proe在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用

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1、. . . . PRO/ENGINEER技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用 摘 要 經(jīng)過漫長的發(fā)展歲月，產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段在不斷地提高，不斷進(jìn)步，不斷成熟。從最早的手工繪圖，到現(xiàn)在的廣泛的使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并且以后還會(huì)有更先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段出現(xiàn)。本文介紹與應(yīng)用了PRO/ENGINEER造型設(shè)計(jì)中的參數(shù)化設(shè)計(jì)方式，涉與到了孔特征、倒圓角、螺旋掃描、陣列特征等的設(shè)計(jì)方法。然后通過PRO/ENGINEER的組件的應(yīng)用程序里的機(jī)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，模擬裝配，模擬運(yùn)行等過程，充

2、分體現(xiàn)了PRO/ENGINEER在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景，并且結(jié)合了相關(guān)的資料討論了一下三維設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：Pro/e參數(shù)化設(shè)計(jì)，汽車模型，動(dòng)態(tài)仿真，裝配 ABSTRACT After a long time, the development of product design method in the constant improvement and progress, and constantly mature. From the earliest manual drawing, t

3、o now widely used computer aided design for product design, and will have more advanced design means appear. This paper introduces and applied a PRO/e modelling design of parametric design way, involving the hole characteristics, pour rounded, helical scanning, the design method of array characteris

4、tics. Then through the PRO/e components in the application of institutions function realization dynamic simulation, realized the product design, the simulation assembly, analog operation process, fully embodies the PRO/e in the mechanical product design application value of, and combine and applicat

5、ion prospects of the related material discussed the development trend of the 3d design. Keywords: Pro/e parametric design, car model, dynamic simulation, assembly 13 / 16 目　錄 第1章pro/e軟件的簡介3 1.1 PTC公司與 pro/e軟件的簡介5 1.2 Pro/e軟件與傳統(tǒng)二維計(jì)算機(jī)輔助軟件的比較6 第2章 pro/e的功能9 2.1基于特征與參數(shù)化的設(shè)計(jì)9 2.2 pro/e與動(dòng)態(tài)仿真12

6、 2.2.1 產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真的一般方法12 2.2.2 產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真的一般步驟12 2.3 pro/e與ANSYS的有限元分析14 2.4 pro/e軟件在逆向工程中的應(yīng)用19 2.5 pro/e的CAM/CAE模塊在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用21 第3章 pro/e在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例23 3.1 PRO/E在減速箱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用23 3.2 PRO/E在汽車汽車覆蓋件中設(shè)計(jì)中的應(yīng)用25 3.2.1零件結(jié)構(gòu)分析26 3.2.2產(chǎn)品數(shù)字化26 3.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理27 3.2.4 模型重建27 3.3 PRO/E叉車模型建模與動(dòng)態(tài)仿真應(yīng)用實(shí)例28 3.3.1叉車模型

7、零部件的三維造型29 3.3.2干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真31 第4章三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展前景32 結(jié)論34 致35 第1章pro/e軟件的簡介 1.1 PTC公司與 pro/e軟件的簡介 Pro/Engineer是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定

8、義、實(shí)體零件與組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生與不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對(duì)于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便。 Pro/E

9、ngineer可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析與后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn))，且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白與彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。 1.2 Pro/e軟件

10、與傳統(tǒng)二維計(jì)算機(jī)輔助軟件的比較 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是提供方便的設(shè)計(jì)工具和手段來輔助設(shè)計(jì), 缺乏分析問題和解決問題的能力, 適用于解決算法型或確定型的任務(wù)問題。近幾年來, 為了克服傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的不足, 人們將人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng), 進(jìn)行了智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究。眾所周知, 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但涉與到一系列的計(jì)算公式、許多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)以與制圖技術(shù), 而且還要用到許多非數(shù)值的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí), 如開始的概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)則要求設(shè)計(jì)專家憑借知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來思考、推理和判斷；而設(shè)計(jì)過程最一個(gè)從“設(shè)計(jì)- 評(píng)價(jià)- 再設(shè)計(jì)直到產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果”的反復(fù)過程, 這就更需

