基于ProE的齒輪油泵三維建模的設(shè)計(jì)
基于ProE的齒輪油泵三維建模的設(shè)計(jì),基于,proe,齒輪,油泵,三維,建模,設(shè)計(jì)
河南科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
題目名稱(chēng)： 基 于 Pro/E 的 齒 輪 油 泵 三 維 建 模 設(shè) 計(jì)
學(xué)生姓名
王 勇
所學(xué)專(zhuān)業(yè)
機(jī)電技術(shù)教育
學(xué)號(hào)
20040315024
指導(dǎo)教師姓名
安愛(ài)琴
所學(xué)專(zhuān)業(yè)
機(jī)械制造及其自動(dòng)化
職稱(chēng)
講師
完成期限
2008年 12 月 16 日至 2009 年 6 月 5日
一、論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)
1.主要內(nèi)容
（1）用Pro/E對(duì)齒輪油泵的所有零部件進(jìn)行三維實(shí)體建模；
（2）用Pro/E對(duì)齒輪油泵進(jìn)行虛擬裝配設(shè)計(jì)；
（3）用Pro/E對(duì)齒輪油泵進(jìn)行動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)仿真。
2.技術(shù)指標(biāo)
(1) 齒輪零件采用參數(shù)化設(shè)計(jì)；
(2) 裝配應(yīng)無(wú)干涉。
二、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要求
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一份：有200字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的參考文獻(xiàn)，正文中要引用5篇以上文獻(xiàn)，并注明文獻(xiàn)出處。論文字?jǐn)?shù)在6000字以上；
2.有不少于2000漢字的與本課題有關(guān)的外文翻譯資料；
3.畢業(yè)設(shè)計(jì)總字?jǐn)?shù)在10000字以上。
三、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排
1. 1.2008年12月16日-2008年12月21日，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；寒假期間完成英文資料翻譯和開(kāi)題報(bào)告。
2. 2009年2月16-2月27日（第1-2周），指導(dǎo)教師審核開(kāi)題報(bào)告、設(shè)計(jì)方案和英文資料翻譯。
3. 2009年3月2日-4月24日（第3-10周），畢業(yè)設(shè)計(jì)單元部分設(shè)計(jì)。
4. 2009年4月20日-4月30日（第10-11周），畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查。
5. 2009年5月4日-5月22日（第12-14周），設(shè)計(jì)仿真、程序調(diào)試、線(xiàn)路板制作調(diào)試，
整理、撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。
6. 2009年5月25-6月5日（第15-16周）上交畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師審查評(píng)閱設(shè)計(jì)報(bào)告，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，學(xué)生修改整理設(shè)計(jì)報(bào)告。
目 錄
1 緒論 1
1.1 機(jī)械專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題 1
1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)中 1
2 設(shè)計(jì)概述 2
3 設(shè)計(jì)過(guò)程 3
3.1 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì) 3
3.1.1 齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì) 4
3.1.2 齒輪油泵主體的設(shè)計(jì) 5
3.1.3 齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì) 7
3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設(shè)計(jì) 8
3.1.5 齒輪軸的設(shè)計(jì) 8
3.1.6 其它零件的創(chuàng)建 12
3.2 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì) 13
3.2.1 虛擬裝配設(shè)計(jì) 13
3.2.2 生成爆炸圖 16
4 機(jī)構(gòu)仿真及工作原理動(dòng)畫(huà) 17
4.1 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì) 17
4.2 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)仿真 19
5 總結(jié) 22
致謝 23
參考文獻(xiàn) 24
1 緒論
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)，Pro/E等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)提供了一種極好的現(xiàn)代化教學(xué)的工作平臺(tái)[1]。
1.1 機(jī)械專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題
（1） 在機(jī)械類(lèi)課程的教學(xué)中，經(jīng)常需要實(shí)物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，如果沒(méi)有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個(gè)立體結(jié)構(gòu)的。學(xué)生缺少對(duì)實(shí)物的感官認(rèn)識(shí)也就更難理解沒(méi)有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教學(xué)實(shí)物模型，但實(shí)物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。
（2） 教學(xué)中存在的另一個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)物模型一成不變，更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿(mǎn)足教學(xué)和科技時(shí)代不斷進(jìn)步的需要。時(shí)代在發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容在不斷更新，當(dāng)然教學(xué)模型也要跟上教學(xué)內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學(xué)需要更改實(shí)物模型是很困難的。更換新實(shí)物模型成本又很高，而舊模型基本沒(méi)有再利用的價(jià)值，造成很大的浪費(fèi)。
（3） 傳統(tǒng)的教學(xué)模型作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析也存在很多缺陷，一是學(xué)校很難保證有一套完整的機(jī)械專(zhuān)業(yè)的教學(xué)模型，而且成本也較大；二是有些空間的機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)很難觀察到；三是裝配模型時(shí)容易損壞零件，運(yùn)動(dòng)容易出故障；四是運(yùn)動(dòng)特性的分析也很困難。
