機械設計與制造中Pro/e軟件的運用

方 芳

(黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150001)

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機械設計與制造中Pro/e軟件的運用

方 芳

(黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150001)

本研究分析3D實體模型的建立，可清楚知道Pro/e軟件在機械設計過程中進行三維實體模型設計時最能體現、豐富和完善設計人員的設計意圖。通過對所建立的模型進行產品分析，可高效獲得高質量的設計產品。

Pro/e軟件；機械設計與制造；模具設計與制造；運用

1 Pro/e軟件介紹

Pro/e軟件是20世紀美國參數技術公司研發的一種三維工程設計軟件，由于三維軟件功能強大，參數化特征成型，使得Pro/e軟件在產品零件設計、裝配、模具開發產品加工及制造、工業設計、汽車設計制造、玩具等行業得到廣泛應用。Pro/e軟件是集Pro/Desinger、Pro/M造型設計和仿真設計于一體的全方位3D設計軟件。

1.1 全相關性

指Pro/e軟件全部模塊是全相關的。也就是說，如果開發某種產品時需對某處進行更改，就可以擴展到整個產品的設計中，與此同時，諸如包裝體、制造數據以及設計圖紙等所有工程文檔都會更新。由于全相關性可在開發周期的任意點進行修改卻對設計沒有一點損失，還可以使并行工程成為可能性，所以Pro/e軟件可以使開發后期的某些功能提前發揮。

1.2 基于特征的參數化造型

Pro/e軟件產品幾何模型的構造要素是設計人員較為熟悉的特征，而且這些特征都是設計人員較為熟悉的通用機械對象且可以按照預先設置進行修改。通過給裝配、加工、制造和其他學科領域都使用的特征設置參數，然后再通過參數修改很容易進行多次設計疊代，從而實現機械產品開發。

1.3 數據管理

為了實現產品盡快投入市場的目的，必須在較短的時間內開發最多的產品，因此，需要更多學科的工程師在同一時間對一個產品進行研發。基于此，數據管理模塊的研發成功使之成為可能，數據管理模塊就是用于管理并行工程中同一時間進行的所有工作。

1.4 裝配管理模式

Pro/e軟件可保證在實現一些直觀命令時較容易地把零件裝配起來且保持產品設計意圖不變。Pro/e軟件的高級功能支持大型、復雜裝配體的管理及構造，并且這些裝配體中的零件數量不受到約束。Pro/e軟件還有一個鮮明的特點就是易于使用，菜單用直觀方式聯級出現并提供邏輯選項以及預先選取的常用選項。

2 Pro/e軟件的功能和應用

2.1 Pro/e軟件可直接畫出機械零件三維圖

Pro/e軟件實現畫出三維圖形是通過在設計人員畫出機械二維圖形后，使用該軟件把二維截面圖進行旋轉、拉伸、倒角、放樣和布爾運算等操作后形成所需要的3D實體模型。這些模型在Pro/e軟件界面上可以直接顯示并可進行尺寸修改，還可以檢查結構等方面是否符合設計要求和標準。

2.2 利用Pro/e軟件組建設備的三維裝配圖

設計人員通過把機械零件組裝后形成3D裝配圖，再通過該軟件上的組合鍵，從任意角度去觀察零件或裝配圖的三維視圖，通過3D裝配圖，設計人員可以較容易發覺零件設計是否合理、規范。假如不合理或者比例失衡，設計人員可以及時對其進行修改，不僅使零件組裝具有合理性與協調性，還可以避免零件出現構造上的干涉，即使出現了干涉，也可以及時修改，使之達到設計規范要求。這比傳統的設計方法省力、省時且效率高。

2.3 Pro/e軟件計算零件、組件重量及表面積

設計人員完成一個零件或組件后，往往需確定它的外形尺寸、重量、表面積等，利用Pro/e軟件可方便地計算出零件或組件的外形尺寸、表面積或重量。

2.4 Pro/e軟件生成工程圖紙

在生成二維工程圖紙前，設計人員須建立3D實體模型，利用Pro/e軟件對三維實體圖進行各方位的觀察，如果圖形符合設計要求就可利用此三維實體模型。在生成三維視圖后，設計人員還可以生成任意位置的剖面視圖，然后對其進行一些修改和尺寸標注。

