【正文】 83。 39 緒論 隨著人們生活水平的提高，消費者的價值觀正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化，呈現(xiàn)出多樣化與個性化，用戶對各類產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度，以及產(chǎn)品從設(shè)計、制造到投放到市場的周期都提出了越來越高的要求。為了適應(yīng)這種變化，工廠的產(chǎn)品也向著多品種、中小批量方向發(fā)展。要適應(yīng)這種瞬息萬變的市場要求，則要求生產(chǎn)更具柔性。傳統(tǒng)的批量法則面臨著嚴重 的挑戰(zhàn)，一場更加激烈的競爭環(huán)境正在形成。計算機輔助設(shè)計（ CAD）與計算機輔助制造（ CAM）就是滿足這種新的要求而產(chǎn)生的一種新的制造方法。 CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計與制造）技術(shù)是一門多學科綜合性技術(shù)，是當今世界發(fā)展最快的技術(shù)之一，目前已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)。CAD/CAM 等新技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，對制造業(yè)的制造模式和市場形勢產(chǎn)生了巨大影響，促進了生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變和制造業(yè)市場形勢的變化。 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展與完善讓越來越多的工廠認同了這種技術(shù)，與此同時，市場上出現(xiàn)了越來越多 CAD/CAM/CAE 一體化設(shè)計 軟件。來自 PTC 公司的Pro/ENGINEER 就是其中最成功的一款設(shè)計軟件，自 1988 年問世以來，經(jīng)過短短十幾年時間，就成為全世界最普及的三維設(shè)計系統(tǒng)之一，它廣泛應(yīng)用于電子、通信、機械、模具、汽車、自行車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E 集零件設(shè)計、造型設(shè)計、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計、機構(gòu)仿真、逆向工程、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能于一體。對加速工程和產(chǎn)品的開發(fā)、縮短產(chǎn)品設(shè)計制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減低成本、增加企業(yè)市場競爭力和創(chuàng)造能力發(fā)揮著重要作用。深受眾多大中型企業(yè)，研究所和大學親睞。 作為 21 世紀的機械自動化方向的大學生，掌握并熟練運用先進的設(shè)計繪圖軟件是一門必修的課程?；?Pro/E 的畢業(yè)設(shè)計給我們提供了這樣一個平臺。此次設(shè)計是學習機械類專業(yè)的學生一個必不可少的設(shè)計項目，它是學生步入公司前的一個模擬設(shè)計過程，使學生初步熟悉應(yīng)用繪圖軟件進行設(shè)計的一般步驟與要求，通過應(yīng)用先進的繪圖軟件，再綜合所學的專業(yè)知識進行產(chǎn)品的初步設(shè)計從而達到熟練掌握繪圖軟件的能力，同時通過此次設(shè)計對所學專業(yè)知識進行回顧與復(fù)習，使學生能夠在專業(yè)領(lǐng)域達到一個新的高度。此次設(shè)計對我們的設(shè)計能力以及三維軟件的運用能力都是一個鍛煉 。 第 1 章 應(yīng)用軟件簡介 Pro/E軟件簡介 Pro/Engieer（ proe)是美國 PTC公司旗下的產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件的簡稱。Pro/E（ Pro/Engineer 操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation，簡稱 PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集 CAD/CAM/CAE 功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。它的出現(xiàn)是現(xiàn)代 CAD 技術(shù)發(fā)展中的一個里程碑，它代表著 CAD軟件繼實體技術(shù)和曲面技術(shù)之后進入全新的特征技術(shù)時代。 Pro/E的功能與特點 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。 Pro/ENGINEER 還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性 MCAD 軟件。它的特點有： ? 參數(shù)化設(shè)計和特征 功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 ? 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變， NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 ? 全相關(guān)性 Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù) 據(jù)。全相關(guān)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(shù)化造型 Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進行修改。例如：設(shè)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(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多 次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 ? 數(shù)據(jù)管理 加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)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/ENGINEER 獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 ? 裝配管理 Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “ 嚙合 ” 、“ 插入 ” 、 “ 對齊 ” 等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不 受限制。 ? 易于使用 菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)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。 Pro/E模塊簡介 ? 工業(yè)設(shè)計 (CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進行幾何設(shè)計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象。現(xiàn)在，用 3DS可以生成實體模型，但用 3DS 生成的模型在工程實際中是 “ 中看不中用 ” 。用 PRO/E 生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上， PRO/E 后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴 于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。包括： PRO/3DPAINT(3D 建模 )、PRO/ANIMATE(動畫模擬 )、 PRO/DESIGNER(概念設(shè)計 )、 PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成 )、 PRO/PERSPECTASKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、 PRO/PHOTORENDER(圖片渲染 )幾個子模塊。 ? 