11、要設(shè)計(jì)專家具有一定的知識(shí)性經(jīng)驗(yàn), 也就驅(qū)使著專家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合。很顯然, 概念設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的一個(gè)階段, 這一階段是設(shè)計(jì)創(chuàng)造性最為集中的部分, 這一部分與問題的表達(dá)和理解的正確與否, 所提方案的優(yōu)劣以與評(píng)價(jià)和決策的適當(dāng)與否等有關(guān), 它決定了最終設(shè)計(jì)的特色、水平和效益。傳統(tǒng)的二維CAD系統(tǒng)起源于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，其智能定位于圖樣繪制，沒有從本身的需求來考慮，大多數(shù)停留在電子圖版的水平。設(shè)計(jì)者用二維CAD系統(tǒng)來記錄設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)活動(dòng)只活動(dòng)在設(shè)計(jì)者的頭腦之中，當(dāng)設(shè)計(jì)者應(yīng)用二維CAD系統(tǒng)的時(shí)候，設(shè)計(jì)差不多已經(jīng)結(jié)束。其局限性表現(xiàn)如下： (1) 只是一個(gè)繪圖工具而并非設(shè)計(jì)工具，不能

12、幫助設(shè)計(jì)者定義設(shè)計(jì)關(guān)系和設(shè)計(jì)約束，更不能儲(chǔ)存和保持設(shè)計(jì)關(guān)系。 (2) 沒有可變型的產(chǎn)品模型。 (3) 不支持設(shè)計(jì)的全過程，只能完成繪圖等對(duì)提高企業(yè)競爭力不很重要的工作。 (4) 缺乏智力性，只記錄幾何數(shù)據(jù)，缺乏語義信息，不能有效表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。 (5) 對(duì)產(chǎn)品缺乏完善的分析系統(tǒng)和檢索機(jī)制。 由于概念設(shè)計(jì)的重要性, 一些學(xué)者提出了基于決策的概念設(shè)計(jì)過程模型, 并且用超文本做了技術(shù)實(shí)現(xiàn)。與過去的設(shè)計(jì)方法學(xué)模型相比, 決策模型并不規(guī)定設(shè)計(jì)過程應(yīng)該怎樣,設(shè)計(jì)師自始至終控制著設(shè)計(jì)的流程, 具有更大的靈活性； 與形式化模型相比, 決策模型并不被動(dòng)地模擬設(shè)計(jì)過程, 而是抽取關(guān)鍵的語義和聯(lián)系, 用以描

13、述和支持設(shè)計(jì)過程, 與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法相比, 它不僅記錄設(shè)計(jì)的結(jié)果, 更強(qiáng)調(diào)記錄和表達(dá)設(shè)計(jì)的過程?？傊? 智能化是機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中極具有前途的研究領(lǐng)域。Pro/Engineer能較好地完成挖掘機(jī)零部件的三維造型，三維造型時(shí)常用以下方法: ①對(duì)形狀比較規(guī)則的簡單零件，利用三維軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)幾何體（方形、圓柱、圓管、圓錐和球、溝槽）庫，直接生成零件實(shí)體，如方板、光軸、軸套等。 ②繪制最能反映零件基本特征的幾何草圖，經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)生成三維實(shí)體。 ③沿路徑配置的二維幾何圖形經(jīng)掃描，蒙皮生成曲面形實(shí)體。 ④從草圖入手建模 設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)的要求用手勾畫出理想的結(jié)構(gòu)形狀，然后賦予每一條曲線

