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(guò)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(guò)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(guó)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(shuō)，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(guò)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(guò)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(chǎng)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)?；诖耍瑪?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(lái)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(guò)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(guò)把機(jī)械零件組裝后形成3D裝配圖，再通過(guò)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(guò)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(lái)，通過(guò)調(diào)整燈光布置場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程

3.1 零件模型的建立

以機(jī)械中的減速器為例子來(lái)說(shuō)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)干涉檢查可精確測(cè)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(guò)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(guò)模型分析顯示零部件間的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系來(lái)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(guò)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(yǔ)

本文簡(jiǎn)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(guò)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