Pro/E模具设计（精选12篇）
Pro/E模具设计 篇1
Pro/E对注塑零件的塑料填充过程进行仿真, 能在设计的过程中不断的发现问题并提出建议, Pro/E还会根据零件的变动而进行自动更新, 极大的提高生产效益。
1 注塑模具设计的流程
在生产过程中, 对于产品的形状及大小都有严格的要求, 这就需要在对产品进行设计之前, 对控制产品外型的模具进行设计。在一般情况下, 必须得生产出一定的产品, 才能对模具进行生产, 要遵循时间先后顺序。该生产流程可分为五个部分。
1.1 产品的设计
如上所述, 在对模具进行设计前, 必须得有一定的产品作为参照。而这个产品我们称它为“设计模型”[1]。设计模型一般在精确度及质量上都难以达到标准, 这就需要设计模具的时候对设计模型进行处理, 否则容易导致分型过程中出现意外。所以要对放置模型的平面等进行精确分析, 模型在模具中的每一个落脚点都要做到无误差, 要运用几何知识, 使得垂直、平行、角度等都做到绝对的精确, 不能出现误差。
1.2 模具布局、工件模型与收缩率的设定
这个过程是开始设计模具的过程, 可以将设计模型放置在模具的模块中, 这个时候设计模型已经经过了预先的处理, 它的作用已经变成了参照模型。设计模型与参照模型是有一定区别的, 设计模型经过修改可以成为参照模型, 而参照模型无论怎样修改, 都回不到设计模型的位置, 这就方便设计模型能够在广泛的模具的设计中得到应用。参照模型又得添加一定的工件方便模具的生产, 这个时候参考模型又变成了工件模型, 为了方便接下来的浇注需要, 模具的布局必须要按照注塑机的各方面参数来设定型腔数。塑料件在完成了注塑过程后, 由于突然冷却, 受到热胀冷缩原理的影响, 模具的设计可能会出现些许误差, 这就要求在设计过程中对模具的收缩率进行考虑分析。
1.3 浇注与冷却系统的设计
在完成了注塑工作, 对模具的形状等作出了确定, 就通过浇注系统对模具进行填充, 将浇注液体注入到模具的型腔中, 完成注射任务。冷却系统对模具收缩率进行控制, 防止误差的产生, 对冷却液的流动速度作出控制, 使模具的温度达到标准。
1.4 分型面设计及检测
模具的型腔是决定零件质量的重要因素, 当塑料注入到模具的型腔内, 冷却后就会在模具内形成规定的产品, 这就需要对型腔的分型面进行设计, 对各方面数据进行精确处理。
1.5 模具体积块的分割和抽取
模具型腔内浇注完之后的零件需要进行分割, 这就需要通过对体积块进行抽取。当对塑料体积块分割收取工作完成后, 零件成型为产品。
2 中空球形柄注塑模具的设计
中空球形柄的设计有以下流程:
1) 对中空球形柄的设计模型做出预先处理。通过创建基准坐标系, 对精度进行设计能准确的把握设计模型的使用质量。通过Pro/E设置精度方法, 在启动目录的中加入enable-absolute-accuracy yes[2]。为了在生产产品的过程中, 很方便的拿出塑件, 就必须要对模型表面的拔模斜度进行控制。
2) 模具的布局及收缩率的设定。在对工件模型进行设定时, 需要做到先将已经生产好的一个工件放在模具模型中, 通过Pro/E技术来对模具的形状进行锁定, 最后在模块中对此工件生产的模具进行设计。收缩度要有一定的设置, 在中空球形柄的注塑过程中, 我们常把收缩率设置为0.005。
3) 对浇注系统及冷却系统的设计。在对浇注系统进行设计时一方面可以利用切割过程中的切割图案在模具中进行浇注;另一方面可以利用模具中的流道来完成浇注工作。在浇注中, 如果模具中有杂质或者浇注液里有气泡产生, 就容易导致浇注后的产品质量得不到保障, 这就需要我们在利用Pro/E的塑料顾问来发现问题, 最后改善程序, 这就免除了产品因为浇注过程中的问题导致重新回做, 极大影响了生产效益。针对冷却系统, 可以利用Pro/E中的“水线”命令完成[3]。
4) 分型面的设计。可以利用Pro/E技术来对分型面进行设计, 对分型面的曲面特征进行创建的方法有很多, 比如拉伸、平整、阴影、复制等手段, 在中空球形柄的分型面创建中, 可以使用复制、拉伸等方法达到这一点。
5) 分割抽取体积块。在对模具浇注后, 浇注液体冷却之后就必须对模具中的塑料进行分离和抽取工作, Pro/E中的“分割”命令就能很好的做到这一点[4], 当分割工作完成后, 才能算是一个产品的最终成型。
3 结束语
充分利用Pro/E软件技术能充分提高零件的生产效率, 将模具的设计、定型、制造、使用等环节通过仿真自动完成。通过Pro/E对注塑模具进行优化设计, 不仅精简了生产过程, 节约了人力, 还在一定程度上提高了产品质量, 极大的提升了企业的生产效益。
参考文献
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[2]刘细芬, 黄家广.CAD/CAE/CAM在注塑模设计中的应用[J].塑料科技, 2007, (12) :68-71.
[3]吴文.基于Pro/E的注塑模CAD/CAE/CAM集成化技术[J].现代塑料加工应用, 2005, (6) :46-49.
[4]任玉珠.基于CAE技术的注塑模具高效率设计方法[J].制造业自动化, 2011, (5) :137-139.
Pro/E模具设计 篇2
UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG同时也是用户指南（user guide）和普遍语法（Universal Grammar）的缩写。
这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
PRO/E是PRO/Engineer的简称，更常用的简称是PRO/E或PRO/E，PRO/E是美国参数技术公司 （Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在三维造型软件领域中占有着重要地位。PRO/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。
至于哪个更好，要看你在哪一行工作了，还要看工作地点。如果是汽车行业的话建议你学CATIA，在北京一带用PRO/E的偏多，上海和东北这些地方用UG比较多。
PRO/E做数控编程好点，但做三维建模绝对比不上UG，CATIA更强，毕竟人家的市场占有比例不是吹的，国外的机械制造大厂都用它了。
不过现在的.刚出不久的UG6。0功能也厉害的紧，都能直接打开CATIA文件了。
UG从产品设计到模具设计到加工到分析到渲染几乎无所不包；PRO/E强调的是单纯的全相关产品设计，显得有点力单势薄；至于哪个更好，其实要看我们能用到什么程度，对于大部分用户我相信两个软件都能完成我们所要求的功能；如果要求多面手，那当然首选UG，如果单做产品设计都可以不过一定要学精不要单纯的讲哪个软件好关键是你能用它做到多少东西！
从初学的角度出发，我个人意见是UG入门及自学能更快上手！
UG的界面，功能可以记图标，一目了然，再加上现在UG的资料也多了！
学模具设计，UG是第一选择，模具标准件都有，一套简单的模具，5分钟模，5分钟装模胚，再装顶针及其它标准件，布水路，30分钟搞定，不过你要有模具设计实际经验才好。
支持用UG，因为PRO/E的分模确实比不上UG。
UG为混合建模，可以局部参数化（当然完全参数化更没问题），对于模型更新有利。PTC为完全参数化，编辑更新小的设计（家电）可以，大的（飞机，汽车），一更新不死机，其刷新时间会影响到设计师的思路。
PRO/E很具有市场意识，UG的後加工功强大，可以直接运算后CNC，ACM。
Pro/E模具设计 篇3
【关键词】凹凸模具；CAD＼CAM三维设计；收缩参数
1.引言
模具设计是工业生产的基础工艺装备，随着我国逐步成为全球制造业的的基地，模具行业得到了迅速的发展，在模具设计过程中，传统的二维设计正逐步被基于产品三维数字化设计方式所取代，为了适应新形势下的新任务，人们可以借助于计算机中的设计软件的Pro/E技术的卓越功能来实现模具的辅助设计与辅助制造功能，从而大大缩短模具的生产周期和降低生产的生产成本。Pro/E是全方位的面向3D产品开发的集成化软件，自1988年问世以来凭借着其强大的3D功能，已成为当今最普及的CAD/CAM软件之一。