（4） 對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是先展開(kāi)平面簡(jiǎn)圖的構(gòu)思，形成稍微完整的方案之后，開(kāi)始繪制三維簡(jiǎn)圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或制作簡(jiǎn)易的模型。在造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要用樣品實(shí)物模型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，但對(duì)每一種方案都制作實(shí)物樣品，要付出大量的勞動(dòng)，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)及成本費(fèi)用高等問(wèn)題。
1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)中
Pro/E系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，改變了機(jī)械CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD／CAE／CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。將現(xiàn)代化的Pro/E三維技術(shù)應(yīng)用到在機(jī)械專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)中，可以解決以上傳統(tǒng)教學(xué)存在的很多不足[2]。
（1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學(xué)，在教學(xué)中如果應(yīng)用Pro/E的三維技術(shù)建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學(xué)模型的缺點(diǎn)，它同樣具有實(shí)物教學(xué)模型的直觀、容易理解的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難的問(wèn)題，還便于制作多謀體課件。
（2） 把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件建立起自己的模型庫(kù)，利用Pro/E提供的強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型功能，把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件，利用微機(jī)的存儲(chǔ)信息量大的特點(diǎn)建立起自己的模型庫(kù)，以充分利用已有的設(shè)計(jì)成果和前人的經(jīng)驗(yàn)。
我們建立的教學(xué)模型庫(kù)有如下特點(diǎn)：
1） 零件模型庫(kù)的覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)新；
2） 當(dāng)教學(xué)需要某一零件模型時(shí)，可直接從零件模型庫(kù)中調(diào)出，不必手工繪制；
3） 零件模型從模型庫(kù)中調(diào)入后可任意移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，在裝配時(shí)確定準(zhǔn)確的位置；
4） 零件模型庫(kù)的操作使用簡(jiǎn)捷、方便、靈活、易學(xué)易懂；
5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)零件模型庫(kù)的資源共享，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源為教學(xué)服務(wù)。
（3） 可將各種三維零部件和機(jī)械傳動(dòng)在Pro/E內(nèi)進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫(huà)演示和運(yùn)動(dòng)特性分析。
總之，把Pro/E的三維技術(shù)引入機(jī)械專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)，徹底改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，大大改善了輔助教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果[3]。通過(guò)實(shí)踐證明，我們只要認(rèn)真研究和大膽嘗試輔助教學(xué)這一現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷地去學(xué)習(xí)、掌握這種技術(shù)，很好地將Pro/E的三維技術(shù)應(yīng)用到我們的機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)中去，提高工作效率，充分利用微機(jī)多媒體輔助教學(xué)的優(yōu)越性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，就一定能有效地幫助我們達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
2 設(shè)計(jì)概述
本設(shè)計(jì)主要圍繞齒輪油泵設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)例展開(kāi)。液壓油泵作為一種重要的液壓元件，其規(guī)格和型號(hào)比較繁多，傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程繁瑣、 效率低下、 繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實(shí)體建模、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)仿真等功能進(jìn)行齒輪油泵的設(shè)計(jì)。齒輪油泵包含多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法。
設(shè)計(jì)的具體要求為：
（1） 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì)；
（2） 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì)；
（3） 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)；
（4） 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。
3 設(shè)計(jì)過(guò)程
3.1 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì)
齒輪油泵包含20多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法[4]，齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示，組件分解圖如圖2所示。
圖1 齒輪油泵三維圖
圖2 齒輪油泵爆炸圖
3.1.1 齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì)
齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì)主要是一系列基準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制，其隨后的建模設(shè)計(jì)建立在骨架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，齒輪油泵的骨架設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3所示。
圖3 齒輪油泵骨架設(shè)計(jì)結(jié)果
（1） 新建零件文檔；
1） 單擊“新建”按鈕打開(kāi)“新建”對(duì)話(huà)框。在“類(lèi)型”選項(xiàng)組中選取“零件”選項(xiàng)，在“子類(lèi)型”中選取“實(shí)體”選項(xiàng)，在“名稱(chēng)”文本框中輸入零件名稱(chēng)“Gear_pump”；
2） 取消“使用缺省模板”復(fù)選項(xiàng)，單擊“確定”按鈕。系統(tǒng)打開(kāi)“新文件選項(xiàng)”對(duì)話(huà)框，選取其中的“mmns_part_solid”選項(xiàng)，再單擊“確定”按鈕進(jìn)入三維實(shí)體建模環(huán)境[5]。
（2） 草繪基準(zhǔn)曲線(xiàn)；
圖4 齒輪油泵骨架草繪
1） 單擊“草繪工具”按鈕打開(kāi)“草繪”對(duì)話(huà)框；