14、以尺寸約束或幾何約束，使曲線按照設(shè)計(jì)者的意圖去更新交換，生成參數(shù)化特征的實(shí)體建模。從草圖入手建模很容易實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)，是挖掘機(jī)最理想的建模方式。 ⑤利用三維實(shí)體間的布爾運(yùn)算（交、并、補(bǔ)），將多個(gè)簡單零件組合成一體，生成新的實(shí)體等等，且生成的實(shí)體模型均采用參數(shù)化特征造型。 第2章 pro/e的功能 2.2 pro/e與動(dòng)態(tài)仿真 產(chǎn)品裝配與機(jī)構(gòu)仿真是pro/e的一項(xiàng)重要功能。當(dāng)設(shè)計(jì)師進(jìn)行產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真時(shí)，能將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖直觀的進(jìn)行表達(dá)，可以以動(dòng)態(tài)的方式將產(chǎn)品進(jìn)行模擬的運(yùn)行，也能從中檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否存在不合理的像干涉、自由度不滿足等缺陷?？傊擁?xiàng)功能對(duì)設(shè)計(jì)師提供重要

15、幫助。 2.2.1 產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真的一般方法 在pro/e的裝配模塊中，對(duì)產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真提供了兩種不同的裝配方法。 1．產(chǎn)品裝配的兩種方法 （1） 約束裝配 當(dāng)進(jìn)行普通產(chǎn)品裝配中，不考慮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，或某些元件是固定不動(dòng)的，那么在裝配時(shí)可采用約束條件進(jìn)行裝配。 （2） 連接裝配 當(dāng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，其機(jī)構(gòu)組裝必須考慮到哪些元件是運(yùn)動(dòng)的，哪些元件是固定不動(dòng)的，對(duì)運(yùn)動(dòng)的元件要采用連接條件進(jìn)行裝配。 其中約束裝配僅僅時(shí)按系統(tǒng)提供的方式，將機(jī)構(gòu)各元件按一定的連接方式進(jìn)行組裝。這樣得到的只是一個(gè)相對(duì)直觀的產(chǎn)品外觀的展示。而要想實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真，各元件的連接方式就必須采

16、用“連接裝配”。因?yàn)橄到y(tǒng)中所提供的連接方式具有不同的自由度，在裝配過程中就要按照自己的裝配關(guān)系意圖，再采用相應(yīng)的連接方式。這樣“應(yīng)用程序”中的“機(jī)構(gòu)”分析模塊中才能定義各種伺服電機(jī)的參數(shù)，得到預(yù)期的動(dòng)態(tài)仿真過程。 2.2.2 產(chǎn)品組裝與機(jī)構(gòu)仿真的一般步驟 為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)機(jī)構(gòu)在動(dòng)態(tài)分析前的連接方式，下面介紹組裝與分析 圖 2-5裝配中的連接方式 的一般步驟。根據(jù)各元件所要模擬的運(yùn)動(dòng)的不同，在圖2-5中的11種連接方式中，選擇要約束相應(yīng)自由度的連接方式。然后按照下面的步驟進(jìn)行： （1）使用約束條件將固定不動(dòng)的零件或組件裝配起來 （2） 使用連接條件將運(yùn)動(dòng)的零件

17、裝配起來 （3） 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊。當(dāng)以約束和連接條件將元件組裝在一起之后，即可通過下拉式菜單“應(yīng)用程序/機(jī)構(gòu)”進(jìn)入設(shè)計(jì)模塊。 （4） 手工拖動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊后，選擇拖動(dòng)圖標(biāo)，手動(dòng)拖拽元件，使元件按語定運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，以測定元件裝配是否正確，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式是否合乎理想。如果元件裝配正確，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)合乎理想，則進(jìn)行下一步，否則回到組裝環(huán)境重新組裝。 （5） 設(shè)置齒輪副、凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)。如果機(jī)構(gòu)中含有齒輪副或凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)，則在機(jī)構(gòu)組裝并測試正確后，進(jìn)行齒輪副或凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)置，建立機(jī)構(gòu)元件連接條件之間的關(guān)系，以便驅(qū)動(dòng)。 （6） 添加伺服電機(jī)。當(dāng)連接完成設(shè)定后，即可設(shè)置伺服電機(jī)，以作為機(jī)構(gòu)的動(dòng)