Pro/E软件集零件设计、产品装配、模具设计、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、自动测量、机构仿真、应力分析和产品数据库管理等功能于一体，在机械、电子、汽车、航天、模具、工业设计等行业得到了广泛应用。
2.基于Pro/E的CAD/CAM的凹凸模具三维造型
要利用Pro/E软件实现凹凸模具设计与制造，首先要对凹凸模具进行三维造型。Pro/E软件具有较强的计算机辅助设计CAD/CAM功能，它可以实现二维平面草图以及三维实体造型的功能。通过Pro/E软件中的文件/新建/零件命令，再利用基本绘图工具绘制出凹凸模具草图，然后拉伸出模具的三维造型。由凹凸模具的三维造型可知，凹凸模具主要有上下两部分组成，所以其凹凸模具也分别由上盖凸模和凹模及下盖凸模和凹模组成，在Pro/E软件下分别对凸模和凹模进行设计与数控加工。
3.凹凸模具的CAD设计
3.1 凹凸模具的设计
凹凸模具的设计主要包括凹模和凸模的设计，其关键是型芯、型腔的设计[1]。在Pro/E软件下，先利用凹凸模的整体造型，采用去除材料等命令将凹凸模拆分为上模和下模，在利用Pro/E软件生成型芯和型腔。
3.2 分型面的选择
使用合理的分型面对模具进行分模处理[1]，拆分出模型的型腔部分和型芯部分；根据分型面的选择原则，选择在产品的最大截面处作为分型面。
3.3 利用反求法设计模具和数据处理
通过分模处理，得到单个的模具，取出凹模进行反求法处理，反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究，掌控其功能原理、零部件的参数、结构、尺寸、材料、关键技术等指标，再根据现代设计的理论与方法，对原产品进行模具设计、改进、仿造或者创新设计[2]。分析得出凹模的数据，在Pro/E中画出凹模，再进行镜像，得到凸模的数据，根据数据设计出凹凸模具。
3.4 凹凸模具材料性能以及缩放参数
由于模具在生产过程中收到温度、压力等作用下会改变产品的尺寸，因此我们加入模具的缩放参数，使确定模具的具体尺寸。例如：选用材料为ABS，确定其收缩参数0.006[3]，ABS具有优良的综合性能，有极好的定向拉伸后弯曲疲劳强度，尺寸稳定性好，耐磨性好；ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，具有良好的加工性和染色性能，密度1.02～1.05g/cm^3[4]。
3.5 模具成型及数控程序的生成
利用Pro/E软件，绘出凹凸模的3D模型，再在Pro/E软件中查找NC转换，根据NC转换方式把模具的3D图纸转换成电脑能够识别的C语言形式，这样就确定了型腔数控程序[5]，在数控机床中输入程序进行试生产，试生产成功后用于实际加工生产。
4.模具设计流程
凹凸模具设计→反求法设计模具，以及数据处理→加入缩放参数→模具成型→根据NC转换生成模具型腔的数控程序→生成加工。
5.结论
现在的机械制造行业，随着电子信息技术的不断发展，CAD/CAM技术得到广泛应用，尤其在数控加工中更显其优势。许多大型企业从事三维设计的软件以工作站上运行大型软件为主，比如3DSMAX、MAYA、Sumatra、LightWave3D、Rhino等。广泛的采用计算机辅助技术、人工智能技术等进行设计决策、模拟分析和优化设计，增强企业的技术创新能力，注重产品结构的调整和定位，进一步提升模具的制造技术水平，占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。这些软件系统结构庞大复杂，使用非常不便，加上软硬件价格昂贵，一般从业人员很难在短时间内掌握并难以开发出适应市场的模具，增加了企业的成本，只有大型企业才能配备的起这种设备。而且这种设计与制造分开，使中小型企业在模具制造上过程复杂，成本增高，约束了企业的发展，使得产品价格高昂、普及型降低[6]。
市场上急需一种软件来实现模具设计制造的一体化，本项目旨在开发一种系统，该系统利用反拷法实现模具设计制造一体化，适应模具品种多批量小的生产方式。既可准确地复制已在生产中使用的模具，又可快速设计和制造出新的模具，大大降低了设备的成本，从而使商品价格降低，满足大多数人的需要。还可以根据不同用户的需要，提供各种立体元素及曲面的相贯计算及显示，准确地复制已在生产中使用的模具，可快速设计和制造出新的模具，有利于中小企业的发展及创业者的发展，适合于科技创业，提供更多的工作岗位，使科学技术更好的服务于人们，从而推动国民经济向前发展。
参考文献
[1]吴柳机，宋小春等主编.模具设计技能培训[M].北京：人民邮电出版社，2011：246-281.
[2]马涛.反求法在数控内孔曲线磨床加工中的应用[J].现代电子技术，2011，34（23）：117-126.
[3]王朝明.塑料口杯注塑模设计论文[D].2011.
[4]石双喜.塑料口杯注塑模设计[D].2012.
[5]赵汝嘉.CAD基础理论及应用[M].西安：西安交通大学出版社，1995.
Pro/E模具设计 篇4
一、基于Pro/Engineer的模具设计
在野火版Pro/Engineer中有一个Pro/Mold Design模块, 该模块是Pro/Engineer的模具设计与分析模块, 利用该模块, 设计者可以快速、高效的完成各种模具的设计与分析工作。下面介绍利用Pro/Mold Desigs设计模具的一般流程。
(一) 原始设计模型。
模具设计时必须要建立一个设计模型, 即模具制造的产品原型, 设计模型需要在Pro/Engineer零件模块中进行三维造型, 一般通过拉伸、切除、拔模、圆角、抽壳等特征造型方法创建。
(二) 创建模具模型。
创建模具模型时, 文件类型选择制造—模具型腔, 子类型选择模具型腔。然后将设计模型装配至模具模型中 (注意这里是装配而不是创建) , 使之成为模具设计的参照模型。最后加入已设计好工件或利用Pro/Moldesign提供的工具自动在模具中创建, 如果无法自动完成工件创建可以手工绘制所需要的工件, 这里工件可以理解为模具的毛坯。
(三) 分析模型。
用Pro/Engineer的分析功能分析模型的拔模斜度、厚度等几何特征, 以判断这些特征是否符合设计要求。如果不符合, 应进行相应修改。
(四) 设置收缩率。
由于温度和压力的变化, 铸件从模具中取出后会产生收缩现象, 为了补偿铸件体积收缩的偏差, Pro/Engineer提供了收缩率功能。设计人员通过设置适当的收缩率来放大参考模型, 以便获得正确尺寸的铸件。单个零件使用按尺寸收缩, 而多型腔最好使用按比例收缩。
(五) 创建模具分型面。
模具中用来分割参照模型的曲面为分型面, 分型面的设计直接关系到成型零件的尺寸精度、表面质量、飞边大小、脱模难易和制造成本, 其影响因素复杂, Pro/Engineer中分型面的创建有多种方法, 如利用阴影曲面、裙边等, 也可以手工绘制曲面的方法来创建分型面。
(六) 创建模具元件的体积块。
使用分型面将工件拆分成型腔、型芯体积块。通常运用分割菜单下的两个体积块命令来将工件拆分成各个体积块, 即所谓的拆模。体积块是没有质量的三维封闭曲面组, 并不是模具元件。如需侧向抽芯或者多方向开模, 就需要多次使用分割体积块命令。后续选择该命令时可选取已经创建好的体积块, 进行再次分割。
(七) 抽取模具元件。
通过向体积块中填充实体材料, 使之转换成实际的模具元件, 即所谓的抽取模具元件。完成抽取后, 模具元件就成为功能强大的Pro/Engineer零件, Pro/NC模块 (Pro/Engineer的加工模块) 调用或转换到其他软件中进行数控加工。
(八) 铸模仿真。
Pro/Engineer在完成模具元件抽取后, 可自动将熔融材料通过浇口注入模具型腔, 产生浇注件。
(九) 开模仿真。
通过开模仿真对模具各机构进行干涉检查, 以确认模具是否能正常开启。
二、模型转换及CAD/CAM软件间的转换
(一) 三维实体模型向二维平面图的转换。