2） 選取基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面，其它設(shè)置接受系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)，單擊“草繪”，進(jìn)入草繪界面；
3） 在草圖內(nèi)繪制曲線(xiàn)如圖4所示。
（3） 創(chuàng)建基準(zhǔn)平面；
1） 單擊“基準(zhǔn)平面工具”按鈕打開(kāi)“基準(zhǔn)平面”對(duì)話(huà)框；
2） 選取FRONT基準(zhǔn)平面作為參照，設(shè)置平移距離35；
3） 單擊“確定”，完成DTM1基準(zhǔn)平面。
（4） 草繪曲線(xiàn)。
1） 單擊“草繪”打開(kāi)“草繪”對(duì)話(huà)框；
2） 選取DTM1作為草繪平面，其它設(shè)置接受系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)，單擊“草繪”；
3） 繪制如圖5所示曲線(xiàn)。
圖5 齒輪油泵骨架草繪二
保存設(shè)計(jì)結(jié)果，作為骨架設(shè)計(jì)，關(guān)閉窗口。
3.1.2 齒輪油泵主體的設(shè)計(jì)
（1） 新建零件文檔；
單擊“新建”按鈕打開(kāi)新建對(duì)話(huà)框。在“類(lèi)型”中選“零件”，在“子類(lèi)型”中選“實(shí)體”，在“名稱(chēng)”文本框中輸入零件名稱(chēng)“Gear_part_m”。
（2） 創(chuàng)建外部繼承特征；
1） 單擊“插入”主菜單中選取“共享數(shù)據(jù)”/“合并/繼承”選項(xiàng)，系統(tǒng)打開(kāi)設(shè)計(jì)圖標(biāo)版[6]；
2） 單擊“打開(kāi)”按鈕，使用瀏覽的方式打開(kāi)上一小節(jié)設(shè)計(jì)的齒輪油泵骨架文件“Gear_pump”.同時(shí)系統(tǒng)打開(kāi)“外部合并”對(duì)話(huà)框，在該對(duì)話(huà)框的“約束類(lèi)型”下選取“缺省”選項(xiàng)，在系統(tǒng)默認(rèn)位置裝配齒輪油泵骨架文件；
3） 單擊“外部合并”中的“確定”，單擊“設(shè)計(jì)板”上的“確定”。
（3） 創(chuàng)建拉伸實(shí)體特征；
1） 單擊“拉伸”打開(kāi)設(shè)計(jì)板，在設(shè)計(jì)板中單擊“放置”打開(kāi)參照面板，單擊其中“定義”打開(kāi)“草繪”對(duì)話(huà)框，選擇FRONT為草繪平面，接受其它默認(rèn)設(shè)置單擊“草繪”進(jìn)入草繪模式；
2） 在草繪平面內(nèi)使用“抓取邊”工具繪制拉伸剖面圖，然后單擊“確定”退出草繪，調(diào)整方向輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖。再次單擊“拉伸”按鈕，選取上一零件端面作為草繪平面，進(jìn)入草繪模式；
3） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的實(shí)體特征如圖所示；
4） 再次單擊“拉伸”，選取上一零件右側(cè)面為草繪平面，進(jìn)入草繪模式；
5） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入深度“9.5”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖6所示。
圖6 齒輪油泵主體拉伸結(jié)果 圖7 齒輪油泵主體創(chuàng)建孔結(jié)果
（4） 創(chuàng)建孔特征；
1） 單擊“孔”打開(kāi)孔設(shè)計(jì)板。單擊拉伸體端面為主參照。單擊“放置”打開(kāi)參照面板，選取“同軸”放置類(lèi)型，然后激活“次參照”，選取拉伸體軸線(xiàn)；
2） 完成后的“放置”，設(shè)置“形狀”列表，最后完成的孔特征如圖所示；
3） 再次用孔特征創(chuàng)建孔，如圖7所示。
（5） 創(chuàng)建螺紋修飾特征，如圖8；
（6） 創(chuàng)建倒圓角特征，如圖9；
（7） 補(bǔ)上一個(gè)拉伸切削特征，最后完成的零件圖，如圖10。
圖8 齒輪油泵主體螺紋修飾結(jié)果 圖9 齒輪油泵主體倒圓角結(jié)果
圖10 齒輪油泵主體設(shè)計(jì)結(jié)果 圖11左蓋設(shè)計(jì)結(jié)果
3.1.3 齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)
齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)同樣以齒輪油泵骨架作為母體零件，綜合運(yùn)用拉伸、孔和鏡像復(fù)制等建模方法。齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果，如圖11所示。
（1） 新建零件文件，輸入零件名稱(chēng)“Gear_pump_leftcover”；
（2） 創(chuàng)建外部繼承特征，如圖12；
（3） 創(chuàng)建拉伸實(shí)體特征，如圖13；
圖12 左蓋外部繼承 圖13 左蓋實(shí)體拉伸結(jié)果
（4） 創(chuàng)建拉伸切削特征，如圖14；
（5） 創(chuàng)建階梯孔，如圖15；
圖14 左蓋拉伸切削結(jié)果 圖15 左蓋階梯孔結(jié)果
（6） 創(chuàng)建倒圓角特征，如圖16。
圖16 左蓋倒圓角結(jié)果 圖17 右蓋設(shè)計(jì)結(jié)果
3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設(shè)計(jì)
齒輪泵右蓋的設(shè)計(jì)和齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)相似，都是以齒輪油泵的骨架作為母本二進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)步驟參照左蓋設(shè)計(jì)，齒輪油泵右蓋的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖17所示。
3.1.5 齒輪軸的設(shè)計(jì)
齒輪軸的設(shè)計(jì)以全參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪通用件作為母體，對(duì)齒輪通用件參數(shù)進(jìn)行修改并添加必要的特征。齒輪軸的最終設(shè)計(jì)結(jié)果，如圖18所示。
圖18 齒輪軸設(shè)計(jì)結(jié)果 圖19 “PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”對(duì)話(huà)框
為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這里的全參數(shù)化齒輪采用臺(tái)灣大學(xué)林清安教授開(kāi)發(fā)的“PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”.
（1） 打開(kāi)“PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”，如圖19所示；
（2） 從“零件類(lèi)型”中選擇“齒輪”，零件規(guī)格選擇“20T”，如圖20所示；
圖20“正齒輪”對(duì)話(huà)框
修改右邊列表中“可修改”項(xiàng)目，修改齒輪的模數(shù)M=3,齒數(shù)Z=9,齒寬B=25.2.單擊“打開(kāi)文件”按鈕，輸入零件名稱(chēng)“gear_shaft_1”,打開(kāi)的齒輪零件如圖21。
圖21 參數(shù)齒輪調(diào)用
（3） 創(chuàng)建實(shí)體拉伸特征 選取上一實(shí)體端面為草繪平面，繪制草圖，拉伸深度為“10”，拉伸結(jié)果如圖23；
圖22 齒輪軸拉伸草繪 圖23 齒輪軸拉伸結(jié)果
（4） 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體特征，旋轉(zhuǎn)結(jié)果如圖25；
圖24 齒輪軸旋轉(zhuǎn)草繪 圖25 齒輪軸旋轉(zhuǎn)結(jié)果
（5） 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)切削特征，以切出槽，切槽結(jié)果如圖27；
圖26 齒輪軸切槽草繪 圖27 齒輪軸切槽結(jié)果
（6） 重復(fù)旋轉(zhuǎn)切削，切出另一端的槽；
（7） 創(chuàng)建鍵槽，結(jié)果如圖29；
圖28 齒輪軸鍵槽草繪 圖29 齒輪軸鍵槽結(jié)果
（8） 創(chuàng)建倒角特征，結(jié)果如圖30；
