【文章內容簡介】 徑，是建立現(xiàn)代產品快速研制系統(tǒng)的基礎[6]。 Pro/E軟件的數(shù)字化造型功能[7]Pro/Engineer操作軟件（以下簡稱Pro/E）是美國參數(shù)技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產品，從它剛一面世，就以其先進的參數(shù)化設計、基于特征設計的實體造型而深受用戶的歡迎。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領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。此外，Pro/E一開始就建立在工作站上，使系統(tǒng)獨立于硬件，便于移植；該系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。Pro/E整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型，能將整個設計至生產過程集中在一起，他一共有20多個模塊供用戶選擇，讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。給予以上原因，Pro/E在最近幾年已經成為三維機械設計領域里最富有魅力的系統(tǒng)。Pro/E系統(tǒng)主要功能如下： Pro/E是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設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，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 Pro/E是建立在統(tǒng)一基層的數(shù)據庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據庫上。所謂單一數(shù)據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶都在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反映在整個設計過程中的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程樣圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何改變，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據結構與工程設計的完整的結合，使得每一件產品的設計過程緊密結合起來。這一優(yōu)點使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。Pro/E軟件功能包括參數(shù)化功能定義，實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型、完整工程圖產生及不同視圖。Pro/E是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括:筋(ribs) ,槽(slots)、倒角(chamfers)、和抽空(shells)等。采用這種手段建立形體，更自然、更直觀。其他優(yōu)勢如下:1) 無可匹敵的幾何創(chuàng)建功能提供了優(yōu)良的產品差異性和可制造性； 2) 完全集成的應用程序可讓您在一個應用程序中完成從概念設計到制造的所有工作； 3) 自動將設計變更傳播到所有下游交付件的能力可讓您滿懷信心地進行設計； 4) 完整的虛擬仿真功能可讓您提升產品性能和超越產品質量目標； 5) 自動生成相關的刀具設計、裝配指令和機器代碼，最大限度地提高生產效率?？傊?，Pro/E系統(tǒng)的參數(shù)化功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不像其他系統(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系，任何一個參數(shù)改變，其他相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不但可以在屏幕上顯示，還可以傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/E還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這些都是通過標準數(shù)據交換格式來實現(xiàn)的，用戶更可以配上Pro/E軟件的其它模塊或自行利用C語言編程，以增強軟件的設計功能。第二章 銑床夾具的造型及動畫仿真 銑床夾具零件的三維造型1. 夾具體及非標準件的造型本節(jié)研究的是銑八方專用夾具，需要利用Pro/E的三維實體建模技術將每個非標準件的繪制出來。夾具中除定位、夾緊、對刀、導向和連接元件等大量應用各種標準件, 通常還使用少量非標準專用件, 其中最主要的零件是夾具體。此銑八方專用夾具所涉及的零件有夾具體、芯軸、軸套、襯套、齒輪軸、調整螺母、防護套、螺母、分度盤、上卡塊、下卡塊、螺栓、定位銷、空心軸、銅套、螺堵、定位螺釘?shù)确菢藴蕦Ｓ眉溆嗟娜缏葆?、墊片、銷、柱銷、拉桿、手把等標準件直接從標準庫中調取。單個零件的三維實體造型所運用到的Pro/E的基礎實體特征有：拉伸特征、旋轉特征、掃描特征、混合特征、孔特征、可特征、倒圓角特征、倒角特征、拔模特征、特征復制等。