機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中Pro/e軟件的運(yùn)用

方 芳

(黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150001)

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機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中Pro/e軟件的運(yùn)用

方 芳

(黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150001)

本研究分析3D實(shí)體模型的建立，可清楚知道Pro/e軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)時(shí)最能體現(xiàn)、豐富和完善設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖。通過對(duì)所建立的模型進(jìn)行產(chǎn)品分析，可高效獲得高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

Pro/e軟件；機(jī)械設(shè)計(jì)與制造；模具設(shè)計(jì)與制造；運(yùn)用

1 Pro/e軟件介紹

Pro/e軟件是20世紀(jì)美國參數(shù)技術(shù)公司研發(fā)的一種三維工程設(shè)計(jì)軟件，由于三維軟件功能強(qiáng)大，參數(shù)化特征成型，使得Pro/e軟件在產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)、裝配、模具開發(fā)產(chǎn)品加工及制造、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)制造、玩具等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。Pro/e軟件是集Pro/Desinger、Pro/M造型設(shè)計(jì)和仿真設(shè)計(jì)于一體的全方位3D設(shè)計(jì)軟件。

1.1 全相關(guān)性

指Pro/e軟件全部模塊是全相關(guān)的。也就是說，如果開發(fā)某種產(chǎn)品時(shí)需對(duì)某處進(jìn)行更改，就可以擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，與此同時(shí)，諸如包裝體、制造數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)圖紙等所有工程文檔都會(huì)更新。由于全相關(guān)性可在開發(fā)周期的任意點(diǎn)進(jìn)行修改卻對(duì)設(shè)計(jì)沒有一點(diǎn)損失，還可以使并行工程成為可能性，所以Pro/e軟件可以使開發(fā)后期的某些功能提前發(fā)揮。

1.2 基于特征的參數(shù)化造型

Pro/e軟件產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素是設(shè)計(jì)人員較為熟悉的特征，而且這些特征都是設(shè)計(jì)人員較為熟悉的通用機(jī)械對(duì)象且可以按照預(yù)先設(shè)置進(jìn)行修改。通過給裝配、加工、制造和其他學(xué)科領(lǐng)域都使用的特征設(shè)置參數(shù)，然后再通過參數(shù)修改很容易進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)。

1.3 數(shù)據(jù)管理

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品盡快投入市場的目的，必須在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)最多的產(chǎn)品，因此，需要更多學(xué)科的工程師在同一時(shí)間對(duì)一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)?；诖?，數(shù)據(jù)管理模塊的研發(fā)成功使之成為可能，數(shù)據(jù)管理模塊就是用于管理并行工程中同一時(shí)間進(jìn)行的所有工作。

1.4 裝配管理模式

Pro/e軟件可保證在實(shí)現(xiàn)一些直觀命令時(shí)較容易地把零件裝配起來且保持產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖不變。Pro/e軟件的高級(jí)功能支持大型、復(fù)雜裝配體的管理及構(gòu)造，并且這些裝配體中的零件數(shù)量不受到約束。Pro/e軟件還有一個(gè)鮮明的特點(diǎn)就是易于使用，菜單用直觀方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)并提供邏輯選項(xiàng)以及預(yù)先選取的常用選項(xiàng)。

2 Pro/e軟件的功能和應(yīng)用

2.1 Pro/e軟件可直接畫出機(jī)械零件三維圖

Pro/e軟件實(shí)現(xiàn)畫出三維圖形是通過在設(shè)計(jì)人員畫出機(jī)械二維圖形后，使用該軟件把二維截面圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、倒角、放樣和布爾運(yùn)算等操作后形成所需要的3D實(shí)體模型。這些模型在Pro/e軟件界面上可以直接顯示并可進(jìn)行尺寸修改，還可以檢查結(jié)構(gòu)等方面是否符合設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 利用Pro/e軟件組建設(shè)備的三維裝配圖

設(shè)計(jì)人員通過把機(jī)械零件組裝后形成3D裝配圖，再通過該軟件上的組合鍵，從任意角度去觀察零件或裝配圖的三維視圖，通過3D裝配圖，設(shè)計(jì)人員可以較容易發(fā)覺零件設(shè)計(jì)是否合理、規(guī)范。假如不合理或者比例失衡，設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改，不僅使零件組裝具有合理性與協(xié)調(diào)性，還可以避免零件出現(xiàn)構(gòu)造上的干涉，即使出現(xiàn)了干涉，也可以及時(shí)修改，使之達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。這比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法省力、省時(shí)且效率高。

2.3 Pro/e軟件計(jì)算零件、組件重量及表面積

設(shè)計(jì)人員完成一個(gè)零件或組件后，往往需確定它的外形尺寸、重量、表面積等，利用Pro/e軟件可方便地計(jì)算出零件或組件的外形尺寸、表面積或重量。

2.4 Pro/e軟件生成工程圖紙

在生成二維工程圖紙前，設(shè)計(jì)人員須建立3D實(shí)體模型，利用Pro/e軟件對(duì)三維實(shí)體圖進(jìn)行各方位的觀察，如果圖形符合設(shè)計(jì)要求就可利用此三維實(shí)體模型。在生成三維視圖后，設(shè)計(jì)人員還可以生成任意位置的剖面視圖，然后對(duì)其進(jìn)行一些修改和尺寸標(biāo)注。