圖30 齒輪軸倒角結(jié)果 圖31 齒輪軸設(shè)計(jì)結(jié)果
（9） 創(chuàng)建螺紋修飾特征 選擇“插入”、“修飾”、“螺紋” ；
選取作圖平面為參照面，右圖面為螺紋起始面，輸入深度為10，直徑為12.6。
（10） 隱藏基準(zhǔn)，完成齒輪軸的創(chuàng)建，如圖31。
3.1.6 其它零件的創(chuàng)建
至此齒輪油泵的主要零件以創(chuàng)建完成，下面還有很多裝配用的小零件，其建模過(guò)程不再詳細(xì)介紹。只列出其最終結(jié)果，如圖32。
包括：螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷(xiāo)。
a）螺釘 b）外部齒輪
c）平鍵 d）圓墊片
e）螺母 f）壓蓋
g）圓柱銷(xiāo)
圖32 其它零件
至此齒輪油泵所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。
3.2 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì)
3.2.1 虛擬裝配設(shè)計(jì)
齒輪油泵的裝配綜合運(yùn)用到無(wú)連接接口約束和連接接口約束。在進(jìn)行齒輪油泵的裝配前，設(shè)計(jì)者首先要對(duì)齒輪油泵進(jìn)行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運(yùn)動(dòng)自由度，那些元件完全約束。對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)自由度的元件就要根據(jù)具體要求選擇合適的連接接口，反之使用無(wú)連接接口的約束進(jìn)行裝配即可。
（1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱(chēng)“Gear_pump_model”；
（2） 在默認(rèn)位置裝配齒輪油泵主體；
單擊“添加元件”按鈕，打開(kāi)下設(shè)計(jì)板，選擇缺省，以在默認(rèn)位置裝配泵的主體。
（3） 向組件中裝配銷(xiāo)；
使用“插入”“對(duì)齊”“對(duì)齊”三種約束裝配銷(xiāo)釘，使其高出端面“8”。
（4） 重復(fù)裝配銷(xiāo)釘；
選中前面裝配好的銷(xiāo)釘零件，然后在“編輯”中選取“重復(fù)”打開(kāi)“重復(fù)元件”對(duì)話(huà)框。
按住“ctrl”鍵，選中“插入”和“對(duì)齊”兩種約束方式。單擊添加，共裝配4根銷(xiāo)釘。
（5） 向組件中裝配齒輪油泵左蓋；
使用“匹配”“插入”“插入”三種約束。
（6） 向組件中裝配齒輪軸一；
1） 單擊右工具箱中的“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵文件Gear_shaft_1；
2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的設(shè)計(jì)板上的“用戶(hù)定義”中選取“銷(xiāo)釘”連接類(lèi)型；
3） 完成“放置”列表，裝配結(jié)果如圖33。
圖33 裝配齒輪軸一
（7） 向組件中裝配齒輪軸二；
1） 單擊右工具箱中“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件Geat_shaft_2；
2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的裝配設(shè)計(jì)板上的“用戶(hù)定義”下拉菜單中選取“銷(xiāo)釘”連接類(lèi)型；
3） 在設(shè)計(jì)板上單擊“移動(dòng)”按鈕，打開(kāi)“移動(dòng)”列表。在該列表的“運(yùn)動(dòng)類(lèi)型”選項(xiàng)中選取“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，然后選中“運(yùn)動(dòng)參照”副選項(xiàng)；
4） 根據(jù)系統(tǒng)提示選shaft_1的軸線(xiàn)作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參照，然后在工作區(qū)中旋轉(zhuǎn)齒輪軸二，使兩齒輪正確嚙合，最后的嚙合結(jié)果如圖34。
圖34 裝配齒輪軸二
（8） 向組件中裝配齒輪油泵右蓋；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，使用瀏覽方式打開(kāi)齒輪油泵零件文件Gear_pump_rightcover；
2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的裝配設(shè)計(jì)板上單擊“放置”按鈕，然后在“放置”列表的“約束類(lèi)型”下拉菜單中選取“對(duì)齊”約束類(lèi)型，然后分別選取軸A8和A15作為約束參照。新建“對(duì)齊”約束選取軸A9和A16作為約束參照；
3） 新建“匹配”約束類(lèi)型，選取油泵主體端面和右蓋端面，輸入偏距“0”；
4） 最后完成的“放置”列表如下圖，最后裝配結(jié)果如圖35。
圖35 裝配右蓋
（9） 在裝配的元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算；
1） 在“編輯”主菜單中選取“元件操作”選項(xiàng)打開(kāi)“元件”菜單，選取“切除”選項(xiàng)；
2） 根據(jù)系統(tǒng)提示選取右蓋為被切除元件，單擊“確定”，接著選取和其有相交關(guān)系的兩個(gè)銷(xiāo)作為切除參照元件；
3） 最后單擊“再生”，再生后轉(zhuǎn)配結(jié)果如圖，被切除的右蓋零件會(huì)相應(yīng)變化。
（10） 裝配螺栓；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)“blot.prt”；
2） 使用“對(duì)齊”約束，選取螺栓軸線(xiàn)和螺栓孔軸線(xiàn)；
3） 使用“匹配”約束，選取螺栓頭下端面和螺栓孔上端面。
（11） 重復(fù)裝配螺栓；
（12） 向組件中裝配壓緊螺母；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件Pack；
2） 使用“插入”和“匹配”兩中約束選取相應(yīng)參照。
（13） 在元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算 同步驟9一樣，切除壓緊螺母；
（14） 裝配鍵；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件key；
2） 使用“匹配”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。
（15） 裝配齒輪；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件gear；
2） 使用“對(duì)齊”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。
（16） 裝配墊片；
（17） 裝配螺母；
（18） 影藏曲線(xiàn)特征。
1） 在模型樹(shù)上選中“pack”元件，單擊右鍵，選取“打開(kāi)”打開(kāi)該元件；
2) 單擊“層”按鈕，系統(tǒng)顯示“層樹(shù)”窗口。選取“PRT_ALL_CURVES”,單擊右鍵選取保存；
3) 在空白處單擊右鍵，選取“保存狀態(tài)”；
4) 接著保存對(duì)“pack”元件的修改結(jié)果，最后的組件顯示結(jié)果如圖36。
圖36 齒輪泵設(shè)計(jì)結(jié)果
3.2.2 生成爆炸圖
（1） 從菜單欄中選擇“視圖”“分解”“編輯位置”命令，打開(kāi)分解位置對(duì)話(huà)框；
（2） 在“分解位置”對(duì)話(huà)框中，設(shè)置“運(yùn)動(dòng)類(lèi)型”等選項(xiàng)組用來(lái)調(diào)整爆炸圖中個(gè)元件的位置，得到滿(mǎn)意位置后，點(diǎn)擊“確定”按鈕。
編輯爆炸圖完成后，得到分解視圖下的齒輪油泵裝配爆炸圖，效果如圖37。
圖37 齒輪泵爆炸圖
4 機(jī)構(gòu)仿真及工作原理動(dòng)畫(huà)
4.1 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)
（1） 準(zhǔn)備工作 設(shè)置模型顯示外觀，結(jié)果如圖38；
圖38 模型顯示結(jié)果
（2） 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”模塊；
