【文章內(nèi)容簡介】 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/E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。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)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)） 。Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)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，采用這種手段來建立形體，對于使用者來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。 零部件的實體建模（1）溝槽凸輪的建模溝槽凸輪零件的三維實體模型如圖 3—1 所示：圖 3—1 溝槽凸輪12 （2）擺桿的建模擺桿零件的三維實體模型如圖 3—2 所示：圖 3—2 擺桿（3）連桿的建模連桿零件的三維實體模型如圖 3—3 所示：圖 3—3 連桿（4）滑塊的建模滑塊零件的三維實體模型如圖 3—4 所示：圖 3—4 滑塊（5）機架的建模機架零件的三維實體模型如圖 3—5 所示：圖 3—5 機架 裝配原理簡介與裝配模型的建立 Pro/E 仿真裝配原理介紹（1）裝配模型的配合聯(lián)接信息裝配體的配合聯(lián)接信息即為構(gòu)成裝配體的所有零部件間的互相關(guān)聯(lián)的信息，它包括三維幾何約束和拓?fù)渎?lián)接關(guān)系。三維幾何約束就是裝配體內(nèi)各零部件的幾何配合關(guān)系，它把零部件約束在某個三維幾何空間中，使這些零部件只能在此特定的三維空間中或固定或運動。裝配體中的各個零件是不可能孤立存在的，它總是和周圍的零件有聯(lián)系，各個零部件是有機的統(tǒng)一在一起的。只有這樣，裝配體才能完成人們賦予它的預(yù)期功能。零部件間的這種關(guān)聯(lián)性和有機統(tǒng)一性體現(xiàn)于各個零部件間的約束之中。這些約束包括設(shè)計變量約束和三維幾何約束，設(shè)計變量約束控制裝配體中零件的實體，三維幾何約束確定零件的位置。部件和部件之間的幾何空間關(guān)系籠統(tǒng)來說是一種拓?fù)渎?lián)接關(guān)系，它描述的是一個零件在另一個零件的內(nèi)部、外部、上面、下面等的定性關(guān)系和它們相互之間的距離、角度等定量關(guān)系。這種關(guān)系可以通過約束關(guān)系來描述，這種約束關(guān)系最終反映到零件的最基本的元素上：一個裝配約束作用于兩個零件，實質(zhì)上就是約束分屬于兩個零件上的兩個幾何元素，這些幾何元素主要有點、直線、13 二次曲線、平面、二次曲面等，它可以是零件上實際存在的元素，也可以是零件的延伸或擴展，或者說是零件的虛擬部分，如基準(zhǔn)和參考元素等。對這些虛擬元素的約束其實也就是對實體零件的約束。上面我們論述過，點、線、面等幾何元素之間的關(guān)系又存在著定性關(guān)系和定量關(guān)系兩種，所以我們又把約束分為定性約束和定量約束。定性約束表示零件間的一種配合性質(zhì)，如兩平面共面，兩軸同線等，是一種零件接觸的關(guān)系，不能用數(shù)量來描述；定量約束表示零件之間的一種配合量。如兩平面的距離、兩線間的夾角等，能用數(shù)量來表達。定量約束有時也隱含著定性約束，如兩平面間的距離約束首先必須要求兩平面平行，才可能有平面之間的距離，這種平行約束就是一種定性約束。定性約束不能修改(Modify)，只能重新定義（Redefine)；定量約束的量可以修改，這種定量約束的可變性就是三維幾何約束的動態(tài)性。表 3—1 面向工程的約束分類約束類型 約束量 約束元素同向共面（Mate） 無 平面，基準(zhǔn)面非接觸共面（Mate Offset） 有 平面，基準(zhǔn)面同向?qū)R（Align） 無 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線同向距離對齊（Align Offset）有 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線坐標(biāo)系對齊（Coord Sys） 無 坐標(biāo)系插入（Insert） 無 回轉(zhuǎn)面同向（Orient） 無 平面，基準(zhǔn)面相切（Tangent） 無 平面，基準(zhǔn)面，邊，軸線，回轉(zhuǎn)面點在線上（Pnt on Line） 無 頂點，邊，軸線點在面上（Pnt on Srt） 無 頂點，平面，基準(zhǔn)面點在邊上（Edge on Srt ） 無 邊，平面，基準(zhǔn)面定性約束包括下面幾種：同向共面、反向共面、共線、共點、線在面內(nèi)、點在線上、點在面上、線面相切；定量約束包括面間距離、面間夾角、線間距離、線間夾角、點點距離、線面距離及夾角、點線距離。