2.5 Pro/e軟件可以生成真實(shí)感較強(qiáng)的動(dòng)畫圖像

設(shè)計(jì)人員完成3D實(shí)體模型后，可以將該模型和3DMAX等軟件結(jié)合起來，通過調(diào)整燈光布置場景并加以一些材料等，生成真實(shí)的機(jī)器模型動(dòng)畫圖像。利用Pro/e軟件可以對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的分析，通過分析得到每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并且通過對(duì)機(jī)械零部件的曲率以及應(yīng)力撓度進(jìn)行分析從而得到機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，Pro/e軟件還建立了統(tǒng)一且較為完善的數(shù)據(jù)管理模型。Pro/e軟件通過本身極其強(qiáng)大的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理和參數(shù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了特征的尺寸驅(qū)動(dòng)與三維實(shí)體和二維工程圖的雙方關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)件建立、零部件的組裝、動(dòng)態(tài)仿真、實(shí)體模型的建模等功能，克服了2D圖像不能包含機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的缺點(diǎn)。

3 Pro/e軟件3D實(shí)體造型的過程

3.1 零件模型的建立

以機(jī)械中的減速器為例子來說明零件模型的建立。減速器零件包括齒輪、軸、軸承、軸蓋以及箱體等。在建模時(shí)，首先要依據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合理的建模方法。對(duì)于軸及軸蓋等回轉(zhuǎn)件，先畫出草圖，然后使用輪廓回轉(zhuǎn)的方法生成，再通過倒角、鍵槽部位的布爾運(yùn)算等得到軸以及軸蓋的三維實(shí)體模型。應(yīng)根據(jù)參數(shù)畫出齒形草圖，再把草圖文件調(diào)入并對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，最后得到漸開線齒輪的實(shí)體模型。對(duì)于箱體，由于其復(fù)雜性需要經(jīng)過多次的草圖拉伸和布爾運(yùn)算。為了在總參數(shù)變化時(shí)，所有零件都能保持正確的幾何約束和尺寸，必須使用三維參數(shù)化技術(shù)，因此，要建立機(jī)械所有零部件的實(shí)例圖，還要依據(jù)零部件的幾何形狀和相互關(guān)系約束條件建立參數(shù)關(guān)系，使得機(jī)械各個(gè)零部件間在設(shè)計(jì)時(shí)保持正確的位置關(guān)系和約束。生成零件的方法有很多種，比如:在生成軸時(shí)，可以使用輪廓回轉(zhuǎn)的方法得到，也可以采用分段拉伸方法得到。對(duì)于箱體的形成同樣有很多方法，比如:選取草圖不同、布爾運(yùn)算次序不同等都可以建立箱體的3D實(shí)體模型。由于考慮到設(shè)計(jì)變量的合理性和修改便捷等因素，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合理的建模方法。

3.2 零件的裝配

對(duì)于減速器來說，零件的裝配是指把在建模期間的軸、軸蓋、齒輪以及軸套等零件的3D模型按照需求經(jīng)過添加裝配約束，放入箱體的3D實(shí)體模型中。由于軸和齒輪孔、軸蓋和孔的配合、軸承和軸的配合都是軸和孔的配合，所以添加的約束應(yīng)該是插入約束，而鍵和鍵槽的約束是表面配合約束。在零件裝配時(shí)要注意裝配基準(zhǔn)的選取要統(tǒng)一。在所有零件模型裝配完成后，設(shè)計(jì)人員就可以利用Info菜單下的模型分析對(duì)任意兩個(gè)零件間的間隙進(jìn)行干涉檢查。通過干涉檢查可精確測量出零件間的最小縫隙并得到客戶所需要的零件組裝。此外，還可以進(jìn)行諸如質(zhì)量特性，計(jì)算零件質(zhì)量、體積、慣性矩等裝配分析。設(shè)計(jì)人員還可以通過把裝配后的零件分開，重新設(shè)定零件間的相對(duì)位置，再次通過模型分析顯示零部件間的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系來建立零部件的分離圖，也就是爆炸圖。

3.3 二維工程圖的獲取

設(shè)計(jì)人員在零部件的裝配設(shè)計(jì)中，如果確定了零件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和給定主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式，可以運(yùn)用Pro/e軟件模擬顯示這個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，再通過動(dòng)態(tài)仿真就可以看出機(jī)器每個(gè)零部件間的位置約束情況和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的合理性。

4 結(jié)語

本文簡要敘述了減速器3D實(shí)體模型設(shè)計(jì)的具體步驟，機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中其他產(chǎn)品的建模過程同樣可以按此步驟進(jìn)行。在設(shè)計(jì)3D實(shí)體模型時(shí)，可以和其他軟件結(jié)合使用，對(duì)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助工程、數(shù)據(jù)管理、計(jì)算機(jī)輔助制造等進(jìn)行運(yùn)用，以此使機(jī)械設(shè)計(jì)的周期縮短、提高效率，減低設(shè)計(jì)成本。因Pro/e軟件擁有對(duì)極其復(fù)雜零件的實(shí)體模型造型的能力、產(chǎn)品裝配和干涉檢查能力、設(shè)計(jì)分析和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的高密集性，在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)大力推廣Pro/e軟件的應(yīng)用并使該軟件為工程設(shè)計(jì)做出貢獻(xiàn)。

[1] 葛正浩，胡志剛.Pro/E三維機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2] 詹友剛.Pro/ENGINEER野火版5.0機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3] 邱志惠.Pro/engineer實(shí)用教程[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

The application of Pro/e software in mechanical design and manufacturing

FANG Fang

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science,Harbin 150001,China)

This study analyzes the establishment of 3D solid model,and we can clearly know three-dimensional solid model design can embody,enrich and improve design intent of the designer. The product analysis of the model can efficiently access to high-quality design products.

Pro/e software; Mechanical design and manufacturing; Mold design and manufacturing; Application

2017-01-12

方芳(1977-)，女，工程師。

TH122

B

1674-8646(2017)06-0142-02