18、力來源。 （7） 其他設(shè)定。如果運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，還需要添加其他設(shè)置，如彈簧、力、轉(zhuǎn)矩等。 （8） 分析與仿真。當(dāng)機(jī)構(gòu)設(shè)置完成后，進(jìn)行各種分析。如位置、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)態(tài)等，并可根據(jù)分析獲得結(jié)果報(bào)告。 最終在動(dòng)態(tài)仿真中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可以用一下圖示為一例進(jìn)行表達(dá)： 圖2-6 某動(dòng)態(tài)仿真中選定三點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析 在動(dòng)態(tài)仿真中能夠進(jìn)行簡單的運(yùn)動(dòng)與受力分析，但是復(fù)雜的分析這里就不能顯現(xiàn)出相應(yīng)的作用與優(yōu)勢。這樣就提出了下文的有限元分析。 2.4 pro/e軟件在逆向工程中的應(yīng)用 “逆向工程”（Reverse Engineering,RE）,也稱反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精密測量和質(zhì)量檢驗(yàn)，它是設(shè)計(jì)下游

19、向設(shè)計(jì)上游的反 饋信息的回路。 圖2-9逆向工程過程 目前，大多數(shù)有關(guān)“逆向工程”技術(shù)的研究和應(yīng)用都集中在幾何形狀，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAS模型和最終產(chǎn)品的制造方面，稱為“實(shí)物逆向工程”。這是因?yàn)橐环矫?，作為研究?duì)象，產(chǎn)品實(shí)物是面向消費(fèi)市場最廣、最多的的一類設(shè)計(jì)成果，也是最容易獲得的研究對(duì)象；另一方面，在產(chǎn)品開發(fā)和制造過程中，雖已廣泛使用了計(jì)算機(jī)幾何造型技術(shù)，但是仍與許多產(chǎn)品，由于種種原因，最初并不是由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design,CAD）模型描述的，設(shè)計(jì)和制造者面對(duì)的是實(shí)物樣件。為了適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要經(jīng)過一定途徑將實(shí)物樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型，一起

20、利用計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacture,CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computer integrate manufacture system，CIMS）等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理或管理。同時(shí)，隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，快速精確的獲取食物的幾何信息已變成事實(shí)。目前，CAM\CAD系統(tǒng)中的一個(gè)研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，并發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的領(lǐng)域。在這一意義下，“實(shí)物逆向工程”（簡稱實(shí)物逆向工程）可定義為；逆向工程時(shí)和將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。 Pr

21、o\SCAN-TOOLS時(shí)一個(gè)專用的逆向設(shè)計(jì)模塊，能通過數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造網(wǎng)格曲線（Style Cure），在給定誤差圍，檢查出“壞”點(diǎn)，選定數(shù)據(jù)點(diǎn)作為參考點(diǎn)對(duì)曲線進(jìn)行擬合、光滑處理。以網(wǎng)格曲線為基礎(chǔ)構(gòu)造網(wǎng)格曲面（Style Suface）、近似曲面（Approximate Surface）和骨架曲面（Skeleton Surface），也可以生成一種基礎(chǔ)曲面（Underlying Surface），以測量點(diǎn)為參考點(diǎn)進(jìn)行擬合。具有找色和反射線等曲面分析工具。和Pro\SURFACE模塊配合使用，曲面生成后能轉(zhuǎn)換為一薄壁實(shí)體，然后在實(shí)體上進(jìn)行特征構(gòu)造。由于Pro\Engineer軟件的參數(shù)化特征功能，曲