我們可以看出，定量約束的量為零時，定量約束就轉(zhuǎn)化為定性約束，這種性質(zhì)使約束可以替代、簡化、分解。綜合了以上幾種定性和定量的約束，可以將它們歸納成如表所示的14 面向工程的約束形式，即為 Pro/E 中提供的裝配約束形式，零部件之間的三維幾何約束信息的總和。三維幾何約束是維系裝配體中各零部件間的空間位置和相對運動的紐帶。一般來說，一個部件的定位必須由兩個或兩個以上的三維約束完成。這些約束在建立裝配模型，確定零部件在裝配體中的相對空間位置時就建立起來了。它們是裝配模型的重要組成信息之一。（2）裝配模型中的語義信息裝配模型中的語義信息即附加于裝配模型的一些輔助語義信息，它在裝配模型中也同樣具有比較重要的作用。如：把每個零部件分類，并冠以不同的類別名稱，這樣便于對不同類別零部件采取不同的處理方法。裝配工藝路徑規(guī)劃模塊可依據(jù)該語義信息按照一定的判別使序列規(guī)劃更合理更具智能型，如遇到的子裝配體是標(biāo)準(zhǔn)件(如軸承)或作為整體的外購裝配體，則當(dāng)作不可拆分的零件處理直接拆卸；如遇到聯(lián)接件、緊固件則應(yīng)當(dāng)首先拆卸。這些分類在實現(xiàn)裝配規(guī)劃時有利于提高各個模塊的運算效率。還有零件的材料、重量、體積、重心與熱處理方法等，也是屬于裝配模型中的語義信息。這些信息對零件的裝配特性有一定的影響，如體積或重量很大的零件其裝配性能差；同樣，體積很小的零件裝配性能也差。（3）裝配規(guī)則裝配規(guī)劃即裝配工藝規(guī)劃形象的描述，就是指裝配過程中按要求制定的裝配計劃，它研究產(chǎn)品裝配體是用什么工具、沿怎樣的路徑、按照怎樣的次序裝配起來的。裝配規(guī)劃研究的重點是裝配過程設(shè)計。裝配過程設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，它不但要受零部件設(shè)計的幾何和功能的影響，而且受制造、裝配過程以及經(jīng)濟性的影響。由于裝配設(shè)計是一個創(chuàng)造性相當(dāng)強的過程，而目前計算機的創(chuàng)造能力仍無法與人的創(chuàng)造能力相比擬，所以，目前的裝配規(guī)劃基本上都是以自動裝配規(guī)劃為輔、以計算機輔助裝配規(guī)劃為主。用戶在進行裝配規(guī)劃時，可以隨意的調(diào)入任意裝配模型進行零部件的拆卸與路徑的調(diào)整，并可以根據(jù)個人的意愿任意的選擇所要拆卸的零部件數(shù)目，如果用戶不想繼承建模者所建立的裝配模型，也可以很方便的打破原有模型的子裝配體等框架進行裝配。同時也可以通過實時仿真功能可視化的驗證規(guī)劃的合理性與可行性，由于在這個模塊中采用了一種特殊的動畫生成模式，所以在整個仿真過程中，整個界面保持了激活狀態(tài)，便于用戶隨時調(diào)整視角進行觀察。 裝配模型建立（1）設(shè)置工作目錄依次單擊主菜單中的“文件（File） ”→“設(shè)置工作目錄（Set Working 15 Directory...） ”命令,在彈出“選取工作目錄（Select Working Directory） ”對話框中選擇*：\…\結(jié)果，單擊 按鈕。（2） 建立新的裝配文件單擊工具欄中的 （新建）工具，彈出“新建（New） ”對話框，在“類型（Type ） ”欄選擇“組件（ Assembly） ”，在“子類型（Subtype ） ”欄選擇 “設(shè)計（Design） ”，在“名稱（Name ） ”處接受默認(rèn)名稱 “asm0001”，取消對“使用缺省模板（Use default template） ”復(fù)選框的勾選，單擊 按鈕。在出現(xiàn)“新文件選項（New File Options） ”對話框中選擇“mmns_asm_design”作為模板，單擊 按鈕，即進入裝配環(huán)境，此時工作區(qū)顯示坐標(biāo)系 ASM_DEF_CSYS 及基準(zhǔn)平面 ASM_FRONT、ASM_RIGHT、ASM_TOP。（3）裝配零件單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open） ”對話框中○ 1選擇*：\…\結(jié)果→，單擊 按鈕。