下面介紹生成簡單三維實體所用的拉伸、旋轉、掃描和混合等基本操作方法和技巧。拉伸特征是將一個用草圖描述的輪廓或橫斷面沿垂直于橫截面方向延伸一段距離后所生成的特征。草圖、拉伸方向和拉伸長度是拉伸特征的 3 要素。旋轉特征是草圖輪廓或橫斷面，繞旋轉中心線轉動掃過的軌跡所形成的特征。其中，草圖輪廓、旋轉中心線和旋轉角度構成了旋轉特征的 3 要素。掃描特征是由一組草圖輪廓或橫斷面，沿某一路徑掃掠所形成的特征。掃描路徑和掃描輪廓是掃描特征的必備要素?；旌咸卣魇且唤M空間輪廓按一定的順序，在輪廓之間進行過渡生成的特征。混合特征的生成必須具備兩個或兩個以上的輪廓，其中輪廓可以是草圖也可以是其它特征的面，甚至可以是一個點。簡單三維實體的建模方法一般可以歸納為：1）由基本體素產生標準幾何體特征(方塊、圓柱、圓管、圓錐、球等特征)；2）由滿足約束條件的截面輪廓二維草圖經過拉伸/旋轉生成三維特征；3）沿路徑配置的二維幾何圖形經掃描/蒙掠生成曲面實體特征；4）結合以上3種方法，利用三維實體特征間的布爾運算(交/并/差)生成新的實體。建模中參數(shù)的約束有兩種形式：一是幾何約束，包括相互平行、相互垂直、相互同心、相互共線和等長等，幾何約束是確定要素之間的幾何關系，這種約束關系（具有參數(shù)化性）在后面的設計中是保持不變的；二是尺寸約束，包括長、寬、高、角度、半徑，距離等，這種約束用于確定要素之間的尺寸大小和相對距離[8]。但在實際建模過程中，簡單特征可能通過以上任一種方法完成；但對復雜特征，常規(guī)的特征操作已難以滿足設計的要求，這時可以采用參數(shù)和關系式等輔助工具和環(huán)形折彎、唇、螺旋掃描等高級特征功能。盡管機械產品的結構形式千差萬別，用途和工作原理也各不相同；但在計算機上進行三維實體建模還是有一些規(guī)律可循，特別是復雜三維實體的建模方法。復雜三維實體的建模過程一般為：零件結構分析—特征分解—基準體系分析—創(chuàng)建基本特征—創(chuàng)建附加特征。以下分別是夾具體、分度盤、定位銷、齒輪軸、芯軸、錐套、拉桿、螺母的單個零件造型[9,10]。 圖21 夾具體 圖22 分度盤 圖23 定位銷 圖24 齒輪軸 圖25 芯軸 圖26 錐套 圖27 拉桿 圖28 螺母2. 夾具的總體結構造型本夾具綜合考慮銑床夾具設計中所涉及的問題及各種注意事項，結合夾具的設計要求進行總體結構設計，圖29和圖210是夾具結構的示意圖，其主要零件為分度盤。圖29 銑八方夾具主視圖圖210 銑八方夾具左視圖銑八方夾具整體結構示意圖（圖2圖210） 圖211為分度盤的平面圖，2個Φ6的通孔是用來與錐套定位的，其定位可以保證分度盤與錐套的軸中心線重合從而保證兩者的同軸度；M12的通孔用來安裝手把，以便轉動分度盤；兩個沉孔可用螺釘將分度盤與錐套固定；而8個錐孔則是用于銑八方的關鍵結構，每個錐孔代表要加工的一個平面，當加工完一個平面時，只需轉動分度盤使定位銷嵌入下一個錐孔，依次加工，直至加工完工件的八個平面。圖211 分度盤示意圖由銑八方夾具的整體結構示意圖可以看到，在加工完一個面時，通過調整將錐套處于松動狀態(tài)，通過6轉動齒輪軸16，經由齒輪軸16與定位銷5的嚙合部分帶動定位銷5壓入盲孔中并擰緊螺釘17（將定位銷固定在盲孔內），同時轉動分度盤使下一個錐孔對準定位銷5，在反向擰動手把11，在盲孔中彈簧的作用力下將定位銷潛入錐孔，使工件處于新的加工位置。同時依次擰緊調整螺母、螺母（使拉桿處于拉緊狀態(tài)）；再次擰動手把11，在螺栓12的作用下拉近上卡塊10與下卡塊8的距離；最后將定位螺釘13擰緊。此夾具中運用到錐度芯軸定位，其原理為利用錐套的彈性變形，當錐套在受到軸向力（當擰動螺母帶動拉桿使芯軸受到徑向力，同時有錐度的芯軸也受到軸向力的作用）的作用時，其與徑向為4號錐度夾角的斜邊產生變形使其外徑變大，內孔變小，同時消除了銅套內孔與錐套外徑、錐套內孔與芯軸的間隙，形成無間隙配合，從而消除了夾具體的定位誤差。使用時，由于錐套的內外徑與銅套、芯軸有間隙，安裝方便：拆卸時，只需松開螺母，錐套在沒有軸向力的作用時，可自動回彈到原尺寸，這樣即可輕松取出零件。這種定位芯軸由于消除了定位誤差，其定位可靠，用于加工中能夠嚴格保證零件的同軸度要求。 銑床夾具的裝配在傳統(tǒng)的機械設計工作中，設計師首先繪制裝配圖，然后根據裝配圖拆畫零件圖。Pro/E中裝配體的設計是從組成裝配體的單個零件的三維設計開始。完成了組成裝配體的各個零件設計后，將設計的零件按設計要求的約束條件或連接方式裝配在一起才能形成一個完整的產品或機構裝置。裝配是產品生命周期中的重要環(huán)節(jié)，是根據確定的精度標準和技術要求，將一組零散的零件通過合理的工藝流程及各種必要的方式聯(lián)結組合起來，使之成為產品的過程；是影響產品性能、質量、開發(fā)周期和成本的主要因素之一[11]。在Pro/E的裝配模式下選兩個有裝配關系的零件，以默認位置在裝配環(huán)境里，利用Pro/E提供的約束形式（如匹配、共面、旋轉曲面共軸及曲面相切等）進行裝配。三維裝配形象、直觀，可實現(xiàn)“爆炸”和動畫，用以指導裝配現(xiàn)場操作，比較直觀，易于理解。裝配過程中要將某元件在空間內定位，必須限制其在X、Y、Z三個軸向的平移和旋轉。元件的組裝過程就是一個將元件用約束條件在空間限位的過程。不同的組裝模型需要的約束條件不同，完成一個元件的完全定位需要同時滿足幾種約束條件。元件常用的多種約束類型分別是:自動、匹配、對齊、插入、坐標系、相切、線上點、曲面上的點、曲面上的線和缺省。創(chuàng)建元件同時要考慮到：從一個基本元件開始創(chuàng)建組件；將第一個零件或子組件裝配在缺省組件基準上。然而第一個元件裝配完成后，一般處于完全約束狀態(tài)，因此第一個