22、面、實(shí)體均以特征形式表現(xiàn)在造型樹記錄上，其修改和再定義也容易實(shí)現(xiàn)，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來方便。 2.5 pro/e的CAM/CAE模塊在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 PRO/E的CAM/CAE功能模塊有：Pro/FEMPOST有限元分析、Pro/MECHANICACUSTOMLOADS載荷處理、Pro/MECHANICAMOTION裝配體運(yùn)動(dòng)分析、Pro/MECHANICASTRUCTURE靈敏度優(yōu)化分析、Pro/MECHANICATHERMAL熱分析、Pro/MECHANICATIREMODEL路面分析、Pro/MECHANICAVIBRATION振動(dòng)模、Pro/MECHANICAMESH有限元網(wǎng)格劃分態(tài)

23、分析。 其CAM 功能，提供了最佳的交給那個(gè)路徑公職和創(chuàng)建智能化加工路徑的功能，語序數(shù)控編程人員控制整體的加工路徑知道最細(xì)節(jié)的部分。該軟件還支持而普通加工和多軸加工，帶有多種圖形文件接口。 Pro/INTERFACE提供了PRO/E與其他設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，轉(zhuǎn)換器支持由其他系統(tǒng)輸入IGES、SET 、VDA、CGM、和DXF，PRO/E也輸出信息到這些一樣的標(biāo)準(zhǔn)中，同時(shí)也提供SLA文件等格式。 PRO/LEGACY可以使工程師在PRO/E環(huán)境中對(duì)2D和3D數(shù)據(jù)文件進(jìn)行維護(hù)，它的流暢的用戶界面經(jīng)過了優(yōu)化處理，因此工程師可以在PRO/E環(huán)境中對(duì)模型的表面、現(xiàn)況等進(jìn)行修改

24、綜合而不必重新生成。 PRO/MANUFACTURING從加工模塊中生產(chǎn)加工工藝計(jì)劃、刀具編程和時(shí)間價(jià)格比的估計(jì)。PRO/MANUFACTURING將工藝步驟與設(shè)計(jì)模塊鏈起來，這樣，當(dāng)設(shè)計(jì)改變時(shí)，加工信息可自動(dòng)生成。此模塊支持的加工過程包括鉆孔加工車削加工和直到五軸的銑削加工。 PRO/MOLDESIGN用于模具部件和模具裝配的設(shè)計(jì)，其包括澆注系統(tǒng)、澆道、澆槽等特征。并且允許用戶做注模模擬PRO/MOLDESIGN為用戶節(jié)省了大量的時(shí)間，并使用戶的零件設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)并行進(jìn)行。 第3章 pro/e在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例 3.1 PRO/E在汽車汽車覆蓋件中設(shè)計(jì)中

25、的應(yīng)用 據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，到2008年，我國汽車總需求量約為1100萬輛，基本車型將達(dá)220種，另有更新車型和改裝車型430種。對(duì)于車型的更新，最主要的工作就是獲得原有車型的幾何模型（其型覆蓋件的設(shè)計(jì)是整個(gè)新車型開發(fā)的關(guān)鍵），基于逆向技術(shù)（三坐標(biāo)數(shù)據(jù)掃描）、CAD/CAM技術(shù)（曲面構(gòu)建、模型重建）是目前獲取幾何模型應(yīng)用最廣的方法。 根據(jù)逆向工程中研究對(duì)象的不同，逆向工程分為影像逆向、軟件逆向、實(shí)物逆向等。就實(shí)物逆向而言，又包括形狀（幾何）逆向、功能逆向、材料逆向、工藝逆向，汽車覆蓋件的逆向工程屬于實(shí)物逆向。逆向工程研究容主要有兩個(gè)方面，即產(chǎn)品數(shù)字化和曲面重構(gòu)技術(shù)，它的兩個(gè)主要發(fā)展領(lǐng)域是自由曲