在“元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “約束（Constraint） ”列表，在列表中選擇“缺?。―efault ） ”項，單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成主體零件的放置，如圖 3—6所示。圖 3—6 主題零件的放置單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open） ”對話框中選○ 2擇*：\…\結(jié)果→，單擊 按鈕。在“元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “預(yù)定義集（ Predefine Set） ” 列表，在列表中選擇“銷釘（Pin ） ”選項，設(shè)置如圖 3—7 所示的約束。圖 3—7 銷釘約束單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成凸輪的放置，如圖 3—8 所示。圖 3—8 凸輪的放置單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open） ”對話框中選○ 3擇*：\…\結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在“元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “預(yù)定義集（ Predefine Set） ”列表，在列表中選擇“銷釘（Pin ） ”選項，設(shè)置如圖 3—9 所示的約束。圖 3—9 銷釘約束單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成擺桿的放置，如圖 3—10 所示。圖 3—10 擺桿的放置16 單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（ Open） ”對話框中選○ 4擇*：\…\結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在“元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “預(yù)定義集（ Predefine Set） ”列表，在列表中選擇“銷釘（Pin ） ”選項，設(shè)置如圖 3—11 所示的約束。單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成連桿的放置，如圖 3—12 所示。圖 3—11 銷釘約束圖 3—12 連桿的放置單擊工具欄中的 （裝配）工具，在彈出的“打開（Open） ”對話框中選○ 5擇*：\…\結(jié)果→ ，單擊 按鈕。在 “元件放置（Component Placement） ”操控板的對話欄中單擊 “預(yù)定義集（ Predefine Set） ”列表，在列表中選擇“銷釘（Pin ） ”選項，設(shè)置如圖 3—13 所示的約束。圖 3—13 銷釘約束在“元件放置（Component Placement） ”操控板中單擊“放置（Placement） ”上滑面板，單擊該上滑面板中的“新設(shè)置（New Set） ”，然后在對話欄中單擊“預(yù)定義集（Predefine Set） ”列表，在列表中選擇 “滑動桿（Slider） ”選項，設(shè)置如圖 3—14 所示的約束。單擊 （確認(rèn)）按鈕，完成滑塊的放置，如圖 3—15所示。17 圖 3—14 滑動桿約束圖 3—15 滑塊的放置 本章小結(jié)本章首先就 Pro/E 軟件進行了簡單的介紹，然后又對溝槽凸輪機構(gòu)進行了簡單的分析，最后進行機構(gòu)部零件的實體建模和裝配。18 4 凸輪機構(gòu)的運動仿真 計算機仿真概述 計算機仿真的基本概念及特點計算機仿真(Computer Simulation)是指對于某個待研究的系統(tǒng)模型建立其仿真模型進而在子計算機上對該仿真模型進行模擬實驗(仿真實驗)研究的過程。所以計算機仿真是通過對系統(tǒng)模型的實驗去研究一個真實系統(tǒng)。從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始，計算機仿真在諸多方面都發(fā)生了十分重大的轉(zhuǎn)變：仿真研究的對象己由對連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)；由重視實驗轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析：由強調(diào)并重視與人工