三维CAD系统的工程图绘制模块可通过投影将三维实体模型根据需要直接生成二维图, 标注尺寸和公差等技术要求后即得到二维模样图。这里说明一下, Pro/e中生成二维图对于初学者可以导入caxa实体设计中进行。而导入过程就需要了解多种CAD/CAM软件间的转换。
(二) 多种CAD/CAM软件间的转换。
在Ug、Proe、Cimatron、Mastercam等几种常用编程软件间, 可通过Iges格式方便地相互转换, 以发挥各自的优势。例如, 可将Ug和Pro/Eng-ineer软件建成的模型转换成Iges格式, 再转换成Cimatron格式, 然后用Cimatron作出加工模样的刀具轨迹。当然现在许多软件可以直接使用prt格式进行转换, 以减少参数的丢失。
三、铸造模样的CAM过程
对三维模型数控加工指令, 包括机床加工参数、加工方式、刀具选择、刀具加工轨迹等, 是由CAM数控加工系统生成的。通过对刀具轨迹的后处理可产生G代码和M代码, 利用这些代码即可控制加工中心的刀具运动, 按三维模型的形状和尺寸加工出所需的模样。
(一) 铸件模样毛坯准备。
目前砂型铸造用的热芯盒、冷芯盒及模板的铸造毛坯的材料通常为HT250、QT500-5等, 冷芯盒和手工造型、制芯用的模样和芯盒也常用ZL401、ZL104等材料, 重力金属型铸造的金属型材料常采用H13等模具钢, 失蜡铸造压型的材料常采用45号钢和铸造铝合金等。一般是先作木模, 再铸造毛坯。为减少加工余量, 可采用数控程序加工木模, 这样可以均匀留出加工余量 (一般为4mm左右) 。
(二) 粗加工。
为提高模样毛坯粗加工的工效, 通常采用大的硬质合金刀具进行粗加工。加工精度可以低, 可设为011mm;加工余量为加工精度的4~7倍较合适, 一般可设为013~018mm;加工速度下限为1500mm/min左右, 上限为2200mm/min左右;刀具直径根据零件大小确定, 一般较大。加工方法为等高加工, 逐层切出, 每层进刀深度约1mm左右。等高加工方法分为等高粗加工和等高精加工两种。
(三) 半精加工。
对于有曲面形状的工件, 有时需进行半精加工。半精加工采用直径较小的刀具, 一般比精加工刀具大一号。为提高工效, 应尽量使用合金刀具, 采用CAM软件的等高加工精加工法生成刀轨。由于不是精加工, 所以加工精度可设得较低, 如0108~0105 mm;加工余量可设为013 mm左右;剩余加工留量在保证精加工能够去除半精加工刀痕的情况下应尽量少, 有时甚至可不留余量 (实际上在加工量较大的情况下, 总会有让刀现象, 即使不留余量, 精加工仍有加工余量) 。
(四) 精加工。
精加工刀具主要根据工件加工面形状决定, 通常采用直径比半精加工刀具小的5~10mm球刀 (加工面为平面时应尽量采用平底刀) , 以提高工效和避免过切, 对于局部圆角部位可采用较小直径刀具再加工一次。
(五) 清根。
精加工后, 模样的全部形状和尺寸虽基本到位, 但由于精加工多采用球刀, 会在模样分型面等部位留有圆角, 若不清除会使铸件产生较大的披缝, 因此在精加工后应对圆角进行清根处理。清根处理刀具一般采用平刀, 为避免分型面清根后产生尖角, 可将平刀磨成带有R015mm的圆角。用使用Pro/e进行分型曲面进行模具体积块的分割, 所有元件体积之和等于该工件原体积的100%, 因此不会发生因忘记型腔内的某一小体积块而使模具体积出现不精确的情况。同时所有外模、型芯盒建模过程都是在统一的模型基础上建模和分拆的, 所以不会产生配合误差及尺寸转换误差, 尺寸精确, 而且设计后可以直接生成数控加工程序直接进行加工, 这样可以在模具的精度得到提高的同时, 缩短模具设计及制造周期。
摘要：使用Pro/E软件进行从零件、铸件到铸造模具的设计过程。阐述了产品开发中零件的建模应兼顾制造时的各种工艺建模, 其中详述了为使铸件及铸造模具的设计顺利进行, 零件和铸件三维建模过程应遵循的一定顺序及一些技巧。铸造模具建模前先建工艺模型, 对型芯头、起模斜度等工艺措施在工艺模型中给予建立, 然后用工艺模型将型芯和外模分拆出来, 可减少分别建模时可能出现的失误, 提高模具的精度, 缩短产品的市场化周期。
关键词：铸造模具,Pro/E软件,三维实体造型,计算机辅助制造,数控加工
参考文献
[1].雷卫强.Pro/Engineer产品造型设计[M].北京:清华大学出版社, 2007
Pro/E模具设计 篇5
基于PRO/E的轮胎有限元模型建立方法
利用PRO/E强大的.三维模型建立功能,便捷、高效地建立轮胎几何模型.借助PRO/E与ANSYS之间的接口技术,将三维模型导入ANSYS平台下进行材料定义、网格划分,从而得到轮胎的有限元模型.
作 者：王岳 齐晓杰 王强 WANG Yue QI Xiao-Jie WANG Qiang 作者单位：王岳,WANG Yue(哈尔滨理工大学,机械动力工程学院,黑龙江,哈尔滨,150050)齐晓杰,王强,QI Xiao-Jie,WANG Qiang(黑龙江工程学院,汽车工程系,黑龙江,哈尔滨,150050)
刊 名：黑龙江工程学院学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF HEILONGJIANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 23(3) 分类号：U463.341 关键词：PRO/E ANSYS 有限元模型Pro/E模具设计 篇6
随着3D技术的应用和推广，计算机辅助设计在很多行业都大显身手。对于工业设计专业的学生，软件的使用是帮助学生展示创意，进行交流的有效工具。本文结合在3D软件Pro/E教学过程中经验，探讨了教学过程中遇到的问题及对策，为3D应用软件教学提供思路。
国际工业设计协会联合会（ICSID）在1980年第11次年会上对工业设计的定义为：“就批量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和资格，叫做工业设计。”可将其分为三个领域，即视觉传达设计、产品设计和环境设计。对于理工类工业设计而言，主要涉及的内容为产品设计，也称之为工业产品造型设计。
一、理工科工业设计专业学生特点及软件课程开设
理工科工业设计专业学生都是参加全国统一高考的理工类考生，并且在入学时没有多少美术基础，就整体而言，学生对设计对象的造型、色彩、光影等特征的观察和感知能力与高考艺术类学生相比有较大的差距，对专业课的理解需要一个漫长的过程。纵观高校工业设计专业学生现状，大一涉及的专业课有限，且很多理工科院校人才培养方案偏向于基础课程的学习，导致学生专业基础不扎实，在设计表达方面存在严重的障碍，有部分学生到了大三或者大四仍然不能画出符合自己设计意图的产品手绘草图，或者草图细节不能顺畅的表达。对于这种现状，可以加强对学生专业知识的教育，也可以通过三维软件课程学习进行一定的弥补。
工业设计专业学生在毕业时至少应该熟练掌握4门设计软件，其中平面的2个，Photoshop和Coreldraw为代表；三维设计软件也有两种，以3ds Max和Pro/Engineer为代表，但由于学校开设课程学时的限制，平面软件的学习基本可以保证质量的完成相应的教学任务，但是作为三维软件，其系统比较庞大，要深入学习的东西很多，以Pro/Engineer为例，学生在学习此软件时，没有任何参数化建模的概念和经验，涉及的知识都是从零开始，一步步熟悉软件界面、基本命令及相关设置等等。在正常的教学学时内学生只能完成一些基本的三维建模，而且涉及到的建模都是一些常见的机械建模，曲面知识涉及少之又少，即便是学生有好的创意和构思，通过三维设计软件也无法完成设计建模，阻碍了其设计交流。所以为了更好的让学生表现其设计构思，进行设计交流，本文以Pro/Engineer软件为平台，以电吹风曲面为例，详细的介绍如何构建高质量的曲面，满足设计的需要，为其他三维设计软件教学提供一定的参考。
二、理工科学生应具备的3D软件设计和分析能力
