合肥通用機械研究院 李善為 吳玉月 李金祿

安徽豐樂農化有限責任公司 陸廣美

一、引 言

如今包裝機械種類繁多，日新月異，開發(fā)和研制速度成為競爭的主要內容，傳統(tǒng)方法已不能滿足市場的需要。二維軟件如AutoCAD在包裝機械設計中的應用較多，但存在著設計周期長，效率低，偏差大，設計圖樣也不夠直觀，設計過程中前期潛在問題無法提前發(fā)現，甚至返工。諸多問題已很難適應當今快速、多樣化的制造需求。

三維軟件特別以Pro/E為例，以它形象生動的交互界面，高參數化的設計理念，智能化的分析能力，擺脫了二維設計的枯燥、實體感和空間感不強的缺點，為高效高質開發(fā)提供了可能性，改變了傳統(tǒng)的設計理念，為我們提供了一條更直觀、更有效、更快捷的設計途徑。

因此大力推廣Pro/E在包裝機械設計中的應用，有利于提高產品的設計質量和效率，降低技術人員勞動強度，避免人為差錯的出現。

二、Pro/Engineer軟件的介紹

Pro/Engineer軟件是美國PTC（參數技術公司）公司推出的工程設計軟件，簡稱Pro/E。其功能強大，參數化特征造型使其占據的三維設計領域的軟件市場份額越來越大，廣泛應用了零件設計、產品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、工業(yè)設計、逆向于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)，Pro/E是全方位的3D產品開發(fā)軟件包，和相關軟件Pro/DESINGER（造型設計）、Pro/MECHANICA（功能仿真）、集合工程、自動測量、機構分析、有限元分析、產品數據庫管理等功能，從而使用戶縮短了產品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程。

Pro/E還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/E的特點及主要模塊進行簡單的介紹。

主要特性

全相關性：Pro/E的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數據。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。

基于特征的參數化造型：Pro/E使用用戶熟悉的特征作為產品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。

裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數，然后修改參數很容易的進行多次設計疊代，實現產品開發(fā)。

數據管理：加速投放市場，需要在較短的時間內開發(fā)更多的產品。為了實現這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產品進行開發(fā)。數據管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/E獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。

裝配管理：Pro/E的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“貼合、對齊和定向等”很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數量不受限制。

易于使用：菜單以直觀的方式聯級出現，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。

三、建模過程

建立包裝機械的三維模型是系統(tǒng)中工作量最大的部分，三維模型的建立，主要由拉伸、旋轉、掃描、混合等方法完成，設計的原理構思是非常重要的環(huán)節(jié)，其傳統(tǒng)設計流程（如圖1），方案設計的質量直接影響到三維模型的建立及后續(xù)裝配。通過建立檢測三維模型是否達到要求，檢查其存在的問題。

圖1 設計流程

為了在總體參數變化時，所有零部件都能保持正確的幾何尺寸和約束，必須采用三維參數化技術。Pro/E的各個設計模塊都是相關的，設計過程中任一處的修改，都能夠擴展到整個設計中，可自動更新所有的工程文檔、裝配和設計圖紙、制造數據等。因此，可采用Pro/E為主要支撐軟件，建立包裝機械所有零部件的實例庫，并根據零部件的幾何形狀和相互關系的約束條件，建立參數關系，使得包裝機械部件之間在設計過程中始終保持正確的相對位置和裝配關系。

四、裝配仿真

對一個產品來說，每個零件的加工工藝較容易簡單，但對于一個很復雜的產品，由于零件數目較多，裝配關系復雜，Pro/E裝配模塊（Assemb lies）使用指針鏈接零件，產品各零件之間的裝配關系，可采用貼合、對齊和定向三種方式約束相互配合，即使某個零件作了修改，這種約束關系也依然存在。例如輥道輥子裝配中，首先繪制三維零件圖，如軸承、輥道輥子、雙鏈輪、卡簧等單個零件，通過Pro/E裝配模塊將各零件裝配在一起，組裝成部裝件（如圖2）。如果文件異常龐大，如本例中輥道輸送線，有上千個零件，可將小部件獨立裝配，然后將小部件裝配成大部件，最后由大部件裝配成完整的設備（如圖3），這種裝配方式不但極大的降低了工作量，而且可快速、準確地檢測零部件的干涉、物理特征，模擬使用產品的操作過程，可以清楚反應出輥道輸送機各個部件之間狀態(tài)以及是否存在干涉，直觀顯示存在問題及相關區(qū)域，指導設計者直接、快速地修改模型，從而縮短修改時間，提高設計效率。

圖2 輥道輥子部裝圖

圖3 輥道輸送線裝配圖

五、工程制圖

Pro/E可以用來實現基于實體建模的工作流程而生成工程圖紙，用戶可以輕松地生成和保存二維工程圖紙，由于工程圖紙和三維零件動態(tài)連接，因此當用戶修改生成視圖的三維模型時，零件視圖、尺寸和注釋等都自動更新。如輥道輸送線裝配圖的二維模型可以在當前的三維圖形下，通過文件新建圖形，選擇繪圖（.d rw），將打開的圖形或通過瀏覽得到三維圖，選擇圖幅，點擊確定后，即可得到二維圖形（如圖4）。三維圖形的修改，其二維圖形也會自動更新，杜絕了傳統(tǒng)二維工程制圖設計的尺寸矛盾，保證了二維工程圖的正確無誤，節(jié)約了圖紙管理和維護的時間。

圖4 二維圖

六、結論

通過以上分析及三維模型的建立，可清楚地看到Pro/E軟件優(yōu)越性能，尤其在包裝機械設計過程中通過三維軟件設計的模型，更好的體現、驗證、豐富、完善設計人員的設計意圖，通過對模型的模擬測試進行產品評估，能夠以較低的成本獲得較高的設計質量，而且極大地提高了在新產品開發(fā)過程中的柔性和敏捷性。

因此，將Pro/E技術應用于包裝機械設計上，將有利于提高包裝機械產品的設計能力，更好地為生產服務，促進我國包裝機械工業(yè)的發(fā)展。