在“應(yīng)用程序”主菜單中選取“機(jī)構(gòu)”選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)構(gòu)仿真界面[6]。
（3） 定義齒輪副連接；
1） 單擊“定義齒輪副連接”按鈕，打開(kāi)“齒輪副定義”對(duì)話(huà)框；
圖39 “齒輪定義”對(duì)話(huà)框 圖40 “齒輪定義”對(duì)話(huà)框
2）定義齒輪1選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_1”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖39；
3）定義齒輪2選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_2”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖40；
4）打開(kāi)“屬性”選項(xiàng)卡，在“齒輪比”選項(xiàng)組中選取“節(jié)圓直徑”選項(xiàng)。
（3） 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)；
1） 單擊“定義伺服電機(jī)”按鈕，系統(tǒng)彈出“伺服電機(jī)定義”對(duì)話(huà)框；
2） 在“從動(dòng)圖元”選項(xiàng)組中選取“連接軸”選項(xiàng)，然后選取“gear_shaft_1”的軸線(xiàn)作為連接軸；
3） 在“伺服電機(jī)定義”對(duì)話(huà)框中打開(kāi)“輪廓”選項(xiàng)卡，在“規(guī)范”中選“速度”選項(xiàng)在“?！敝羞x“常數(shù)”，并將“A”值設(shè)為“40”，完成后的對(duì)話(huà)框如圖41；
圖41 “電機(jī)定義”對(duì)話(huà)框 圖42 定義結(jié)果
4） 完成所以設(shè)置后在“伺服電機(jī)定義”對(duì)話(huà)框中單擊“確定，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終結(jié)果如圖42所示。
（4） 創(chuàng)建連接；
1） 在“編輯”主菜單中選取“連接”選項(xiàng)，彈出“連接組件”對(duì)話(huà)框，如圖43；
2） 單擊“運(yùn)行”按鈕，打開(kāi)“確認(rèn)”對(duì)話(huà)框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作，如圖44。
圖43 “連接組件”對(duì)話(huà)框 圖44 “確認(rèn)”對(duì)話(huà)框
（5） 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析；
1） 單擊“運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)打開(kāi)如圖“分析定義”對(duì)話(huà)框；
2） 在“類(lèi)型”下拉列表框中選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)”選項(xiàng)，并把運(yùn)動(dòng)“終止時(shí)間”欄的值修改為“60”，接著單擊“運(yùn)行”按鈕，觀察齒輪油泵的運(yùn)動(dòng)情況；
3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關(guān)閉“分析定義”對(duì)話(huà)框，完成運(yùn)動(dòng)分析創(chuàng)建。
（6） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。
1） 單擊“回放以前的運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖所示“回放”對(duì)話(huà)框如圖45，單擊其中“回放”按鈕，打開(kāi)如圖所示“動(dòng)畫(huà)”對(duì)話(huà)框如圖46；
圖45 “回放”對(duì)話(huà)框 圖46 “動(dòng)畫(huà)”對(duì)話(huà)框
2） 在動(dòng)畫(huà)對(duì)話(huà)框中可以單擊“播放”按鈕觀察仿真結(jié)果；單擊“停止”按鈕結(jié)束運(yùn)動(dòng)仿真；單擊“捕獲”按鈕打開(kāi)“捕獲”對(duì)話(huà)框如圖所示。單擊其中的“瀏覽”按鈕，彈出“保存副本”對(duì)話(huà)框，在次選擇文件的保存路徑，選擇保存格式并填寫(xiě)文件名稱(chēng)。完成后單擊“捕獲”對(duì)話(huà)框中的“確定”按鈕，開(kāi)始媒體播放文件的制作。
4.2 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)仿真
外嚙合齒輪泵的工作原理：在泵的殼體內(nèi)有一對(duì)外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)有端蓋蓋住。殼體、端蓋、齒輪的各個(gè)齒間槽組成啦許多密封工作腔。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開(kāi)，密封工作腔容積逐漸增大，形成部分真空，郵箱中的油液被吸進(jìn)來(lái)，將齒間槽充滿(mǎn)，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到左側(cè)壓油腔去。在壓油區(qū)一側(cè)，由于齒輪主逐漸進(jìn)入嚙合，密封工作腔容積逐漸減少，油液便被擠進(jìn)去。吸油區(qū)和壓油區(qū)是由相互嚙合的齒輪以及泵體分割開(kāi)的。
在齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)中，注重運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真和數(shù)據(jù)分析，對(duì)齒輪的內(nèi)部工作原理展示不充分。下邊設(shè)計(jì)為在組件中裝入“箭頭”零件，表示油液流動(dòng)方向。
（1） 在組建“gear _pump_model.asm”中組裝“箭頭”零件，結(jié)果如圖47所示；
圖47 裝配結(jié)果 圖48 裝配體前視圖
（2） 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”模式，按先前步驟定義齒輪副和齒輪軸1的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor1”；
（3） 定義箭頭向左運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor2”，在“輪廓”選項(xiàng)卡中定義速度為10，方向如圖49所示；
圖49 電動(dòng)機(jī)方向
（4） 定義箭頭向左運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor2”，考慮到動(dòng)畫(huà)效果，在“輪廓”選項(xiàng)卡中定義速度改為電動(dòng)機(jī)1的10倍：100，方向如圖50所示；
（5） 創(chuàng)建連接；
1） 在“編輯”主菜單中選取“連接”選項(xiàng)，彈出“連接組件”對(duì)話(huà)框；
2） 單擊“運(yùn)行”按鈕，打開(kāi)“確認(rèn)”對(duì)話(huà)框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作。
（6） 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析；
圖50 電動(dòng)機(jī)方向
1） 單擊“運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)打開(kāi)如圖“分析定義”對(duì)話(huà)框；
2） 在“類(lèi)型”下拉列表框中選擇“位置”選項(xiàng)，并把運(yùn)動(dòng)“終止時(shí)間”欄的值修改為“64”，定義“電動(dòng)機(jī)”如圖51所示，接著單擊“運(yùn)行”按鈕，觀察齒輪油泵的運(yùn)動(dòng)情況；
3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關(guān)閉“分析定義”對(duì)話(huà)框，完成運(yùn)動(dòng)分析創(chuàng)建。
圖51 “分析定義”對(duì)話(huà)框
（7） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。
用Pro/E制作的簡(jiǎn)易工作原理動(dòng)畫(huà)可結(jié)合工作原理的FLASH動(dòng)畫(huà)，幫助理解齒輪泵工作原理。
