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浅谈Pro/E软件在机械CAD设计中应用

作者：朱显明 马洪波 来源：《硅谷》2009年第23期

[摘要]Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件,是新一代的产品造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能。因此,介绍三维CAD软件Pro/E设计手段的优势,阐述Pro/E参数特性及目前推广存在的问题。 [关键词]Pro/E机械CAD参数特征

中图分类号:TH12文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210163-01

一、机械CAD技术的发展趋势

计算机辅助设计(CAD)技术,从广义上说包括二维绘图、三维设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术(CAD/CAE/CAM)的集成技术等。目前CAD技术在机械行业的应用多数还局限于完成发传统意义上的二维绘图设计,并且应用也已相当普遍,人们习惯将此称之为CAD。在得到一定的普及之后,虽“甩掉图版”的初级阶段,但可以发现二维绘图再许多情况下与传统的手工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改(不是对表达“图线”的修改而是对设计“概念”的修改)和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。也就是说目前CAD技术的应用还仅仅停留在只起到代替手工绘图的层面上。在日益激烈的市场经济条件下,传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求,要提高制造业水平,必须要有先进的设计工具,因而CAD在企业中的应用内涵应扩大,CAD中的D应不仅仅是Drawing,而应为Design。要充分发挥CAD技术中Design的作用,就CAD技术发展趋势看,从二维绘图到三维设计是历史发展的必然。目前国际上流行的三维CAD(多数包含CAE和CAM等模块)软件有数十种,基本功能大体相同,但也各有所长。本文主要解析Pro/E的特性。

二、Pro/E参数式设计特性

(一)3D实体模型的形象、直观

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设计人员在设计人员零件时原始设想是三维实体,甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。由于以前的绘图手段有限,人们很难在图纸上将设想的零件表达成立体图形,不得不遵循共同的标准用正投影法形式的二维视图来表达自己的三维设想。经过实验表明,虽然这种方法能表达的信息是无限的,但却存在着一些弊端。比如无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在脑中将二维视图转化成三维实体,更重要是很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作,一旦经验不足,考虑不周,空间干涉就再所难免。因为设计和制造工作流程是按顺序进行的。很多时候是等机械零件做出来了,对产品进行试装配时,才发现干涉或设计不合理等现象。由于在设计早期不能全面考虑后续过程的要求,从而使产品设计上存在很多缺陷,造成设计修改工作量大,开发周期长。现在随着CAD软件的不断发展,现在能够在软件的支持下,直接在计算机呈现出设计者的设计概念最真实的三维模型,随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等,其最大的好处是三维设计形象直观,设计结构的合理性让人一目了然,且能非常直观方便的进行干涉检查,甚至可以作运动干涉分析。在设计阶段即可实现模拟装配、模拟运转,使设计更加符合实际过程。 (二)可实现全参数化、变量化设计

参数化及变量化设计是三维设计的基本思想。传统的CAD绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素,要进行图面修改只有删除原有的线条后重画,而新产品的设计不可避免地要进行多次的修改,进行零件形状和尺寸综合协调、优化,而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进。在现有的二维的绘图软件中,虽然有的也具有一定的参数化设计功能,但实现不了基于装配环境的参数化设计。三维设计中的参数化和变量化设计模块,使得零件的设计可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改,在装配设计中可以用参数量和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特性形状和尺寸之间的关系,使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时,其它相关零部件的结构也随之改变。支持在装配环境下设计新零体的系统,还可以以有零件的形状作为参考,建立新零件与已有零件之间的形状关联。当参考零件的形状和尺寸发生变化时,新零件的结构与尺寸也随之跟着变动。还可以利用参数化建立装配体中不同零部件之间的尺寸关联,定义驱动尺寸和参考尺寸。这可以减少大量的重复劳动,减轻设计工作量。使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来,大大提高设计速度,并减少信息的存储量。这也是Pro/E软件与其它三维软件最大区别。

(三)可对零件进行有限元分析和优化设计

对于形状、受力复杂的重要零件,在运用传统的设计方法进行设计时,由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近,为保证零件工作的可靠性,往往要加大安全系数,使设计出的零件粗大笨重。目前常用的三维设计软件都没有与有限元分析软件的接口,因此重要的零件经参数化三维造型设计后,即输入到有限元分析软件当中,自动生成有限元网络格并进行应力变形分析、热及热应力偶合分析、振动分析和形状优化,同时可对不同的工况进行对比分析。如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算,知道满意为止,从而极大地提高了设计水平和效率,并且做到优化设计,降低材料的消耗和成本,增加产品和工程的可靠性。使设计水平发生质的飞跃。

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三、Pro/E设计技术推广存在的问题

虽然Pro/E设计有不可比拟的优越性,但目前多数企业的CAD应用还只是计算机辅助制图而不是辅助设计,这其中的原因比较复杂的。

1.部分企业领导和技术人员对三维设计软件Pro/E的认识不高,认为二维工程图就能满足企业目前的实际要求,三维设计软件Pro/E可有可无。

2.Pro/E软件费用较高企业难以承受也是三维设计软件Pro/E推广较为困难的原因之一。 3.部分设计人员对三维设计软件Pro/E的使用有畏难情绪。对于一个成熟的设计人员来说,使用三维设计的最大障碍不是软件应用技术,而是自己的思考方法。由于多年来养成的二维工程图表达习惯和一系列制图规则的使用经验,与描述三维模型特征类型和相互关系的不一致甚至冲突使使用者感到思考方法上的生疏和软件操作的困难。对这些设计人员来说把自己的思维式“返璞归真”,还需要一个必须经历的过程,只要通过人员培训提高认识,才能尽可能缩短对软件的适应时间。 四、结束语

在当今社会,提高竞争力的关键是缩短产品从开发到生产的周期,快速投入市场,以及提高设计质量。三维CAD系统是技术创新和产品设计的有效辅助工具,将是产品设计的最终出路,必然在我国企业技术改造,产品创新设计中发挥重要作用。

参考文献:

[1]林清安,Pro/E2001零件设计与工程图[M].台湾科技大学,2003. [2]孙家广,CAD技术的发展趋势[J].工程技术CAD及自动化.