26、面的逆向工程和表面簡單但具有復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系的逆向工程。 圖（3-4）a為某款汽車的車門零件，圖（3-4）b分別為車門的外形和形表面形狀，需獲得該零件的幾何模型。本部分結(jié)合逆向技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)，應(yīng)用三坐標(biāo)測量機(jī)獲得零件的點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后在Pro/ENGINEER軟件中完成其模型重建。 圖3-4某款汽車車門零件外形 3.2.1零件結(jié)構(gòu)分析 在測量前，應(yīng)該對(duì)零件形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的分析，針對(duì)零件的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有目的性地對(duì)零件進(jìn)行測量。這樣可以用較少的測量點(diǎn)（零件的特征點(diǎn)）即可反映出零件的形狀，從而做到“事半功倍”。 圖（3-5）a所示的汽車覆蓋件的外形為一個(gè)掃描曲面和一個(gè)自由曲面

27、，掃描曲面需要確定掃描曲線和截面曲線，這里掃描曲線為一直線，因此，只需測量零件的截面形狀；對(duì)于塊Ⅱ所示的自由曲面，則可用放樣曲面或混成曲面等方式來生成。該零件形有多處起伏和沖孔，其形狀較為規(guī)則，只需測量各處的形狀尺寸和定位尺寸即可，但需注意各組成部分間具有較高的位置度要求。 3.2.2產(chǎn)品數(shù)字化 數(shù)據(jù)采集是指通過特定的測量設(shè)備和測量方法獲取零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，數(shù)據(jù)采集使用的方法很多，常用的有接觸式測量法、非接觸測量法和工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像法等，G-90C三坐標(biāo)測量機(jī)屬于接觸式測量法。 該汽車覆蓋件外形表面由兩個(gè)曲面經(jīng)過曲面延伸、曲面過渡

28、、曲面裁剪等混合而成，為了減少測量數(shù)據(jù)，便于建立零件模型，將兩個(gè)曲面進(jìn)行分塊測量，每個(gè)曲面使用不同的方法完成曲面重構(gòu)。圖（4-7）a所示為零件外形塊Ⅰ截面所測得的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)，圖（4-7）b所示為零件外形塊Ⅱ曲面所測得的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)。 ab 圖3-5 零件外形測量的特征點(diǎn) 3.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 通過測量設(shè)備所得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)一般較多（尤其是應(yīng)用激光測量設(shè)備所測得的數(shù)據(jù)有時(shí)多達(dá)幾兆甚至幾十兆），因此，在對(duì)這么多的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)前，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理一般包括數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)清理、補(bǔ)齊遺失點(diǎn)、數(shù)據(jù)分割、數(shù)據(jù)對(duì)齊、零件對(duì)稱基準(zhǔn)面的構(gòu)建等。 這里，需要對(duì)圖（3-5）b所

29、示的測量數(shù)據(jù)分成兩部分，即用來重構(gòu)掃描曲面的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)和用來重構(gòu)自由曲面的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)，每一部分?jǐn)M合出一塊曲面，然后通過曲面編輯方法（如曲面求交、曲面過渡等）將兩塊曲面合并構(gòu)成一個(gè)完整的曲面。 3.2.4 模型重建 模型重建是指由測量點(diǎn)還原成實(shí)體，目前較為成熟的模型重建技術(shù)是通過構(gòu)建曲面來實(shí)現(xiàn)模型重建，因此，構(gòu)建曲面是模型重建的關(guān)鍵。曲面重構(gòu)有基于點(diǎn)-樣條的曲面重構(gòu)和基于測量點(diǎn)的曲面重構(gòu)，這里采用基于點(diǎn)-樣條的曲面重構(gòu)。基于點(diǎn)-樣條的曲面重構(gòu)即為由測量所得的點(diǎn)擬合出曲線，再由這些曲線生成曲面，圖（3-6）a所示即為通過創(chuàng)建曲面、曲面編輯后所得的完整曲面。圖（3-6）b、c所示為根據(jù)零件形所測