在国际工业设计协会关于工业设计的定义论述中，就批量生产的产品而言，是工业设计的前提，说明了工业设计的对象应该是机器化条件下大批量生产的产品；凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，则是工业设计专业学生应该具备的知识构架和体系；而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和资格，是工业设计的核心。针对理工科工业设计专业学生特点及软件教学要求，本文将以Pro/Engineer软件中的ISDX模块为基础,以电吹风曲面建模为实例来详细说明理工类工业设计专业学生如何有效的进行工业产品造型设计，并对产品建模曲面做相应的分析，以保证曲面形态能够有设计制造的可行性。
（一）曲线连续性及四边构面
在进行曲面设计之前，首先要对曲线的连续性进行了解和掌握，因为高质量的曲面设计离不开高质量的曲线，关于曲线的连续性一般分为三种；G0连接，两条曲线的端点重合（如图1所示）；G1连接，两条曲线端点重合且端点处曲线的切线方向一致（如图2所示）；G2连接，在G1连接的基础上，曲率连续（如图3所示）。在一般的工业产品造型设计中，曲线间连续质量达到G1连续即可满足设计要求。
在曲面设计过程中，一般采用不相切的四边构建曲面，在实际的设计过程中经常会碰到一些三边面，这种方法构建的曲面会产生收敛点，在这个收敛的位置经常会产生设计失败，为了提高设计成功的几率，通常在设计实践中都是破三为四，通过曲面的剪裁，使之成为四边面，在通过四边构建高质量的曲面。
（二）电吹风曲面的构建
ISDX模块是Pro/Engineer软件中的自由曲面模块，即交互式曲面设计模块。它有着自由形状曲线和曲面建模功能，是一种一体化的建模方法。将参数式设计与自由曲线曲面造型完美结合，可以自由创建和修改曲线（曲线包括自由曲线、平面曲线及COS曲线）、曲面，具有高度的互用性和灵活性，并能实时检查曲面质量，通过编辑曲线来调节曲面。这种基于特征参数化建模设想和建立任意形状曲面模型的能力，为曲面设计提供了一种有效的方法，大大缩短了产品设计的周期。
（1）在ISDX中构建电吹风造型轮廓
如图4所示，由6条平面曲线构建的电吹风造型轮廓，其中相连接的位置都为G1连接，因为只有G1连接的曲线才能构建G1连接的光顺曲面。
（2）通过使用Var Sect Sweep命令扫出吹风机主体曲面，如图6示。
（3）对曲面进行剪裁，最终效果如图7所示，其目的是为了构建四边面，为提高曲面设计质量。
（4）通过Boundary Blend命令实现四边面的构建，同时设置新构建曲面的边界条件，与父曲面相切，同时为了保证最终镜像曲面相切，其他的边界条件设置与对称平面垂直或法向。效果如图8所示。
（5）用同样的方法构建吹风机把手曲面造型如图9所示。
（6）对主体和把手曲面进行裁剪，最终效果如图10所示
（7）在本设计中最为重要的就是中间连接曲面的构建，首先需要构建造型ISDX曲线，且设置曲线对应的边界条件，如图11中所示的红色曲线边界分别设置曲面相切和曲线相切，其他两条同样的设置条件。
（8）通过Boundary Blend命令实现四边面的构建，同时设置新构建曲面的边界条件，与把手和主体曲面设置曲面相切，同时为了保证最终镜像曲面相切，其他两条边界条件设置与对称平面垂直或法向。最终完成过渡曲面的构建。如图12所示。
（9）通过曲面合并、镜像等最终完成的电吹风造型如图13所示。
（10）为了后续的产品设计，需要对曲面进行检测，如果曲面不光顺，可能无法加厚成实体，所以曲面的光顺度的检测是产品设计中常用到的曲面质量检测方法，通常都是斑马线检测，如果检测得到的不同连接曲面中斑马线条纹精确对齐，则表示曲面在连接处相切，曲面质量比较高，可以进行加厚等实体操作，为后续产品设计的成功奠定一定的基础，最终检测结果如图14所示，斑马线完全对齐，曲面质量较高。
三、结语
由于很多院校课程设置和培养计划中关于软件设计课程学时的限制，导致很多学生在软件学习结束后，利用所学的软件技能、建模水平无法充分的对自己的设计创意和构思进行表达和交流。本文特别介绍了三维设计软件Pro/Engineer中ISDX自由曲面造型模块和曲面、曲线构建的基本数学理论和数学知识，以电吹风造型为实例，讲解了构建高质量的曲面的详细过程和设计思路，特别是过渡曲面的构建过程和思路。希望能对高校软件教学和学生自学起到抛砖引玉的作用。
[1]张琳,张峻霞.工科类工业设计教学的再思考[J].中国校外教育,2009（5）.
Pro/E模具设计 篇7
大麦、小麦、水稻、玉米等粮食作物在场地晒完进行粮食收集装袋是费力费时的, 特别是对大面积粮食晒完装袋。通过文献检索发现目前国内没有单位或个人对其研究, 对于2~3亩地的粮食晒完, 1~2人收集装袋强度不大, 但目前很多种地专业户或者承包户, 粮食收割的面积常常是20亩以上, 晒粮收集装袋是个巨大的工作。某公司根据实践调研, 设计了一种利用负压将粮食颗粒吸进粮食料斗, 而后利用重力原理再从料斗底部流出到袋子里。由于采用负压原理将粮食颗粒吸进来, 考虑到吸气形成负压与颗粒用重力收集等因素, 需将料斗上下圆心设计不同心。图1是料斗正投影视图及尺寸, 由于料斗上下圆心不同心, 料斗的板料下料带来一定的难度。假若料斗上下圆心是同心, 只需计算出上下圆的周长, 按照等腰梯形下料即可。由于有一定技术难度, 为精准下料, 该企业技术人员及技术有限, 请求我们技术支援以解决难题。
1 Pro/E设计
1.1 Pro/E造型设计[1,2]
基于Pro/E创建钣金或者曲面, 料斗的壁厚2~3 mm, 利用“插入”→“混成”特征, 来创建“薄长出”或“曲面”, 这里以曲面来研究料斗展开设计方法。在“混成命令”下选择“平行”、“规则”、“草绘截面”, 进入绘图截面完成大圆并切换截面完成小圆绘制, 如图2, 最后输入2个圆垂直的高度后完成的造型如图3。
1.2 Pro/E造型曲面展开设计
在料斗造型右斜曲面中间对称面与上小圆边交汇处创建基准点“PNT0”, 而后复制“TOP”前半曲面并粘贴创建复制曲面如图4, 点击“插入”→“高级”命令→“平坦面组”, 如图5在“平坦面组”中, “来源面组”选择前面复制曲面, “原点”选择前面创建的基准点“PNT0”, 单击完成后创建的平坦曲面如图6。
选择前面创建好的平坦曲面, 用镜像特征以“TOP”为镜像平面完成另一半, 用“ctrl”选择2个平坦曲面, 点击“编辑”命令下“合并”将2个平坦曲面合并, 完成后如图7。
1.3 展开后二维转化[2,3]
为了便于测量、加工及导入其他软件, 三维的造型常常需要转化成二维, 而二维CAD用得最广就是Auto CAD, Auto CAD软件的通用性较好, 很多线切割、电火花设备的软件接口都能与Auto CAD软件很好地衔接。在三维Pro/E软件中将三维转化成二维, 首先要设置Pro/E工程图的属性, 投影视角设置第一视角, 绘图单位设置“mm”为单位, 特别是单位设置。虽然三维造型是以“mm”为单位绘制的, 但若工程图中不设置单位, 图形的尺寸就被缩小了25.4倍。在Pro/E软件工程图中以某个基准平面正投影即可得到主视图, 因此必须在三维造型中创建平行于曲面与垂直于曲面2个基准平面, 以平行的基准平面作前面, 以垂直基准平面作顶面进行投影。在将工程图转换成Auto CAD软件图形时, 需将工程图的左下角的比例修改成“1”, 只需鼠标双击“比例”即可修改, 转换成Auto CAD软件的二维图形如图8所示。
由料斗板料的展开图形可知, 只需将图形导入激光切割设备系统进行下料, 下好的料通过适当压力旋压, 最后将接头焊接即可。
2 结论
基于Pro/E软件, 利用混合特征生成造型曲面, 通过创建基准点、复制曲面, 及使用平坦面组、镜像、合并等命令方式展开曲面。最后通过Pro/E工程图生成二维图, 并将工程图转换成Auto CAD软件二维图形, 大大地降低了设计难度, 提高设计效率。准确下料后, 通过焊接完成料斗实体, 经实践使用满足要求, 说明收粮机料斗展开的方法是正确的, 用平坦面组解决不规则料斗的设计方法对同类零件的下料有一定参考价值与指导意义。
参考文献
[1]汪超, 杜文忠, 徐安林.Pro/Engineer Wildfire[M].北京:中国原子能出版社, 2012.
[2]白柳, 郭松.Pro/engineer实例教程[M].北京:北京理工大学出版社, 2009.
