下面两种方法设置和修改变量。
（1）设置配置文件选项save-instance-accelerateor。
该选项的取值如有：无、始终、显示。
“无”为默认值，系统保存普通模型及通过“族表（Family Table）”来保存实例时，系统不产生加速器文件。
“始终”，当实例本身被明确保存或通过高一级对象保存时，系统将产生加速器文件。
“显式”，只有当明确保存实例时，系统才产生加速器文件。
（2）选择菜单“文件/实例/加速器选项”选项，弹出如图2-1-10所示的对话框。
单击“更新”按钮，则在零件所在的目录下出现实例对应的以“*.xpr”为扩展名的加速器文件。
“使用选项”中的各选项和“配置文件”中的相同。
图2-10 实例加速器对话框
3.创建或更新索引文件
选择菜单“文件/实例操作/更新索引”选项来创建或更新索引文件。
实例索引文件能使用户只需输入实例名就可检索实例。
实例索引文件名为directoryname.idx（其中directoryname是文件存放的目录名）。
保存任何普通模型时将自动创建一个新的实例索引文件或更新现有实例索引文件，系统自动把族表（Family Table）的所有实例加到索引文件中，包括子族中的实例名。
“*.idx”文件是文本文件，可在Pro/Engineer之外任何文本编辑器进行编辑。
但是，如果在Pro/Engineer之外编辑此文件，Pro/Engineer将不能识别此文件。
4.有关普通模型和实例的保存
选择菜单“文件/保存”选项来保存普通模型。
系统自动将所有实例的名称增加到实例索引文件中，而无需重新生成它们，包括实例的下层实例。
但是如果将一个特殊的实例保存为分离模型，即对单个实例采用“文件/保存”或者“文件/保存副本”，那么该实例将与普通模型不再由任何联系。
2.1.3 创建族表（Family Table）的步骤
（1）创建一个模型样板，作为普通模型来使用。
（2）在“零件”或“组件”菜单中，单击“族表（Family Table）”，将“族表（Family Table）”打开。
（3）此时，族表（Family Table）只有普通模型。
单击图标，“族表（Family Table）项目”对话框打开。
选取要添加的项目，单击“确定”按钮
回到“族表（Family Table）”。
（4）单击图标，出现一个新行。
此实例和普通模型相同，可以用来阵列实例。
（5）单击图标，出现阵列实例对话框，在“数量”对话框中输入要阵列的数量。
选取要阵列的尺寸或参数，单击按钮，接受该项目。
在“增量”对话框中输入增量值，单击回车键，然后单击“确定”。
（6）单击图标，校检各实例是否能生成。
（7）如果要创建多层族表（Family Table），选取要用于创建新“族表（Family Table）”的实例。
单击“族表（Family Table）”菜单“插入/实例层表”，将创建新的“族表（Family Table）”。
所选实例成为新族表（Family Table）中的普通模型。
2.1.4 创建族表（Family Table）的几个注意点 [5]
（1）选择合适的普通模型样板，样板模型应该包含族表（Family Table）中所有零件的所有特征。
这样可以把一些零件步具有的特征添加到零件表中，只需在对话框中选择“N”选项即可。
（2）在构件普通模型时，注意充分利用关系式约束各变量之间的关系，在标注原始模型时选择合理的基准，这样可以减少变量。
（3）在构建多层族表（Family Table）时，注意理清各层之间的关系。
2.2 零件标准件库的建立
零件标准件库的建立是标准件三维图库建立的基础，族表（Family Table）的建立在零件标准件库的建立中起着及其关键的作用。
下面以本设计中所建立的螺钉标准件库中的一个螺钉零件，螺钉（gld_gbt65_2000）为例，简单的说明一下零件标准件库的建立过程。
2.2.1 创建通用零件(Generic Part )