30、得的數(shù)據(jù)，應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件所得的零件實(shí)體模型。 完成零件的實(shí)體造型后，可應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件有關(guān)模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工的功能，便可快速完成模具設(shè)計(jì)和零件NC加工。 進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時(shí)的注意事項(xiàng): （1）當(dāng)對(duì)曲面進(jìn)行分塊測量時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)測量的完整性，各塊之間需有一定的重疊量，以利于模型重建時(shí)數(shù)據(jù)的融合。 （2）由于受到三坐標(biāo)測量儀和零件的限制，外形數(shù)據(jù)和形數(shù)據(jù)的測量無法一次完成。因此，在測量外形數(shù)據(jù)和形數(shù)據(jù)時(shí)，需建立一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，以保證數(shù)據(jù)的對(duì)齊。 （3）在進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定制和規(guī)劃坐標(biāo)測量時(shí)的掃描路徑，掃描路徑設(shè)置的優(yōu)劣，對(duì)零件模型的

31、重建具有較大的影響。 (a) (b) (c) 圖3-6零件外形測量的特征點(diǎn) 在汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用基于CAD/CAM的逆向技術(shù)，可大大縮短模具設(shè)計(jì)制造的周期，這也適應(yīng)汽車行業(yè)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速更新的需要。 致 值此論文完成之際，心中充滿了一片感激之情，在整個(gè)論文完成的過程中得到了我的指導(dǎo)老師占領(lǐng)老師的精心指導(dǎo)，在此要向他致以最崇敬的感。老師總是在百忙之中抽出時(shí)間來為我們解答論文設(shè)計(jì)過程中的疑惑，老師不愧是廣大師生的表率，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教

32、導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。再次向老師獻(xiàn)上誠摯的意。 感我的室友和同學(xué)們，在論文完成的過程中在生活上和學(xué)習(xí)上給予我很大的幫助和支持，是他們不斷給我自信，如今才能順利完稿。感08材料班的全體成員，在這個(gè)大家庭中使我學(xué)會(huì)了寬容，忍讓，團(tuán)結(jié)與互助。大家在學(xué)習(xí)上互相交流，生活上相互幫助，再次衷心的向大家說一聲。? 最后我要誠摯地感我的家人，是他們無微不至的關(guān)懷、一貫的體諒與支持，使我能在工作和學(xué)習(xí)上不斷前進(jìn)，他們是我努力工作和積極生活的精神支柱。? 向所有關(guān)心我的親人、同學(xué)和朋友們表示深深的意！再次感學(xué)校給我們提供了這樣一個(gè)理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，使我們不但鞏固了知識(shí)更鍛煉了能力，也學(xué)到

33、了很多東西。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 力. 機(jī)械制圖（第二版）.:高等教育，2004.7 [2]建中、何曉玲，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì). :高等教育，2009.3 [3] 建中.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .:高等教育，2007.8 [4] 晁北，solidworks2007中文版機(jī)械設(shè)計(jì)與典型例. :電子工業(yè)，2007.7 [5] 巖. PRO/ENGINEER Wildfire 3.0曲面建模實(shí)例精解. :機(jī)械工業(yè)，2007.1 [6] 小撈. PRO/ENGINEER Wildfire 2.0中文版教程. :人民郵電，2007.12 [7] 周四新，和青芳. PRO/ENGINEE

34、R Wildfire3.0 高級(jí)設(shè)計(jì). :電子工業(yè)，2007.5 [8] 樊旭平. PRO/ENGINEER標(biāo)準(zhǔn)教程. ：清華大學(xué)，2009.6 [9] 雷，黃愷，高奇. PRO/E產(chǎn)品裝配與機(jī)構(gòu)仿真.：化學(xué)工業(yè),2009.5 [10] 金濤. 逆向工程技術(shù). ：機(jī)械工業(yè)， 2003.8 [11] 東北大學(xué)《機(jī)械零經(jīng)設(shè)計(jì)手冊》編寫組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊（第三版）上. ：冶金工業(yè)，1994.4 [13] 黎明，黃愷，恩至，仕賢.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.國防工業(yè)，1988.3 [14] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 機(jī)械工業(yè),2000.6 [15] 東北大學(xué)《機(jī)械零經(jīng)設(shè)計(jì)手冊》編寫組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊（第三版）下. ：冶金工業(yè)，1994