基于Pro/E全地形车车桥设计 篇8
全地形车(all terrain vehicle,ATV)是一种全新概念的新车型,主要用于农业、军事、体闲娱乐等。全地形车是一种全天候、全地形下使用的车辆,其工作环境非常复杂,车桥作为整车的主要承载部件,承受大量来自地面的冲击载荷,它与整车的乘坐舒适性,车辆的动力性、通过性、平顺性密切相关,此外,车桥的强度、刚度将会影响全地形车其它各种构件的使用寿命和车辆操纵稳定性[1,2]。本车车桥刚性固定于车架上,没有相应的悬架系统,轮胎承担着来自地面大量冲击载荷,再加上复杂的使用环境,设计中详细分析车桥的载荷状况,找出车辆的特殊工况,验证车桥在该工况下整体结构的强度和刚度就很有必要了,通过结构强度的分析[3,4],可以在产品设计阶段就发现问题、解决问题,提高设计效率,缩短产品设计、试制周期。本文用Pro/E对全地形车的车桥进行了设计,主要应用其建模、有限元分析和工程图三个模块,应用其单一数据库、无缝集成各功能模块的特点,在设计和分析中数据统一,可以通过分析修改设计,由分析验证设计,其设计流程如图1所示。
设计中可以根据有限元分析结果修改模型和装配关系,再分析修改后的模型,如此反复,直到满足设计要求。此过程简化了不同功能软件间的相互导入、导出,降低了数据交换的出错率。
2 车桥三维模型的建立
某8×8全地形车,该车总长3900mm,总宽1800mm,总高1400mm,轮距1450mm,四轴均布,轴距840mm。陆地满载质量为1000kg,包括驾驶员、副驾驶、六名乘客及货物(或装备)。该车的最高车速为60km/h。车桥设计为断开式半浮驱动桥,车桥桥壳与车架通过螺栓刚性联接,车辆减震主要由ATV专用轮胎承担,车桥内驱动轴采用半浮安装,车桥包括桥壳、车轴、轴承、骨架式油封、链轮、轮毂、两端固定螺母、挡圈和轴端密封盖[5,6]。其中,二、三轴的车桥轮毂与制动盘合为一体,用Pro/E软件建立该车车桥的三维模型,模型如图2所示。
3 车桥的受力分析
按照整车设计所确定的载荷大小及作用位置分析车桥的受力状况。整车加载荷总重2.72t。当8个车轮都着地时,此时为了简化分析,可以忽略二、三轴与一、四轴的高度差,视为单个车轮承载3400N,对该工况下的分析可以作为车桥初步设计中关键件尺寸和外形确定的依据,但对车桥的分析主要应考虑两个特殊工况下和车辆在B级路面上以60km/h行驶时的工况。通过在ADAMS软件下仿真[7,8],得到的最大垂直动载荷为静态载荷的3.2倍,此时载荷为10880N。为了简化分析,对模型进行了适当的简化并忽略了一些次要的部件,这里忽略了制动盘。约束及载荷位置如图3所示,载荷仅加在上半圆柱面上。
车辆运行中的两个特殊工况为:
(1)工况一:当车辆在行驶过程中仅二、三轴的四个车轮着地时,此时仅二、三轴的四个车桥受载荷。可认为四个车桥平均受力。
(2)工况二:当车辆在行驶过程中以一定车速翻越特定高度障碍物时,此时二轴或三轴会在某一瞬间承担整车的所有载荷,为了研究这一工况车桥的受力状况,本文仅对二轴瞬间承担整车的载荷时做分析。
如果考虑车辆在B级路面上以60km/h行驶时,由ADAMS软件下仿真得到的最大垂直动载荷。分析前面两种工况时还要考虑动载荷,其详细载荷如表1。由此结果对车桥结构做有限元分析。
两个特殊工况可以认为是其工作的极限工况,工况二是在极端情况下才会发生,对该工况分析结果的处理尤为关键。以上工况都可以忽略车辆运行中链轮对车轴的扭矩。
4 车桥有限元模型建立
在系统分析时,一次分析中有若干个零件组成的部件,这就存在着零件实体间的相互关系,是螺栓联接还是像齿轮一样相互接触或轴孔那样的装配关系,这里用一些特殊的单元,像间隙单元、接触单元、弹簧单元等,通过这些单元把各零件相互联系起来,作为一个系统进行整体分析。通过应用特殊单元处理轴承与桥壳、车轴的联结关系,车桥两端的骨架式油封不做考虑,也可以在装配时就忽略,为简化分析,采用不装配处理。
由于实际情况下车桥工况复杂,存在扭转、剪切等状况,有限元网格的划分尤其重要,网格划分是否合理是准确分析的关键。Pro/E软件中的AutoGEM(自动网格划分)可以自动完成绝大部分实体模型的网格划分,在对车桥的网格划分中首先对几何体进行简化,处理那些不影响分析结果而对网格划分影响较大的细节,不然将网格划分困难或者产生大量的细小单元,严重影响分析速度和结果的准确性。如何选择合适的网格形式和细化方法,需要根据实际情况和积累的经验来确定。主要处理一些小表面、零度边和倒角特征。在对模型划分完网格后,一定要利用软件的网格检查功能检查网格裂缝、褶皱、线性单元的节点面、翘曲及畸变等,提高网格品质。
5 车桥有限元分析
(1)车桥材料基本参数
桥壳:ZL104,杨氏模量70GPa,泊松比0.3,密度2.7×103kg/m3,抗拉强度195MPa;车轴:钢材40Cr,杨氏模量210GPa,泊松比0.3,密度7.9×103kg/m3,抗拉强度785MPa。
(2)有限元分析工况选择
根据该车运行的环境和地域特点,结合该车的结构特点,分析有可能发生的特殊工况,分析该极限工况下车桥的强度和刚度。由前面对车桥的受力分析结果(表1),为了确定车桥设计的可靠性,是否满足设计要求,选择工况二作为分析工况。
载荷加载在图3所示位置,载荷仅加在上半圆柱面上,约束为轮辋与轮毂的贴合面。
(3)有限元分析结果
有限元分析结果中关键部件分别显示、分析,取各工况下一定数量的关键位置来分析应力、位移,具体位置如图4和图5所示。其位移与应力分析结果列于表2中。
车轴的最大综合应力240MPa,桥壳的最大综合应力31MPa。
由图4、图5,结合表2可以得到车桥中车轴和桥壳应力的变化和分布特点,车轴应力集中位置位于轴承支承位置与轮毂之间,由分析可知,该位置除受扭矩之外还存在很大的弯矩作用,桥壳的应力集中位置主要在桥壳加强肋与壁的交接处和因加工密封面而产生的截面突变处。最大变形位置为A、G处,其变形量在许可范围内,满足刚度要求。
6 结论
可以通过安全系数来验证设计的可靠程度,不同材料的安全系数由公式计算,通过有限元计算分析结果,从安全系数上可得出以下结论:
(1)车桥设计满足强度和刚度设计要求。
(2)车轴应力集中位置正好位于油封与轴的接触处,由于结构所限,可以通过提高加工等级,减小该位置的表面粗糙度,这样就可以改善应力集中对车轴的影响。
(3)桥壳部分区域存在应力集中,可以通过加工工艺上做适当改进,改进结果可以满足要求。
(4)应用Pro/E各个功能模块的无缝集成技术,完成零部件建模、有限元计算,可降低设计开发成本,缩短设计开发周期,提高产品质量。
7 展望
Pro/E各个功能模块的无缝集成还包括动态仿真分析,有限元计算时可以做车桥自由状态下的模态分析,设计中还应该进一步做车桥动态应力分析以及模态试验分析等,特别是车轴和桥壳两大关键零件的动态应力分析以及模态试验分析,以期掌握其疲劳寿命、动态性能等,在此基础上进行车桥结构优化设计,最大限度地发挥其结构性能。
参考文献
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[3]朱峥涛,成辉.江铃汽车驱动桥桥壳有限元分析[J].汽车工程,2007,29(10):896-899.
[4]王三太.全地形车后轴断裂失效分析[J].林业机械与木工设备,2006,34(6):114-117.
[5]蒋国平,王国林.车辆动力传动系统振动研究述评[J].江苏理工大学学报,2000,21(3):22-26.
[6]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京:清华大学出版社,2004.
[7]DAI L,WU J.Stability and vibrations of an all-terrain vehicle subjected to nonlinear structural deformation and resistance[J].Communications In Nonlinear Science and Numerical Simulation,2007(12):72-82.
