0 引言
钢结构往往是输送机功能部件的支撑与安装基础，在输送系统的设计、制造、安装中占有很大比例；工程项目中，它随输送机的种类、规格、工房条件的不同而不同，是典型的非标准设备。钢结构中各种型钢间的连接，主要有三种手段：铆接、焊接、栓接。早期的钢结构多用铆接，施工简单，但需在构件开孔洞，因而降低了断面性能，易在节点处产生集中应力，近来较少采用。采用焊接时的节点，外观简洁、荷载传递效率连续，但焊工作业要求较高。随着现代工业的发展，环保理念日益强化；近年来机械化输送系统的钢结构，多用高强度螺栓连接形式，见图1。它可达到类似焊接的强度要求，故在现代钢结构中大量采用。栓接钢结构的施工特点之一是用工厂加工、现场装配。钢结构构件间的连接与构造复杂多变，是钢结构设计的主要特点之一，也是设计人员需要注意的主要问题。
图1 栓接的钢结构形式
钢结构连接构件中的屋架工艺吊点、辅梁、吊杆等，虽然尺寸各异，但其本质是一样的，并且具有相同的功能，非常适合于参数化设计。Pro/E是基于特征的全参数化软件，具有强大的族表功能；族表是本质上相似零件（或装配或特征）的集合，可将连接构件形成一个族表，族表中的零件也称表驱动零件。建成后的族表具备如下功能：1）把零件生成标准化，既省时又省力。2）从零件文件中生成各种零件，而无需重新构造。例如螺栓连接球等需数控加工的构件，3D建模也很方便。3）可以对零件进行细小的改变，而无须用关系改变模型。4）族表提高了标准化元件的用途，它们允许在Pro/E中表示实际的零件清单。5）族表也使得装配中的零件和子装配容易互换，因为来自同一族表的实例之间可以自动互换。现以平台钢结构中的槽钢梁为例，进行钢结构连接构件的3D快速建模。如果这种构件截面规格不同，连接螺栓孔尺寸各异，为实现标准化，需先完成各槽钢梁的3D建模。采用Pro/E族表技术，从Excel文件直接复制数据，可实现快速完成大量相似的槽钢梁的快速建模。
1 槽钢梁的数据及难点分析
槽钢梁数据由专业软件从AutoCAD图纸中生成电子版的Excel数据，见图2。根据1号槽钢梁的数据建立原始模型（母体），2-168号槽钢梁的数据格式类似。图3为槽钢梁参数代号意义。本案共168种梁，每个槽钢梁有18个数据，共168种球，就有3024个数据，如果逐个建立3D模型，数据处理量非常大；若靠人工处理耗时长，效率低，而且难免出错；这也是槽钢梁3D建模的难点所在。
图2 槽钢梁的Excel数据表格
图3 槽钢梁参数代号图
2 槽钢梁的参数化建模
2.1 槽钢梁的参数化建模流程
槽钢梁具有数量多、参数杂、尺寸异、外形似、功能同等特点，是一个零件的家“族”，非常适合参数化设计。因此，选用Pro/E作为建模软件，用共强大的族表功能，族表是本质上相似零件（或装配或特征）的集合，可将连接构件构成一个族表，族表中的零件也称表驱动零件。可将模型的可变尺寸与族表建立对应关系，通过表驱动，获得系列化的模型，基本流程图，见图4。
图4 基本流程图
2.2 建立参数化的槽钢梁原始模型（母体）
根据图2序号1的数据，通过革绘、拉伸、孔工具等操作，建立槽钢梁的原始模型，其建模过程与一般的新建零件相同，在此不再赘述。
2.3 建立槽钢梁的族表
以建立好的原始槽钢梁模型作为母体（类属）零件，建立槽钢梁的族表结构。族表的行是模型对应的特征值；列则是槽钢梁的名称和可变尺寸参数，每一行构建一件槽钢梁。
1)确定可变尺寸：确定图3所示参数为可变尺寸。为了便于族表操作，将模型巾的代号为d02000，d165，d2160，d76.5等与原始数据对应，并在尺寸代号上加注L、B、H、t等前缀，见图5。这些更改可通过修改特征属性下的尺寸文本等操作完成。
图5 模型可变尺寸的编辑图
2)建立槽钢梁的族表：选择下拉菜单[工具]→[族表]命令，弹出图6“族表BEAM[1601A”对话框。在此选择[插入]→[列]命令，弹出图7“族项目”对话框，进行如下操作：(1)在[添加项目]区域中选中[尺寸]单选按钮，然后单击模型中的[拉伸]及[孔]特征，系统立即显示其所有尺寸。(2)分别选择模型中的尺寸2000、160、65、6.5、22、50、40、80等，这些尺寸的参数代号d0、d2、d1、d7、d9、d12、d14、d18等，即刻显示在图7的“族项目”对话框的项目列表中。(3)单击[选取]对话框中的[确定]按钮，再单击“族项目”对话框中的[确定]按钮。完成后可通过[校验]检验正确与否。(4)槽钢梁族表可变尺寸的编辑输入，将原始的Excel电子版数据（图2）直接复制到族表中，准确高效。但需注意，每列的可变尺寸顺序需与图2的保持一致，这可快速完成槽钢梁族表的建立，见图8。按[确定]按钮后，单击[效验]，检验族表的正确性。待校验成功，见图9，保存族表文件，至此槽钢梁3D建模全部完成。重新打开槽钢梁的族表文件，选取所需要的实例，即可方便快捷地得到相应的实体模型。
图6 “族表BEAMC1601A”对话框
图7 “族项目”对话框
图8 建立好的族表
图9 “校验成功”对话框
3 结束语
现代的栓接钢结构中，连接构件种类众多，数据庞杂。为便于设计制造，基于Pro/E强大的族表功能，以槽钢梁为例构建族表，直接从自动生成的Excel文件中复制数据到族表中，3D建模准确高效。完成建模后，即使各槽钢梁的尺寸各异，也能以表驱动生成槽钢梁模型，通过编辑数据表中的变量，数据清单就能自动生成，便于检验数据的正确性。如果需对某一槽钢梁做细小变更，也只需修改原始模型，短时间内即可完成所有槽钢梁的3D建模。希望本文为解决同类问题起到抛砖引玉的作用。
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