機械設(shè)計 (CAD)模塊 機械設(shè)計模塊是一個高效的三維機械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖 1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對 曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用 PRO/E 生成曲面僅需 2步～ 3步 操 作。 PRO/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此 PRO/E 可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持 GB、 ANSI、 ISO和 JIS等標準。包括： PRO/ASSEMBLY（實體裝配）、 PRO/CABLING（電路設(shè)計）、 PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、 PRO/REPORT（應(yīng)用 數(shù)據(jù)圖形顯示）、 PRO/SCANTOOLS（物理模型數(shù)字化） 、 PRO/SURFACE（曲面設(shè)計）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計） 。 ? 功能仿真 (CAE)模塊 功能仿真 (CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話： “ 畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心 ” 。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能 “ 看到 ” 零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近 20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng) 濟效益。包括： PRO/FEM~POST（有限元分析）、 PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）、 PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序連接）、 PRO/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運動分析）、 PRO/MECHANICA THERMAL（熱分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動力仿真）、 PRO/MECHANICA VIBRATION（震動分析）、 PRO/MESH （有限元網(wǎng)格劃分）。 ? 制造 (CAM)模塊 在機械 行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是 NC Machining(數(shù)控加工 )。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的 “ 東芝事件 ” 。當時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進了一套五座標數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件 CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反 “ 巴統(tǒng) ” 協(xié)議，擅自出口高技術(shù)，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX 軟件就是一種數(shù)控模塊。 PRO/ES 的數(shù)控模塊包括： PRO/CASTING（鑄造模具設(shè)計）、 PRO/MFG（電加工）、 PRO/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計）、 PRO/NCCHECK（ NC 仿真）、 PRO/NCPOST（ CNC 程序生成）、 PRO/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計）。 ? 數(shù)據(jù)管理 (PDM)模塊 PRO/E 的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進產(chǎn)品設(shè)計。它就像 PRO/E 家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務(wù)模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。它包括： PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、 PRO/REVIEW（模型圖紙評估）。 ? 數(shù)據(jù)交換 (Geometry Translator)模塊 在實際中還存在一些別的 CAD 系統(tǒng)，如 UGⅡ 、 EUCLID、 CIMATRTON、 MDT 等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的 CAD 數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 PRO/E 中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個，如： PRO/CAT（ PRO/E 和 CATIA 的數(shù)據(jù)交換）、 PRO/CDT（二維工程圖接口）、 PRO/DATA FOR PDGS（ PRO/E和福特汽車設(shè)計軟件的接口）、PRO/DEVELOP（ PRO/E 軟件開發(fā)）、 PRO/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入）、PRO/INTERFACE（工業(yè)標準數(shù)據(jù)交換格式擴充）、 PRO/INTERFACE FOR STEP （ STEP/ISO10303 數(shù)據(jù)和 PRO/E 交換）、 PRO/LEGACY（線架 /曲面維護）、PRO/LIBRARYACCESS（ PRO/E 模型數(shù)據(jù)庫進入）、 PRO/POLT（ HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出） 。 第 2 章 典型零部件的設(shè)計過程 ? 設(shè)置工作目錄 (1)新建文件夾 在電腦硬盤分區(qū)（如 D盤）中建立一個名為“ chilunbeng”的文件夾。 (2)設(shè)置工作目錄 啟動 Pro/E 程序后，點擊菜單欄上的【文件】→【設(shè)置工作目錄】。在彈出的“選取工作目錄”對話框中的 [查找范圍 ]下拉菜單中找到剛剛建立的“ chilunbeng”文件夾，并點擊該對話框的【確定】按鈕，完成 Pro/E 工作文件夾的選取。 ? 齒輪泵前蓋的繪制 (1)選擇【文件】 /【新建】命令或者單擊工具欄中的 按鈕，在彈出的【新建】對話框中的【類型】選項組中選取【零件】選項 (2)在【子類型】選項組中選取【實體】選項， 同時取消【使用缺省模板】選項中的選中狀態(tài)，表示不采用系統(tǒng)的默認模板。最后在【名稱】文本框中輸入 零件名“ benggai” 。 單擊【確定】按鈕后，系統(tǒng)彈出【新文件選項】對話框，在【模板】選項組中選擇 mmns_part_solid 選項，表示將要建立的實體零件采用毫米（ mm）、牛頓（ N）、秒（ s）單位制。 (3)單擊對話框中的【確定】按鈕后就進入了 Pro/E 系統(tǒng)的零件模塊。 (4)在主菜單中依次選擇【插入】 /【拉伸】命令或者在繪圖區(qū)右側(cè)單擊 按鈕，然后單擊“放置”上滑面板的“定義”按鈕，設(shè)置“ TOP” 為草繪面， 接受“ RIGHT” 為默認參考平面， 方向為“右”，單擊“草繪”按鈕接受缺省參照。 (5)創(chuàng)建如圖 所示的 2D截面圖形，繪制完成后單擊 按鈕，進入拉伸實體的建模環(huán)境。 圖 圖 (6)完成草繪，在拉伸特征面板中輸入拉伸厚度為“ 15”，如圖 所示，完成實體拉伸特征建模特征。 (7)再次選用拉伸命令，這次選用上面做好的圖的一個基準面作為草繪平面，仍以 RIGHT 基準面作為視圖方向參照。繪制如圖 所示截面。 圖 (8)完成草繪，在拉伸特征面板中輸入拉伸厚度為“ 7”，如圖 所示，完成實體拉伸特征建模特征。 圖 (8)單擊工具欄中的基準軸工具 應(yīng)用基準軸命令建立兩個基準軸。如圖 所示。 圖 (8)在剛建立的兩個基準軸部位，用工具欄中的孔工具 命令分別打兩個孔，如圖 與 所示。 圖 圖 (9)應(yīng)用基準軸命令建立一個基準軸，如圖 所示。 圖 (10)以上一步驟做出的基準軸為中心，利用孔命令 建立一個螺釘孔， 如圖 所示。 圖 (11)利用陣列命令 建立另外的二個螺釘孔，如圖 所示。 圖 (12)利用鏡像命令 鏡像出另外三個螺釘孔，如圖 所示。 圖 (13)利用拉