5 總結(jié)
本文詳細(xì)介紹了齒輪油泵的三維設(shè)計(jì)，從零件建模、零件裝配設(shè)計(jì)到機(jī)構(gòu)仿真。其中齒輪軸的設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)是Pro/E的一個(gè)重要特點(diǎn)。重點(diǎn)描述了齒輪泵工作原理的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，通過(guò)直觀的三維動(dòng)畫(huà)，方便學(xué)生理解記憶，且充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，達(dá)到了降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。使用Pro/E仿真設(shè)計(jì)在展示油泵工作原理時(shí)，并不能展示油液的流動(dòng)情況[19]，所以還要結(jié)合其它軟件設(shè)計(jì)工作原理動(dòng)畫(huà)。
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。指導(dǎo)老師具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和較高的理論水平，在治學(xué)及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝老師對(duì)我的關(guān)心指導(dǎo)和幫助。同時(shí)對(duì)于大學(xué)幾年來(lái)關(guān)心過(guò)、指導(dǎo)過(guò)、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和寬松的環(huán)境條件。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我能夠?qū)⒋髮W(xué)期間所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識(shí)。非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助過(guò)我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵(lì)才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識(shí)和為人也深深地影響著我。我對(duì)指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！
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25
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告
題目名稱(chēng)
基 于 Pro/E 的 齒 輪 油 泵 三 維 建 模 設(shè) 計(jì)
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)
機(jī)電技術(shù)教育
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師姓名
所學(xué)專(zhuān)業(yè)
機(jī)械制造及其自動(dòng)化
職稱(chēng)
講師
完成期限
一、 選題的目的意義
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)，Pro/E軟件三維建模技術(shù)的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)提供了一種極好的現(xiàn)代化教學(xué)的工作平臺(tái)。在機(jī)械專(zhuān)業(yè)等課程的教學(xué)中，經(jīng)常需要實(shí)物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教學(xué)實(shí)物模型，但實(shí)物模型攜帶不方便，而且容量損壞，不便于保管。所以把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件建立起自己的虛擬模型庫(kù)，能很大程度降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量。本文即以齒輪油泵的虛擬建模為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著計(jì)算機(jī)三維建模軟件的發(fā)展，機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)相關(guān)的虛擬模型庫(kù)得到很大發(fā)展，特別是最基本的工程制圖學(xué)科.工程制圖虛擬模型庫(kù)綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、可視化方法以及Pro/E三維建模技術(shù)，建立基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬模型庫(kù)教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括工程圖學(xué)教學(xué)中所涉及的標(biāo)注尺寸、標(biāo)準(zhǔn)件、典型零件、多個(gè)曲面立體相交、看圖練習(xí)、兩曲面立體相交、平面立體與曲面立體相交、平面與立體相交、剖視圖、視圖、由軸測(cè)圖畫(huà)三視圖、軸測(cè)圖、裝配體、組合體等十多類(lèi)模型，以目錄樹(shù)的結(jié)構(gòu)管理。用戶(hù)可以對(duì)其進(jìn)行添加、刪除、重命名等操作。機(jī)械設(shè)計(jì)課用虛擬模型庫(kù)也有很大發(fā)展，包括減速器設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)等。液壓課程用的虛擬模型，包括液壓閥、液壓泵、液壓缸等也在發(fā)展完善。
三、主要研究?jī)?nèi)容
（1）用Pro/E進(jìn)行齒輪泵的零部件的三維建模（包括：齒輪泵主體、左側(cè)蓋、右側(cè)蓋、齒輪軸、螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷(xiāo)）；
（2）用Pro/E對(duì)齒輪泵的所有零部件的虛擬裝配設(shè)計(jì)；
（3）用Pro/E對(duì)齒輪泵的虛擬裝配體生成爆炸圖；
（4）用Pro/E進(jìn)行齒輪泵的所有零部件進(jìn)行全局干涉的檢查。
四、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的研究方法或技術(shù)路線(xiàn)
研究方法：在老師的指導(dǎo)下,利用圖書(shū)館以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資料進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
技術(shù)路線(xiàn)：
（1） 參照相關(guān)書(shū)籍確定齒輪泵的整體結(jié)構(gòu)及局部尺寸；
（2） 用Pro/E對(duì)齒輪泵進(jìn)行所有零件三維建模設(shè)計(jì)；
（3） 生成裝配圖；
（4） 全局干涉檢查；
（5） 生成爆炸圖。
五， 要參考文獻(xiàn)與資料
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[5] 林清安.Pro/ Engineer Wildfire3.0中文版零件設(shè)計(jì)上［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.12
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五、 指導(dǎo)教師審批意見(jiàn)
年 月 日
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
相關(guān)中英文翻譯資料
資料題目：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造
學(xué)生姓名：
所在院系：機(jī)電學(xué)院
所學(xué)專(zhuān)業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育
CAD and CAM
The engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.