2.5 Pro/e軟件可以生成真實感較強的動畫圖像

設計人員完成3D實體模型后，可以將該模型和3DMAX等軟件結合起來，通過調整燈光布置場景并加以一些材料等，生成真實的機器模型動畫圖像。利用Pro/e軟件可以對設計的機械零部件進行運動學以及動力學的分析，通過分析得到每個點的運動學和動力學參數，并且通過對機械零部件的曲率以及應力撓度進行分析從而得到機械結構的優化設計。另外，Pro/e軟件還建立了統一且較為完善的數據管理模型。Pro/e軟件通過本身極其強大的統一數據管理和參數設計特點，實現了特征的尺寸驅動與三維實體和二維工程圖的雙方關聯驅動、標準件建立、零部件的組裝、動態仿真、實體模型的建模等功能，克服了2D圖像不能包含機械產品設計信息的缺點。

3 Pro/e軟件3D實體造型的過程

3.1 零件模型的建立

以機械中的減速器為例子來說明零件模型的建立。減速器零件包括齒輪、軸、軸承、軸蓋以及箱體等。在建模時，首先要依據它的結構特點，選擇合理的建模方法。對于軸及軸蓋等回轉件，先畫出草圖，然后使用輪廓回轉的方法生成，再通過倒角、鍵槽部位的布爾運算等得到軸以及軸蓋的三維實體模型。應根據參數畫出齒形草圖，再把草圖文件調入并對參數進行修改，最后得到漸開線齒輪的實體模型。對于箱體，由于其復雜性需要經過多次的草圖拉伸和布爾運算。為了在總參數變化時，所有零件都能保持正確的幾何約束和尺寸，必須使用三維參數化技術，因此，要建立機械所有零部件的實例圖，還要依據零部件的幾何形狀和相互關系約束條件建立參數關系，使得機械各個零部件間在設計時保持正確的位置關系和約束。生成零件的方法有很多種，比如:在生成軸時，可以使用輪廓回轉的方法得到，也可以采用分段拉伸方法得到。對于箱體的形成同樣有很多方法，比如:選取草圖不同、布爾運算次序不同等都可以建立箱體的3D實體模型。由于考慮到設計變量的合理性和修改便捷等因素，在實際設計時要選擇合理的建模方法。

3.2 零件的裝配

對于減速器來說，零件的裝配是指把在建模期間的軸、軸蓋、齒輪以及軸套等零件的3D模型按照需求經過添加裝配約束，放入箱體的3D實體模型中。由于軸和齒輪孔、軸蓋和孔的配合、軸承和軸的配合都是軸和孔的配合，所以添加的約束應該是插入約束，而鍵和鍵槽的約束是表面配合約束。在零件裝配時要注意裝配基準的選取要統一。在所有零件模型裝配完成后，設計人員就可以利用Info菜單下的模型分析對任意兩個零件間的間隙進行干涉檢查。通過干涉檢查可精確測量出零件間的最小縫隙并得到客戶所需要的零件組裝。此外，還可以進行諸如質量特性，計算零件質量、體積、慣性矩等裝配分析。設計人員還可以通過把裝配后的零件分開，重新設定零件間的相對位置，再次通過模型分析顯示零部件間的結構和裝配關系來建立零部件的分離圖，也就是爆炸圖。

3.3 二維工程圖的獲取

設計人員在零部件的裝配設計中，如果確定了零件間的運動關系和給定主動件的運動形式，可以運用Pro/e軟件模擬顯示這個機構的運動，再通過動態仿真就可以看出機器每個零部件間的位置約束情況和運動關系的合理性。

4 結語

本文簡要敘述了減速器3D實體模型設計的具體步驟，機械設計和制造中其他產品的建模過程同樣可以按此步驟進行。在設計3D實體模型時，可以和其他軟件結合使用，對產品的計算機輔助工程、數據管理、計算機輔助制造等進行運用，以此使機械設計的周期縮短、提高效率，減低設計成本。因Pro/e軟件擁有對極其復雜零件的實體模型造型的能力、產品裝配和干涉檢查能力、設計分析和數據管理系統的高密集性，在機械設計和制造中應大力推廣Pro/e軟件的應用并使該軟件為工程設計做出貢獻。

[1] 葛正浩，胡志剛.Pro/E三維機械設計實例教程[M].北京:機械工業出版社，2016.

[2] 詹友剛.Pro/ENGINEER野火版5.0機械設計教程[M]. 北京:機械工業出版社，2016.

[3] 邱志惠.Pro/engineer實用教程[M]. 西安:西安電子科技大學出版社，2011.

The application of Pro/e software in mechanical design and manufacturing

FANG Fang

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science,Harbin 150001,China)

This study analyzes the establishment of 3D solid model,and we can clearly know three-dimensional solid model design can embody,enrich and improve design intent of the designer. The product analysis of the model can efficiently access to high-quality design products.

Pro/e software; Mechanical design and manufacturing; Mold design and manufacturing; Application

2017-01-12

方芳(1977-)，女，工程師。

TH122

B

1674-8646(2017)06-0142-02