0 引言
鋼結構往往是輸送機功能部件的支撐與安裝基礎，在輸送系統的設計、制造、安裝中占有很大比例；工程項目中，它隨輸送機的種類、規格、工房條件的不同而不同，是典型的非標準設備。鋼結構中各種型鋼間的連接，主要有三種手段：鉚接、焊接、栓接。早期的鋼結構多用鉚接，施工簡單，但需在構件開孔洞，因而降低了斷面性能，易在節點處產生集中應力，近來較少采用。采用焊接時的節點，外觀簡潔、荷載傳遞效率連續，但焊工作業要求較高。隨著現代工業的發展，環保理念日益強化；近年來機械化輸送系統的鋼結構，多用高強度螺栓連接形式，見圖1。它可達到類似焊接的強度要求，故在現代鋼結構中大量采用。栓接鋼結構的施工特點之一是用工廠加工、現場裝配。鋼結構構件間的連接與構造復雜多變，是鋼結構設計的主要特點之一，也是設計人員需要注意的主要問題。
圖1 栓接的鋼結構形式
鋼結構連接構件中的屋架工藝吊點、輔梁、吊桿等，雖然尺寸各異，但其本質是一樣的，并且具有相同的功能，非常適合于參數化設計。Pro/E是基于特征的全參數化軟件，具有強大的族表功能；族表是本質上相似零件（或裝配或特征）的集合，可將連接構件形成一個族表，族表中的零件也稱表驅動零件。建成后的族表具備如下功能：1）把零件生成標準化，既省時又省力。2）從零件文件中生成各種零件，而無需重新構造。例如螺栓連接球等需數控加工的構件，3D建模也很方便。3）可以對零件進行細小的改變，而無須用關系改變模型。4）族表提高了標準化元件的用途，它們允許在Pro/E中表示實際的零件清單。5）族表也使得裝配中的零件和子裝配容易互換，因為來自同一族表的實例之間可以自動互換。現以平臺鋼結構中的槽鋼梁為例，進行鋼結構連接構件的3D快速建模。如果這種構件截面規格不同，連接螺栓孔尺寸各異，為實現標準化，需先完成各槽鋼梁的3D建模。采用Pro/E族表技術，從Excel文件直接復制數據，可實現快速完成大量相似的槽鋼梁的快速建模。
1 槽鋼梁的數據及難點分析
槽鋼梁數據由專業軟件從AutoCAD圖紙中生成電子版的Excel數據，見圖2。根據1號槽鋼梁的數據建立原始模型（母體），2-168號槽鋼梁的數據格式類似。圖3為槽鋼梁參數代號意義。本案共168種梁，每個槽鋼梁有18個數據，共168種球，就有3024個數據，如果逐個建立3D模型，數據處理量非常大；若靠人工處理耗時長，效率低，而且難免出錯；這也是槽鋼梁3D建模的難點所在。
圖2 槽鋼梁的Excel數據表格
圖3 槽鋼梁參數代號圖
2 槽鋼梁的參數化建模
2.1 槽鋼梁的參數化建模流程
槽鋼梁具有數量多、參數雜、尺寸異、外形似、功能同等特點，是一個零件的家“族”，非常適合參數化設計。因此，選用Pro/E作為建模軟件，用共強大的族表功能，族表是本質上相似零件（或裝配或特征）的集合，可將連接構件構成一個族表，族表中的零件也稱表驅動零件。可將模型的可變尺寸與族表建立對應關系，通過表驅動，獲得系列化的模型，基本流程圖，見圖4。
圖4 基本流程圖
2.2 建立參數化的槽鋼梁原始模型（母體）
根據圖2序號1的數據，通過革繪、拉伸、孔工具等操作，建立槽鋼梁的原始模型，其建模過程與一般的新建零件相同，在此不再贅述。
2.3 建立槽鋼梁的族表
以建立好的原始槽鋼梁模型作為母體（類屬）零件，建立槽鋼梁的族表結構。族表的行是模型對應的特征值；列則是槽鋼梁的名稱和可變尺寸參數，每一行構建一件槽鋼梁。
1)確定可變尺寸：確定圖3所示參數為可變尺寸。為了便于族表操作，將模型巾的代號為d02000，d165，d2160，d76.5等與原始數據對應，并在尺寸代號上加注L、B、H、t等前綴，見圖5。這些更改可通過修改特征屬性下的尺寸文本等操作完成。
圖5 模型可變尺寸的編輯圖
2)建立槽鋼梁的族表：選擇下拉菜單[工具]→[族表]命令，彈出圖6“族表BEAM[1601A”對話框。在此選擇[插入]→[列]命令，彈出圖7“族項目”對話框，進行如下操作：(1)在[添加項目]區域中選中[尺寸]單選按鈕，然后單擊模型中的[拉伸]及[孔]特征，系統立即顯示其所有尺寸。(2)分別選擇模型中的尺寸2000、160、65、6.5、22、50、40、80等，這些尺寸的參數代號d0、d2、d1、d7、d9、d12、d14、d18等，即刻顯示在圖7的“族項目”對話框的項目列表中。(3)單擊[選取]對話框中的[確定]按鈕，再單擊“族項目”對話框中的[確定]按鈕。完成后可通過[校驗]檢驗正確與否。(4)槽鋼梁族表可變尺寸的編輯輸入，將原始的Excel電子版數據（圖2）直接復制到族表中，準確高效。但需注意，每列的可變尺寸順序需與圖2的保持一致，這可快速完成槽鋼梁族表的建立，見圖8。按[確定]按鈕后，單擊[效驗]，檢驗族表的正確性。待校驗成功，見圖9，保存族表文件，至此槽鋼梁3D建模全部完成。重新打開槽鋼梁的族表文件，選取所需要的實例，即可方便快捷地得到相應的實體模型。
圖6 “族表BEAMC1601A”對話框
圖7 “族項目”對話框
圖8 建立好的族表
圖9 “校驗成功”對話框
3 結束語
現代的栓接鋼結構中，連接構件種類眾多，數據龐雜。為便于設計制造，基于Pro/E強大的族表功能，以槽鋼梁為例構建族表，直接從自動生成的Excel文件中復制數據到族表中，3D建模準確高效。完成建模后，即使各槽鋼梁的尺寸各異，也能以表驅動生成槽鋼梁模型，通過編輯數據表中的變量，數據清單就能自動生成，便于檢驗數據的正確性。如果需對某一槽鋼梁做細小變更，也只需修改原始模型，短時間內即可完成所有槽鋼梁的3D建模。希望本文為解決同類問題起到拋磚引玉的作用。
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