基于Pro/E的机械产品设计 篇9
传统的机械产品设计方法是首先将产品以平面的形式表达出来,进行反复校核和修改,再由加工者把图样上的内容转化为成形的产品。这样的设计方法使得设计周期长,成本高,并且当产品制造出来后还经常会出现零部件之间相互干涉,无法安装和装配不到位等重大设计失误。目前世界上应用较为广泛的三维实体造型软件Pro/ENGINEER就可以很好地解决这些问题。Pro/E直接采用三维设计,并利用其参数化设计的思想,使零件的设计、修改变得简单易行,同时还可方便快捷的实现的分析功能,以及三维图形到二维工程图的快速转换。
2 基于Pro/E的实体造型技术特点
Pro/E是美国参数技术公司的一款拳头产品,在目前的三维造型软件领域有着重要的地位,它不仅能完成任意复杂的零件设计,还能完成模具设计、饭金设计、装配造型、NC自动编程与加工、有限元分析、机构仿真分析等功能。该软件主要有如下特点:
2.1 基于特征的(Feature-Based)
特征是Pro/ER软件的基本设计单元,如拉伸特征(Extrude)、旋转特征(Revolve)、孔特征(Hole)、倒角特征(Chamfer)、圆角特征(Round)等,用户采用每次创建一个特征的方式进行三维造型,特征逐一叠加,同时用户还可以对特征进行顺序调整(Reorder)、插入(Insert)、重定义(Redefine)等编辑操作。
2.2 基于参数化的(Parametric-based)
Pro/E采用参数化设计,所谓参数化就是用数学运算方式建立模型各尺寸参数间的关系式,使之成为可任意调整的参数。当改变某个尺寸参数值时,将自动改变所有与它相关的尺寸,实现了通过调整参数来修改和控制几何形状的功能。采用参数化造型的优点在于它彻底克服了自由建模的无约束状态,几何形状均以尺寸的形式被有效的控制,在需要修改零件形状的时候,只需修改与该形状相关的尺寸参数值,零件的形状会根据尺寸的变化自动进行相应的改变。
2.3 全数据相关性(Full Associative)
Pro/E软件采用单一数据库,实现了所创建的三维零件模型与由此而产生的工程图、装配图、模具和仿真加工对象之间具有双向关联的功能,即当对其中任意一个模块如三维零件模型进行修改时,与模型相关的工程图、装配图、模具和仿真加工对象也会随之自动修改。这样一来,既可以保证图形数据的准确性,又大大减少了数据更改给用户带来的大量工作。全相关性允许在开发周期内的任一阶段对产品进行修改。并且能够自动消除与前后阶段的冲突,使得并行工程成为可能,进而缩短了产品的开发周期。
3 Pro/E参数化设计的实施
尽管机械产品的结构形式千差万别,用途和工作原理也各不相同,但在计算机上进行三维实体造型有一些规律可循,一般过程如下:创建草图→根据零件的基本特征和附加特征生成零件的三维模型→依照装配关系装配零部件形成装配图→进行必要的分析计算→生成工程图纸。在此,我们就以小型台式钻床为例,具体说明参数化设计的实施过程。
3.1 零件造型设计
台式钻床各个零件的造型。现以进给机构组件中的齿轮棘轮零件为例来说明基于特征的参数化零件造型过程。在创建该零件的时候,采用了如图1所示特征叠加的创建流程:旋转特征创建零件主体→剪切形成内孔及单个棘轮齿→阵列棘轮齿→建立齿轮轮廓线方程创建单个齿轮→阵列齿轮→剪切创建内壁上的键槽。此外零件族的使用建立了标准件垫圈、定位销、螺钉的零件库,大大节约了钻床的设计时间。
3.2 装配设计
零件设计完成之后,往往需要根据设计要求对零件进行装配,以检验各零部件之间是否会发生干涉,以便对零件设计进行完善。在Pro/E中,利用匹配、对齐、插入等装配约束方法,在各零件之间建立的一定的连接关系,从而确定各零件在空间的具体位置关系。将台钻零件分类创建完成后,创建了如图2所示的装配图效果图及爆炸图。
3.3 零部件的分析
利用Pro/E提供的强大分析功能,可以对零件和装配件的设计进行分析。可实现一些常规的分析,如体积、重量的测量、干涉检验、曲线分析、曲面分析等。还可利用Pro/MECHANICA模块零部件进行结构力学分析、热力学分析、屈曲分析和模态分析。此外在Pro/MECHANISM模块中,也可以对装配件进行运动学分析和仿真。
3.4 生成工程图
利用工程图模块可以直接从Pro/E构建的实体造型产品按ANSI/ISO/JIS/DIN标准生成工程图,除能产生一般的视图外,还可以产生其他各种视图,如剖视图、局部放大图、旋转视图等,并可以自动标注尺寸、自动生成形位公差、焊接符号、明细栏和标题栏。台钻建模完成后,可通过工程图模块直接将装配实体转换成总装工程图。此外每个零件也都能直接由三维实体转化得到加工工程图。
4 结束语
从三维到二维,Pro/E不但改变了设计的方法,也彻底改变了设计的思路和习惯。利用Pro/E提供的强大的特征建模、参数化、全数据相关的思想,不仅能实现零件的参数化设计,也可以更方便地建立从三维到二维图形的转换,从而提高设计的效率和质量,并可使设计思想迅速转化为产品,大大缩短了产品的开发周期。
参考文献
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[4]马铁利,等.行为建模——第五代建模技术[J].计算机工程与应用,2002,38(7):98-100.
[5]舒慧林,刘继红,钟毅芳.计算机辅助机械产品概念设计研究综述[J].计算机辅助设计与图形学报,2000,12(12):947-953.
[6]唐林,邹慧君.机械产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].机械科学与技术,2000,19(2):192-196.
[7]Pahl G,Benz W.Engineering design[R].London The design Council,1984.
Pro/E模具设计 篇10
1 模具的设计
基于PRO/E的橡胶模具设计的主要流程是：在PRO/E建模环境下创建橡胶制件的三维模型，确定合适的分模平面，通过运算与裁减实体等功能[1]，将模具的上、下模生成出来，在通过橡胶制件生成模具的芯铁，最后完成其他辅助结构的设计。设计要点如下：
(1)创建橡胶制件的三维模型
在创建三维模型前应根据橡胶制件的材料，计算收缩率，该产品件材料为硅橡胶，收缩率应为2%，但由于这套橡胶模具对产品件壁厚没有严格尺寸要求，因此收缩误差可以忽略不计。根据提供的二维图(如图1所示)或样件，在PRO/E建模环境下灵活运用各种建模命令，创建橡胶制件的三维模型，如图2所示。注意，图2中三维模型只是橡胶制件的外部形状，并没有将橡胶制件的内部形状画出，因为内部形状与型腔无关。考虑到上、下模型腔与分模片的结构设计，这时应将分模片与手柄同时设计出，安装到橡胶制件模型上，将其看成一个整体。如图3所示。
(2)完成上、下模结构设计
根据本套模具的制品外形要求[3]，需要通过分模片将橡胶制件在中间隔开，从而形成一个侧面可以打开的护套。因此将分型面确定在分模片的上表面。
根据模具的高度确定原则[3]。确定上、下模外形尺寸为270×175×55mm。
在PRO/E建模环境中创建一个270×175×55mm的长方体，运用运算、裁减体等功能，完成型腔上、下模的创建，如图4、图5所示。
(3)完成芯铁结构设计
通过分析橡胶制件二维图(图1)可以看出，模具的芯铁和型腔的外形是完全平行偏置的，这样，将图3对应的三维模型用PRO/E打开，把分模片与翻边两个特征删除掉，再根据二维图使用PRO/E当中偏置面的功能将模型进行偏置，即可得到如图6所示的芯铁模型。
(4)其他结构设计
根据《最新橡胶模具设计制造与应用工艺技术实用手册》，完成溢胶槽、导柱销、定位板等结构的设计。然后在PRO/E装配模块完成模具的虚拟装配，再进入PRO/E生成工程图模块生成模具的装配工程图，如图7所示。
2 模具材料的选择[2]
型腔上下模的切削量最大，表面质量要求相对较高，选用的材料为40Cr。这种材料的出厂硬度大概为30～50HRC，韧性和延展性能佳同时切削性能良好，适应在数控铣床或加工中心加工。因为CR含量高可抗腐蚀具有不锈作用可以保证在大批量生产中塑件外表面的质量。
芯铁表面质量要求不高，选择45#钢即可，这种钢可加工性能很好。
对于导柱销、定位板、分模片等非型腔类的可选45#钢、B20H等材质，而根据本套模具的生产批量以及最低成本材料选用原则，选择45#钢。
3 模具制造[4]
模具的制造主要是针对上模型腔、下模型腔和芯铁的加工。模具设计完成后，以设计得到的模型为基础，进入PRO/E后处理模块进行数控编程。对于模具的大部分零件，均可以采用数控铣进行加工。一般可以完成所有零件的数控铣削要求。本模具的上、下模型腔，加工表面质量要求较高，可以采用数控铣完成粗加工，再使用高速铣或模具雕铣机进行高速铣削精加工，来达到加工要求。芯铁的表面质量要求不高，可直接采用数控铣完成全部加工即可。其中上模型腔的侧面精加工刀具轨迹如图8所示，图9为在PRO/E软件中仿真加工的效果。
4 结束语
传统的橡胶模具设计从模具分型到具体结构设计均完全依靠设计者的设计经验，对设计者的要求较高并且效率低下不易修改。采用PRO/E软件进行辅助设计，只需根据样件或产品图纸建立产品制件的三维模型，利用PRO/E软件的强大功能，就可以完成设计内容并且创建出来的模具与塑件产品参数相关[1]。这样模具设计变得快捷、容易、修改简单。利用PRO/E软件建立的模具三维模型，可以交互式地模拟演示材料按数控刀轨数据被去除的过程，可迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率[4]。
参考文献
[1]林清安.PRO/E综合资料.北京:电子工业出版社,2003(1).