In the beginning, CAD systems were no more than a graphics editor with some built-in design symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of them. The development of free-form curves and surfaces, such as Coon’s patch, Bezier’s patch, and B-spline, enables a CAD systems allow a designer to move into the third dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-path programming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s.
The 1970s marked the beginning of a new era in CAD – the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-frame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well. Later, many commercial systems and research systems were developed. Quite a few of these systems were based on the PADL and BUILD systems. Although they are powerful in representation, many deficiencies still exist. For example, such systems have extreme computation and resource (memory) requirements, an unconventional way of modeling objects and a lack of tolerance capability have all hindered CAD applications. It was not until the mid-1980s that solid modelers made their way into the design environment. Today, their use is as common as drafting and wire-frame model application.
CAD implementations on personal computers (PCs) have brought CAD to the masses. This development has made CAD available and affordable. CAD originally was a tool used only by aerospace and other major industrial corporation. The introduction of PC CAD packages, such as AutoCAD, VersaCAD, CADKEY systems, made small companies, even individuals, own and use CAD. By 1988, more than 100,000 PC CAD Packages had been sold. Today, PC-based solid modelers are available and are becoming increasingly popular. Because rapid developments in microcomputers have enabled PCs to carry the heavy computational load necessary for solid modeling, many solid graphics user interface (GUI) , CAD systems can be ported easily from one computer to another, most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems.
When a design has frozen, manufacturing can begin. Computers have an important role to play in many aspects of production. Numerically controlled (NC) machine tools need a part program to define the components being made; computer techniques exist to assist, and in some cases virtually automate the generation of part programs. Modern shipbuilding fabricates structures from welded steel plates that are cut from a large steel sheet. Computer-controlled flame cutters are often used for this task and the computer is used to calculate the optimum layout of the components to minimize waste metal.
Printed circuit board assembly can also be improved by computer methods. Quality is maintained by computer-controlled automatic test equipment that diagnoses faults in a particular board and rejects defective boards from the assembly line. Computers are used extensively to plot the artwork used to etch printed circuit boards and also to produce part programs for NC drilling machines.
One of the most important manufacturing functions is stock and production control. If the original design is done on a computer, obtaining lists of material requirements is straightforward. Standard computer data processing methods are employed to organize the work flow and order components when required.
Part geometry requires calculation of a large number of tool positions. Part programming software is usually incorporated into a family of CAM (Computer Aided Manufacturing) software. Some CAM software is associated with CAD (Computer Aided Design) software into CAD/CAM stations. Then the CAM software can use the CAD files as a source of data, which speeds up the programming process.
Part programming software is user-friendly, meaning that the programmer does not have to know the computer programming language or its operating system. It uses screen menus to lead the user through the programming process. Data can be entered via the keyboard, the mouse, or the function keys. Experienced programmers can use built-in macro capabilities and advanced techniques such as a family of parts to become even more productive.
Programming software has a dynamic graphics database to hold the actual machining sequences. These sequences can be viewed, edited, chained, or deleted. The programming can be accomplished whether single cuts or CNC machine canned cycle will be used. The software will also automatically calculate the proper feeds and speeds to be used during the machining, create a tooling list, and define the tool path.
Programmers can use different layers to associate with each profile being created or to construct clamps and fixtures to get a complete picture of the part setup. The tool motion can be seen as it will occur at the machine.
Using part programming software, the programmer can easily solve trigonometry problems to define an accurate tool path. When the program is done, the programmer can send it from the PC to the machine via a communication channel using built-in software with communications capability. Good part programming software is capable of:
（1）Establishing the machining parameters and tooling for a particular machine or job.
（2）Defining the geometry and tool path.
（3）Code generation, enabling the programmer to use standard communications protocols or create his or her own.
