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Jinan Hengyuan Science and Technology Development Co., Ltd.


致力于机械行业CAD/PROE/UG三维软件的教育、培训与技术服务


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PORE模具设计培训

Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品,于1988年问世。10多年来,经历20余次的改版,已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件,广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包,和相关软件Pro/DESINGER(造型设计)、Pro/MECHANICA(功能仿真),集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能,从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程;国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统,作为企业的标准软件进行产品设计。

   Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。与其他同类三维软件(MDT、UG、CATIA等)相比,Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点:

  (1)基于特征的(Feature-Based)

  Pro/ENGINEER是一个基于特征的(Feature-Based)实体模型建模工具,利用每次个别建构区块的方式构建模型。设计者根据每个加工过程,在模型上构建一个单独特征。特征是最小的建构区块,若以简单的特征建构模型,在修改模型时,更有弹性。

  (2)关联的(Associative)

  通过创建零件、装配、绘图等方式,可利用Proe/ENGINEER验证模型。由于各功能模块之间是相互关联的,如果改变装配中的某一零件,系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。

  (3)参数化(Parametric)

  Pro/ENGINEER为一参数化系统,即特征之间存在相互关系,使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更,以满足设计者的要求。如果 某一特征参考到其他特征时,特征之间即产生父/子(parent/child)关系。

  (4)构造曲面(surface)

  复杂曲面的生成主要有三种方法:1)由外部的点集,生成三维曲线,再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2)直接输入由Pro/desinger(造型设计)产生的曲面。3)利用import(输入)功能,以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式,输入由其他软件或三维测量仪产生的曲面。

  (5)在装配图中构建实体

  根据已建好的实体模型,在装配(component)中,利用其特征(平面,曲面或轴线)为基准,直接构建(Create)新的实体模型。这样建立的模型便于装配,在系统默认(default)状态下,完成装配。如图2所示,电饭煲的内锅是在装配图中,以外锅体的轴线为基准,完成设计。

图1 产品设计流程图

图2 电饭锅外观示意

 二、软件在产品开发过程中的应用

 1.产品外观造型设计

   在产品进行设计之前,首先要搞清楚利用软件进行设计的步骤或流程。使用Pro/E一般要遵循图1所示的流程。    
  下面以电饭煲的外观设计为例,如图2所示,阐述造型的大致过程:

(1)确定产品的基本结构

分析产品的基本结构,确定将产品分为几部分,根据产品的特征,建立特征曲线;使用pro/E可接受的造型方法,构建产品的主体轮廓。如图2所示,可将电饭煲分为三部分:锅盖总成、按键总成、锅体总成构成。在设计时,可先将锅盖、锅体、按键作为一体来考虑,设计完成后,用分模的方法分为三部分,按键的形状及装配位置要同锅体的曲面配合;因此,该产品应按照锅盖部分、锅体部分、按键部分的顺序进行设计。

(2)建模

按照Pro/E建模的规则,使用各种适当的建模方法,建立主体模型。其设计思路是由简到繁,由基本到复杂。复杂的几何体都是由一个简单的几何特征组合构成的。如电饭煲的整机部分分解设计过程如图3所示。

图3 电饭锅整体部分分解设计

(3)修剪曲面

  使用surface菜单下的各种选项,如merge(融合曲面,包括:join(连接)、intersect(相交)、trim(修剪曲面)、extend(延伸曲面)等,对曲面进行修剪、编辑,完成模型的初步设计

(4)曲面检测

  检查曲面光滑度、曲率变化的连续性等项目,来确认曲面是否符合设计要求。一般情况下,对曲面进行渲染render或shading处理,通过visibility(可见度)、transparency(透明度)、light(灯光设置)等手段,产生高清晰度的曲面,判断曲面的光滑性。此外,还可以用Analysis-Surface analysis工具,对曲面的最小曲率半径、最大曲率半径、高斯曲率(Gauss curvature)等项目进行检测,从曲率图表、彩色图象的颜色变化,可以直观地了解曲面的光滑性,如图4所示。如果曲面的外观质量不符和设计要求,可以修改曲面的参数,以得到效果符合要求的曲面。由于Pro/E软件的基本特征之一就是参数化,通过改变参数实现曲面的变化是很容易的。

图4 曲面光滑性检测

(5)圆顺边角

  在建立CAD模型时,特征与特征之间存在父/子关系,如果增加特征或修改特征,则会引起边、面的改变,从而导致圆角特征失败。因此,边、面的圆角或光滑过度一般在模型设计的后期进行。Pro/E提供强大的圆角功能,可以完成单一边界、多边界,单一半径、变半径的圆角。此外利用软件提供的Andvanced Round(高级圆角功能),通过指定圆角的形式、圆角相交时截面的形状,可达到圆顺部分不同的外观效果,是区别于其他三维软件的特色之一。在实际使用过程中,笔者发现倒圆角有一定的先后顺序,遵循由大到小、先凹后凸的原则,一般可获得成功。如果产生失败,采用改变圆角顺序、Boundary(边界曲面)和特征结合使用的方法,往往能得到满意的效果。

  2.产品结构建模

   首先要生成壁厚,在外观设计的基础上,有两种产生壁厚的方法:1)如果外观设计产生的是实心体,使用(抽壳)功能,产生等或不等的壁厚。2)如果外观设计产生的是曲面,使用偏移曲面片的方法,产生均匀壁厚。然后根据产品的内部结构、添加特征,如填料(Protrusion)、切除(Cut)、加强筋(Rib)、孔(Hole)等,逐步完成模型的设计。

3.动态仿真

该功能是由软件自带的机构模块实现的。机构模块(Mechanisms)主要有两大功能:定义机构和机构仿真运动。由此可见,该模块主要应用于产品结构检测及仿真设计。

产品各零件之间的装配关系,可使用仿真模块模拟实际操作。它可快速、准确地检测零部件的干涉、物理特征,模拟使用产品的操作过程,直观显示存在问题的区域及相关的零部件,指导设计者直接、快速地修改模型,从而缩短修改时间,提高设计效率。如图5所示,a为原始位置,b为转过一定角度的位置。

图5 电饭锅上盖与锅体间隙配合示意

 三、软件在产品开发后期的应用

  1.生成工程图

   Pro/E可以用来实现基于实体建模的工作流程而生成工程图纸,用户可以轻松地生成和保存2D工程图纸,由于工程图纸和3D零件动态连接,因此当用户修改生成视图的3D模型时,零件视图、尺寸和注释等都自动更新,节约了图纸管理和维护的时间。

  2. 演示市场销售

Pro/E的渲染工具可帮助用户以真实的照片有效地交流其设计。用户完成的高质量的零件、装配图、装配爆炸效果图,可用于演示、设计检查、市场销售、制作说明书等用途。

   最直观的 Pro/E 抛弃传统 CAD/CAM 软件中的线框和表面模型,而直接签于 3D 实体。这使我们的设计环境完全从 2D 或 2D 与 3D 混合状态上升为纯 3D 模式。产品或模具的描述信息变得更加完整,概念更加清晰,更易于抓住设计意图。设计质量和速度也大大提高,尤其是结合快速原型技术,可以大大缩短产品设计生产上市周期。总之,随着 Pro/E 的不断完善和发展,越来越多的问题将被解决,越来越多的理想将变为现实。 Pro/E 的魅力将更多地体现为生产力水平的极大提高。

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