[2]冯炳尧,韩泰荣等.模具设计与制造简明手册.上海:上海科学技术出版社,1985(6).
[3]邵术才.最新橡胶模具设计制造与应用工艺技术实用手册。银声音像出版社,2004.
Pro/E模具设计 篇11
[摘要]在Pro/E软件应用课程设计中引入基于工作过程导向的课程设计理论，从工作任务分析、行动领域归纳等方面对该课程进行重新设计，将设计成果应用于四个班级的教学实践，教学质量得到明显提高。
[关键词]Pro/E软件课程设计关键能力行动领域
Pro/Engineer软件(以下简称Pro/E软件)是美国参数技术公司(简称PTC公司)开发的一款CAD/CAM/CAE软件，目前被广泛应用于汽车、家电、摩托车、玩具、机械等行业，是从事产品设计、模具设计、结构设计、数控编程以及机械设计等专业方向的有力工具。从20世纪90年代末，Pro/E软件就已经被列为高职制造类专业的一门专业课程，不同的学校采用不同的课程名称。
一、Pro/E软件应用课程改革的必要性
目前，各职业院校的Pro/E软件应用课程的教学大纲、课程实施标准、教学方法与手段都各不相同，但教学方法主要为以下两种类型：
(一)传统教学法
对于Pro/E软件应用及相关课程，大部分的院校都是根据教材知识点顺序来进行教学大纲与课程标准的制定，在教学过程中采用传统教学法。所谓的传统教学法就是根据所选用的教材，按章按节授课，逐个知识点进行介绍，让学生逐步掌握所有知识点。这样的教学法首先受到所选用的教材的限制，如果教材选择不好，那么对于教学质量将产生很大的影响。但是目前Pro/E软件应用课程教材种类繁多，当中的大部分教材都不能够满足职业教育的要求。此外。在选择到一本合适的教材的前提下，采用传统教学法，根据调查获知大部分学生基本能够掌握每一个知识点，都能够按照教材步骤绘制出教材描述的相关图形。然而，给学生一个项目，学生却不知所措，无从下手，做实际项目的能力比较差。
(二)传统项目式教学法
传统项目式教学法就是将所有的Pro/E软件知识点的章节进行项目划分。例如拉伸特征的讲解作为一个单元，在单元中引入一到几个应用实例。在教学大纲编写上对比传统教学法基本变化不大，在课程实施标准中加入了项目。从教学效果来看，这样的教学法对比传统教学法要有所改进，在课堂中引入项目，让学生得到一定的锻炼，然而，在一些实践产品项目中，由于涉及的特征很多，学生很难找到突破点。
因此，有必要对Pro/E软件应用课程重新进行设计。在改革中，寻找一种科学的课程设计理论作为改革理论支撑是关键所在。2007年。姜大源教授引入德国职业教育理念，构建职业教育基于工作过程导向的课程体系设计理论。姜教授提出以工作过程系统化知识为中心的教学，这种教学完成的是工作任务分析——行动领域归纳——学习领域转换——学习情境设计这样一个过程。笔者以这种理论为基础重新设计Pro/E软件应用课程，下面进行详细的介绍。
二、Pro/E软件应用课程的改革与设计
(一)基于工作过程导向的课程分析
开设Pro/E软件应用课程的专业包括计算机辅助设计专业、模具设计与制造专业、数控技术专业、汽车装配专业。笔者针对课程内容的选取做了以下调研，并根据基于工作过程导向课程体系改革理论，进行有关Pro/E软件应用情况调研。调研Pro/E软件相关岗位及Pro/E软件常用的特征命令，调研26家企业，涵盖机械、玩具、汽车、模具这四个行业。调研结果整理后，Pro/E软件涉及的技术类岗位汇总(如表1所示)，Pro/E软件常用特征命令汇总(如表2所示)。
根据基于工作过程导向的课程设计理论，从工作任务分析开始，首先对企业进行调研及与企业人员交流，获得Pro/E软件相应工作岗位。由表1可知，在企业中涉及Pro／g软件的技术类岗位主要有产品设计师等5个岗位，同时归纳每个工作岗位对应的能力要求，获得行动领域，最后综合这5个岗位在Pro/E软件应用能力方面的要求；结合表2的Pro/E常用特征命令，受限于课时数以及岗位应用广泛性的原因，将钣金件与逆向工程、编程功能这三部分内容不安排在本课程内容中。最终总结出关于Pro/E软件应用课程基于工作过程的课程分析结果(如表3所示)，其中包括行动领域和学习领域。在这个基础上，进一步对学习情境进行设计。
(二)学习情境的设计
为了能够实现所有学习领域的内容，必须要针对每个学习领域进行学习情境的设计。首先。基于工作过程导向课程设计理论的学习情景设计需要遵循“横向3+1原则”。“横向3+1”原则指的是每一个学习情景都为一个完整的工作过程，各学习情境应该为同一范畴的事务，学习情境呈现平行、递进或包容关系，特定情况可设计部分公共学习情境。其次，学习情境设计的关键是载体的选择，载体选择的要求是被选择的载体对象必须具有可迁移性、可替代性和可操作性。
根据这样的思路，对Pro/E软件应用课程进行学习情景的设计，把握住载体的选择。笔者选择Pro/E软件的“内部模块”作为一级载体，“零件特征”作为二级载体(如表4所示)。通过这样的设计，所有的学习领域内容都涵盖在内，两级载体都具有可迁移性、可替代性和可操作性。实践表明，学生完成这18个学习情境学习后，85％以上的学生都能够进行中等复杂程度零件的绘制，因此，这两级载体属于是比较合理的载体。
(三)教学方法的选择
Pro/E软件应用课程通过课程改革后，根据设计的学习情境进行教学内容的组织以及项目的选择。笔者在每个学习情境中都引入两个项目，每个项目实施的过程都是完整的一个工作过程。例如含拉伸特征产品这个学习情境，包含两个项目，均是来自于企业提供的实际项目(如下图所示)。每个学习情境在加入项目之后，笔者采用项目教学法教学。项目教学法是职业教育实践中最典型的行动导向教学的组织形式之一，它充分体现了行动导向教学的真实性、完整性、协作性学习的原则。项目教学法融于真实的情景、完整的行动过程、协作与反思之中。实施项目教学法，学生有更多的机会动手实际操作。同时，接触的项目都是来自于企业，从另外一个角度来看学生将更加符合企业的要求，更有利于学生就业；学生在每一个学习情境中都是完成一项完整的工作，在学习过程中产生更大的兴趣，更有利于教师的教学。
(四)课程的考核
经过基于工作过程为导向的课程设计，Pro/E软件应用课程的考核办法也作了相应的调整，将关键能力考核引入到课程考核当中。关键能力就是那些与一定的专业实际技能不直接相关的知识、能力和技能，包括六项：踏实耐劳、文字表达能力、沟通能力、学习能力、团队合作能力以及解决问题能力。在课程考核办法上，笔者采取阶段性考核结合考试考核，阶段性考核就是对每个学习情境的项目完成情况进行考核，同时也对该学习情境的关键能力情况进行考核。笔者采用的考核表如表5所示。经过阶段性考核，教师对于每个班级的每个学生都有一个清晰的了解，根据学生不同的学习情况，在项目实施的过程中进行针对性的辅导。经过关键能力的考核，可以发现学生存在的非专业的问题，可以及时给予学生一些建议并督促其整改，对于加强学生的素质教育起到积极的作用。至于学生平时成绩的评定，教师将会给予学生一个客观的评价，而不是如以往那样以学生的考勤和作业成绩作为参考进行打分。因此。阶段性考核在人才素质培养方面具有很大的实用性。
(五)课程的实施
在上述基于工作过程导向的课程设计的基础上，Pro/E软件应用课程采用项目式教学法，笔者将该教学法应用于广东机电职业技术学院某年级四个班级的实际教学中，四个班级涵盖数控技术专业、计算机辅助设计专业与模具设计与制造专业。实践结果表明，从平时表现来看，这四个班级的学生Pro/E软件的实际操作能力比往届的学生有明显的提高，绘图思路很快就清晰，个人素质在阶段性考核中得到很大的提高。从期末考试成绩来看，与往届同样的试题，整体平均分比往届提高16分左右，可以说明在本课程学习情境选择的载体是正确的，基于工作过程导向的课程设计理论是符合职业教育的。