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造
在講述CAD的基本原理之前，先說(shuō)說(shuō)它的簡(jiǎn)史是比較合適的。CAD是計(jì)算機(jī)時(shí)代的產(chǎn)品。它從早期的計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。兩個(gè)這樣的系統(tǒng)包括：麻省理工學(xué)院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在開(kāi)發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng)。Sketchpad是在 Sage Project下發(fā)展起來(lái)的。CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進(jìn)行交互操作。
CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT（自動(dòng)編程工具）碰巧同時(shí)問(wèn)世。后來(lái)，X—Y繪圖儀作為計(jì)算機(jī)繪圖的標(biāo)準(zhǔn)拷貝輸出裝置使用。一個(gè)有趣的現(xiàn)象是X—Y繪圖儀與NC鉆床具有相同的基本結(jié)構(gòu)，除啦繪圖筆被NC機(jī)床上的主軸的刀具代替之外。
開(kāi)始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個(gè)帶有內(nèi)置設(shè)計(jì)符號(hào)的繪圖編輯器。供用戶(hù)使用的幾何元素只有直線(xiàn)、圓弧以及兩者的組合。自由曲線(xiàn)及曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝賽爾嵌面以及B樣條曲線(xiàn)，使得CAD可用于復(fù)雜曲線(xiàn)與曲面設(shè)計(jì)。三維CAD設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)者進(jìn)入三維設(shè)計(jì)空間。由于一個(gè)三維模型包含啦NC刀具路徑編程所需要的足夠信息，所以能夠開(kāi)發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一概念開(kāi)發(fā)的，并從20世紀(jì)70年代至80年代流行起來(lái)。
20世紀(jì)70年代末，三維實(shí)體建模的發(fā)明標(biāo)志著CAD一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始。過(guò)去的三維線(xiàn)框模型僅用其邊界來(lái)表達(dá)一個(gè)物體。這在某種意義上是含糊的，一個(gè)簡(jiǎn)單的模型可能有幾種解釋。同時(shí)也無(wú)法獲得一個(gè)模型的體積信息。實(shí)體模型包含完整的信息，因此，他們不僅可用于生成工程圖，而且也可在同一模型上完成工程分析。后來(lái)，開(kāi)發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當(dāng)多的是基于PADL和BUICD系統(tǒng)。盡管他們?cè)诒磉_(dá)上是強(qiáng)有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強(qiáng)的計(jì)算能力和內(nèi)存需求，非常規(guī)的物體建模實(shí)體建模開(kāi)始介入設(shè)計(jì)環(huán)境。今天實(shí)體建模的應(yīng)用如同繪圖和線(xiàn)框模型應(yīng)用一樣普遍。
在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應(yīng)用面廣并且很經(jīng)濟(jì)。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD，VersaCAD，CADKEY等個(gè)人機(jī)CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個(gè)人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷(xiāo)售10萬(wàn)個(gè)以上的PCCAD軟件包。今天，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)體建模的PCCAD易于獲得，并且銷(xiāo)售變得更為普及。由于微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)能夠承受實(shí)體模型需要的大量計(jì)算負(fù)荷，所以如今許多實(shí)體模型在PC機(jī)上運(yùn)行，并且作為平臺(tái)已不成問(wèn)題。隨著標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶(hù)界面的發(fā)展CAD系統(tǒng)可以很容易的從一臺(tái)計(jì)算機(jī)向另一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能夠在不同的平臺(tái)上運(yùn)行。在大型計(jì)算機(jī)、工作站和基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒(méi)有區(qū)別。
當(dāng)設(shè)計(jì)確定之后，制造才能開(kāi)始。計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)的許多方面扮演者一個(gè)重要角色。數(shù)控機(jī)床需要一個(gè)零件程序來(lái)表達(dá)被加工零件；計(jì)算機(jī)技術(shù)起到輔助作用，在謀些情況下實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)生產(chǎn)零件加工程序。現(xiàn)代造船是用從大張鋼板上切下并焊接鋼板來(lái)制造船體結(jié)構(gòu)的。計(jì)算機(jī)控制的火焰切割機(jī)經(jīng)常用于此項(xiàng)任務(wù)，而且計(jì)算機(jī)用于計(jì)算最佳排料，已是邊角廢料最少。
印刷電路板裝配過(guò)程也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)方法加以改進(jìn)。質(zhì)量是由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)檢測(cè)裝置來(lái)保證的，該裝置能在裝配線(xiàn)上檢測(cè)到某個(gè)有缺陷的板子，并且能從裝配線(xiàn)上刪除。計(jì)算機(jī)廣泛用于繪制蝕刻到印刷電路板上的布線(xiàn)圖，并且生成數(shù)控鉆床所需的零件程序。
最重要的功能之一是庫(kù)存和生產(chǎn)控制。如果原始設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，則獲取材料需求清單則是直截了當(dāng)?shù)摹?biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法是用于組織這項(xiàng)工作流程，并且按需訂購(gòu)零件。
零件的幾何形狀需要計(jì)算大量刀位。零件編程軟件通常是并入一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助制造軟件包中的。一些計(jì)算機(jī)輔助制造軟件與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件合并成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制作工作站。計(jì)算機(jī)輔助制造軟件可使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)文件作為數(shù)據(jù)源，這樣加快啦編程的進(jìn)程。
零件編程軟件是一個(gè)用戶(hù)界面友好的軟件，這意味著程序員不必懂的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言或它的操作系統(tǒng)。它用屏幕菜單引導(dǎo)使用者完成編程過(guò)程。數(shù)據(jù)可通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或功能鍵輸入。有經(jīng)驗(yàn)的程序員可使用計(jì)算機(jī)巨大的內(nèi)置內(nèi)容和諸如系列零件族的先進(jìn)技術(shù)來(lái)獲得更高的生產(chǎn)力。
編程軟件有一個(gè)動(dòng)態(tài)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支持實(shí)際加工程序。這些程序可被顯示、編輯、串聯(lián)或刪除。無(wú)論是單一切削還是采用CNC機(jī)床固定循環(huán)加工，程序都可生成。該軟件也會(huì)自動(dòng)計(jì)算加工中所用的適當(dāng)進(jìn)給量和切削速度，生產(chǎn)一個(gè)刀具清單和定義刀具路徑。程序員為生成的每一個(gè)輪廓分配不同的圖層或用另外的圖層加入卡具與夾具獲得一個(gè)完整的零件工裝圖?？梢钥吹饺缤跈C(jī)床上進(jìn)行實(shí)際加工一樣的刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
使用零件編程軟件，程序員能夠很容易的解決三角學(xué)問(wèn)題，以確定準(zhǔn)確的刀具路徑。當(dāng)一個(gè)程序編好后，程序員可以從PC機(jī)上通過(guò)通信線(xiàn)路用帶有通信能力的內(nèi)置軟件將程序傳送給數(shù)控機(jī)床。好的零件編程軟件應(yīng)具備如下條件：
（1）建立加工參數(shù)以及用于特殊機(jī)床或任務(wù)的刀具。
（2）定義幾何模型及刀具路徑。
（3）生成代碼，能讓程序員確定將使用什么代碼以及如何輸出到機(jī)床。
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