前面在族表（Family Table）的建立时介绍过，在建立族表（Family Table）时要先创建一个具有代表性的零件--通用零件(Generic Part )，所以在建立螺钉标准件库时要先创建该螺钉的通用零件(Generic Part )。
1.新建零件
单击按钮，在“名字”对话框中输入“gld_gbt65_2000”，单击“使用默认模板”复选框取消选中标志。
单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框。
选择“mms-part-solid”模板，建立单位为公制的新文件。
2.创建螺钉零件
单击右侧工具栏中的“旋转”按钮，接受工作区下方“操纵板”默认的选项。
单击“操纵板”中的“位置”按钮，在弹出的菜单中选择“定义”，弹出的“草绘”对话框，选择“FRONT”为草绘平面。
接受系统默认的草绘方向和参照平面，单击“草绘”对话框中的“草绘”按钮进入草绘模式。
在草绘模式下，绘制如图2-11所示图形。
图2-11拉伸草图
完成后单击工作区右侧的“确定”按钮，退出草绘模式。
在工作区下
方的“旋转角度”输入框中输入旋转角度“360”，单击“确定”按钮，完成图2-12所示的特征。
图2-12生成的特征
这步为止，螺钉的基本形状已经基本生成了，下面进行开槽的绘制。
单击右侧工具栏中的“拉伸”按钮，接受工作区下方“操纵板”默认的选项。
单击“操纵板”中的“位置”按钮，在弹出的菜单中选择“定义”，弹出的“草绘”对话框，选择“FRONT”为草绘平面。
接受系统默认的草绘方向和参照平面，单击“草绘”对话框中的“草绘”按钮进入草绘模式。
在草绘模式下，绘制如图2-13所示
图2-13草绘特征
宽0.4长0.45的长方形完成后单击工作区右侧的“确定”按钮，退出草绘模式。
完成后选择选取“拉伸深度”为（拉伸至所有曲面）然后选择
去除材料特征单击“确定”按钮，完成图2-14所示的特征。
图2-14槽特征
然后选择“倒圆角”按钮选择需要倒角的地方,输入倒角半径0.1单击“确定”按钮，完成图6所示的特征
图6倒角特征
然后生成螺纹的修饰步骤如下:
步骤1选择“插入/修饰/螺纹”命令，后弹出如图示修饰螺纹对话框，屏幕下方提示“选取螺纹曲面”。
步骤2：选取螺杆的外表面，如下图所示。
此时“修饰：螺纹”对话框的箭头指向“起始曲面”所示。
步骤3:选取弹出的菜单管理器中选择正向,如图模型上箭头只是特征创建方向.如图2-16所示.
步骤4:系统弹出如图3-16所示的指定螺纹长度菜单，选择“盲孔/完成”。
步骤5:在控制面板中输入螺纹深度：9.3，然后单击按钮。
步骤6：在控制面板中输入螺纹直径1.22，然后单击按钮。
步骤7：单击“完成/返回”，然后单击确定按钮完成修饰螺纹如图2-16所示。
图2-6完成螺纹修饰
至此，螺钉零件也就完成了。
2.2.2 修改公称参数的名称
为了方便地识别个参数，方便在以后的设计中迅速的调用各参数，最好把螺钉中一些系统默认的参数名称修改为熟悉的参数符号名。
用鼠标右键单击模型树中的“旋转”特征，在弹出的菜单中选择“编辑”命令，出现如图2-16所
示的尺寸。
图2-16显示编辑的尺寸
选取图中的尺寸“直径3”，选中后单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“属性”，在弹出的“尺寸属性”对话框中选择“尺寸文本”把尺寸名称改为法兰外径“dk”，如图2-17所示。
图2-17尺寸属性对话框
同理，按照《机械设计手册》中的要求，把尺寸“1.1000”改成沉头厚度“k”，把螺钉的长度“10”改成长度“l”，把大径尺寸“1.6”螺钉大径“d”，把螺钉槽宽“0.4”改成“n”，把高度尺寸“0.45”改成高度“t”，把倒角尺寸“0.1”，改成倒角“r”。
同时修改螺纹的长度9.3用字母b表示
2.2.3 添加关系式
在建立族表（Family Table）时，经常要建立一些关系式，以确保零件间各尺寸的正确性。
在螺钉中，要建立关系式的是D1=D-2*0.541*p，根据分析计算可确定大径与小径的关系。
同时确定在螺钉长度大于38时的长度关系，所用关系式为
IF (L<45)
B=L-2*P
ELSE
B=38。