综上所述，笔者经过对Pro／E软件应用课程基于工作过程导向的课程设计探索，总结出Pro/E软件应用课程的行动领域、学习领域内容以及对学习情境进行设计，最终选择了Pro/E软件的内部模块作为主学习情境的一级载体，对于课程的考核方式进行了新的探索，将关键能力考核作为阶段性考核的一部分内容，总体上完成了关于Pro/E软件应用课程设计。通过在四个班级的教学实践，表明在新的教学理念以及新的考核方式指引下，课程的教学质量得到明显提高，在实践中证明基于工作过程导向的课程设计理念的确是符合当前职业教育课程设计方向的。
Pro/E模具设计 篇12
随着电脑在全世界范围内的普及, 越来越多的儿童接触并能熟练使用电脑, 近年来, 电脑己经逐渐成为许多儿童及青少年生活和学习中不可缺少的工具。鼠标作为电脑操作最常见的输入设备, 与其它工业产品一样, 不仅要满足功能要求, 还必须做到安全、舒适、使用方便、美观, 减少给使用者带来的伤害。儿童正处于生长发育的特殊阶段, 骨骼弹性强, 容易弯曲, 不符合儿童身体特点的鼠标造成的不良操作姿势, 将导致儿童的健康问题。“设计以人为本”, 对儿童产品的设计研究, 应该充分考虑儿童的本身因素, 探求他们的身体与心理发展需要, 不仅仅是“比成人小一号”[1]。因此, 为儿童设计更人性化的鼠标是非常有必要的。
2 儿童产品设计的原则
儿童产品从功能和形式而言, 是专为儿童设计生产的专用物品。功能是产品的决定性因素, 产品功能包括物理功能、生理功能、心理功能。满足产品的物理功能是设计的基本要求, 在此基础上, 产品的生理功能———使用的方便性、安全性、宜人性均是“以人为本”设计思想的体现, 也是产品设计的重要评价标准。产品的方便性与宜人性就是产品与用户在尺寸、形状及使用中用力姿势是否合理配合、是否舒适与方便;产品的安全性就是产品是否防止了用户操作时造成意外伤害和错用时产生的危险[2]。心理功能则要从外形、色彩、质感等方面满足用户的精神需求。
儿童用品的设计中更加强调“以人为本”的人机工程学的理念。人机工程学研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系, 以人为目标对象, 强调人的需求, 把使用产品的“人”作为产品设计的出发点, 要求产品的外形、色彩、性能等, 都要围绕人的生理、心理特点来设计[3]。
人机工程学的研究提供了大量科学可靠的儿童身体结构、生理特点和心理特征等数据, 这些数据可作为儿童产品设计的重要参考资源。设计人员结合先进的计算机辅助技术和创新的设计方法, 从儿童生理特点及心理特点着手, 设计符合儿童需求的产品, 在产品功能和形式上体现易用性、安全性、趣味性。
3 儿童鼠标设计的基本方法
人机工程学在本质上就是使用户在使用产品的过程中尽量保持人体的自然放松状态, 避免出现过多的强迫体位, 从而降低长时间使用时身心的疲劳程度, 最大限度地避免用户的健康伤害并提高用户的工作效率。对于手掌来说, 其最自然的形态就是半握拳状态。而鼠标的造型设计, 实际上就是要尽量贴合这个形态[4]。同时, 从儿童心理特点出发, 将鼠标简单枯燥的外形加以变化, 把一些符合儿童喜好的卡通形象加入到儿童鼠标的设计当中。
儿童鼠标设计基本过程如下: (1) 研究儿童的手型, 收集整理相关数据:从人机工程学数据库查找儿童身体数据, 结合市场调研, 并进行数据的科学统计分析。 (2) 以儿童手部的生理结构为基础, 结合人体工程学, 构建鼠标外形曲面, 完成儿童鼠标造型设计。 (3) 根据鼠标的使用功能、制造要求, 将整体造型拆分为各组成零件。 (4) 产品零件的结构细化设计。 (5) 将各零件组装成整体, 完成产品设计。
4 三维造型创新设计的实现
随着计算机软、硬件技术的飞速发展, 三维CAD软件在产品设计与制造领域的应用越来越广泛, Pro/E软件具备基于特征、全参数化、统一数据库的建模造型功能, 并且具有精确的模型分析功能, 可以进行如干涉检查、重心计算、质量计算及运动分析仿真, 方便地实现产品多目标优化设计。
对于电子产品中有复杂曲面外形要求的如手机、玩具、鼠标等的结构设计, 为保证各零件间配合质量及外形效果, 通常采用自顶向下设计模式, 通过产品关键数据信息的共享与传递, 保证各零件之间配合面一致, 达到产品精度要求。自顶向下设计首先考虑产品的整体功能和外观需求, 然后再从结构方面进行细化, 符合产品开发从抽象到具体的思维过程。
Pro/E软件系统有多种实现自顶向下设计的方法, 主要有骨架模型、数据共享和布局。其中, 骨架模型和布局主要用来控制组件整体结构, 当组件涉及多个零件的相对位置或需要对整个组件进行布局规划时, 则可通过骨架模型和布局控制整体产品结构, 驱动产品各零件自动装配及更新装配, 使产品设计者能着眼于整体结构的规划与更新。而数据共享可以从组件向零件或在零件间传递实体、曲面、基准等设计参数信息, 是自顶向下设计中的重要方法。Pro/E中提供的数据共享工具主要有收缩包络、合并/继承、发布几何和复制几何、注释元素等, 其中合并/继承是Pro/E中实现数据共享的常用工具。
儿童鼠标创新设计应用Pro/E软件作为主要设计工具, 具体方法如下:
(1) 根据儿童手型数据, 确定鼠标的关键曲线、基本尺寸。6岁~14岁儿童手型数据如图1所示。儿童鼠标的长度大约从89.7~104.7mn;宽度约从49.8~56.4mm。
(2) 以儿童手型数据为参照, 构建鼠标关键轮廓曲线, 如图2。
为了符合不同年龄段的儿童手型, 将鼠标轮廓曲线设计参数化, 设置长、宽、高三个方向上的控制参数, 实现系列化参数设计。Pro/E软件的族表 (Family Table) 功能非常适合用来创建形状相似、规格尺寸稍有不同的模型族。将不同年龄段的儿童手型曲线尺寸数据输入参数表, 即可根据需要选择不同手型曲线数据, 方便迅速地生成不同尺寸的系列鼠标三维模型。具体方法为:在构建一组基本手型轮廓曲线后, 选取主菜单【工具】→【族表】, 在弹出的族表定义窗口中, 选取添加表行/列命令, 依次将不同年龄段对应的轮廓曲线数据输入 (如图3) 。
(3) 以轮廓曲线构建鼠标造型曲面。鼠标宜人化设计的关键是使用户操作鼠标的过程中, 手与鼠标的接触面处于自然舒展的状态, 鼠标的边缘形态以弧线为主, 在鼠标外形的设计上应该增强趣味性, 增加卡通形象设计元素。造型过程中使用样条曲线、扫描混合、边界曲面、曲面合并等三维建模命令, 如图4。
(4) 根据功能、装配要求, 构建零件分解曲线、曲面, 如图5。
(5) 应用Pro/E软件中“合并/继承”的数据共享方法, 将鼠标整体模型分解成左右按键、上盖、下盖。
(6) 各零件的细节设计, 如上下盖配合端面、装配定位孔柱等。
对模型进行组装及色彩渲染, 儿童鼠标最终造型效果如图6。
由于鼠标整体造型是相近的, 因各年龄段儿童手型尺寸稍有不同, 在上述儿童鼠标的设计中, 关键在于产品整体造型建模时, 构建符合儿童自然状态手型的曲面, 而曲面由手型曲线控制。通过设置手型曲线参数族表, 只需以一组参数构建鼠标三维模型, 然后在零件族表中选择不同参数值系列, 即能获得不同尺寸的系列整体模型。采用自顶向下设计方法, 使设计变更通过三维模型传递到产品的各个零部件, 实现鼠标系列化、参数化的设计。
零件的详细设计中, 对于零件间的某些相互配合的结构, 例如各零件的装配端面、定位孔支撑柱, 相关配合尺寸需一致, 可以将零件装配为组件后在组件环境中完成, 这样可以复制、参照配合零件的几何形状、基准特征等信息, 建立装配参考关系。
5 结语
产品设计是以“人”为中心实施的, 人性化产品设计可以增强产品的使用功能。随着新型材料的开发应用, 计算机辅助设计和加工技术的发展, 基于人机工程的创新设计极大地提高了设计质量和效率, 使产品更具有使用性和人性化, 满足多样化用户需求, 能有效地提升产品的市场竞争力。
参考文献
[1]王白鸽, 刘子建.关于儿童产品设计的探讨[J].机电产品开发与创新, 2009 (1) :40-42.
[2]杨君顺, 金海明.基于人机工程的虚拟产品设计[J].机械设计与制造, 2005 (9) :7-8.
[3]王翔晶.浅谈儿童用品设计中的人机工学[J].湖北广播电视大学学报, 2010 (2) :76-77.