Pro/E编程（共8篇）
Pro/E编程 篇1
0 引言
目前对于复杂模型数控加工程序的编写, 只依靠手工来完成相当麻烦, 不仅容易出错, 而且不便于修改, 但现在产品的形状越来越多样化, 而且对加工也提出了更高的要求。Pro/E软件是以统一的数据库管理整个系统, 数据库将整个设计至生产过程集成在一起, 数控编程应用Pro/E软件进行, 既可以避免了在加工中对产品的重复设计可能产生的错误, 又不必在加工过程对产品进行二次建模, 数据提取可靠, 使用方便。
1 PRO/E进行数控编程的方法
PRO/E软件不仅可以生成数控加工程序, 还可以在计算机上动态的显示零件的加工轨迹图。使用PRO/E生成数控加工程序的工作过程是:先用它的CAD模块的图形编辑功能, 绘制出零件的几何图形形成图形文件, 然后用数控编程模块对刀具轨迹进行处理, 从而设置机床类型、坐标和刀具类型等。整个过程中对零件加工轨迹上的每个节点的计算和数学处理, 都是由计算机完成, 在此基础上刀位数据文件由计算机生成, 然后再对刀位数据文件进行后处理, 就可以自动生成数控加工程序了。由此看见, 在加工设备固定的条件下, 对于工作人员来说, 使用PRO/E进行数控加工的关键问题就是:如何选择刀具和怎么确定切削用量。
1.1 选择刀具和刀具排顺
1.1.1 选择刀具
在PRO/E的NC模块中, 可以在"刀具设定"窗口中的"普通"选项卡中设置刀具的类型、几何参数及材料等。在选择刀具及刀柄时, 工作人员应根据当前机床的加工能力、切削用量、加工工序等因素来确定。在刀具选择的时候应遵循的总原则是:刀具要安装调整方便, 刀具本身刚性好、精度高并且不易磨损。同时为提高刀具的刚性, 刀具选择时还要遵循由大到小的原则。关于刀柄的选择, 在加工要求满足的条件下, 我们应尽量选择短的刀柄。
在实际加工零件时, 选择刀具可以参考下面几个方面:对于凸形表面的工件, 粗加工时, 选择圆角立铣刀或平端立铣刀, 在精加工时, 因为平端立铣刀的几何条件没有圆角铣刀好, 所以选择圆角立铣刀;对于凹形表面的工件, 选择球头刀对其进行半精加工和精加工, 而在对其进行粗加工时, 因为球头刀切削条件较差, 所以选择平端立铣刀或圆角立铣刀;选用锥度铣刀对带脱模斜度的侧面进行加工, 尽管通过插值采用平端立铣刀也可以加工, 但会因为加大刀具的磨损而影响加工的精度, 同时会因为加工路径变长而降低加工效率……总之, 在实际加工中, 刀具的选择不仅要遵循原则, 还要根据加工工件的实际情况做相应的选择。
在实际加工生产中, 工作人员铣削平面时常常会选用硬质合金刀片铣刀:采用立铣刀对平面零件周边轮廓进行加工;选用高速钢立铣刀加工凸台、凹槽;会选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀粗加工孔或加工毛坯表面。工作人员常会采用球头刀具对曲面进行精加工, 因为球头刀具可以保证加工精度, 由于球头刀具的端部切削速度等于零, 可以使切削行距取得很密。但是球头刀具与平头刀具相比, 球头刀在切削效率以及对工件的表面加工质量都要比平头刀具差一些, 所以, 加工工件的时候, 在保证不过切的情况下, 平头刀是工作人员的优先选择。
好的刀具价格自然要贵一些, 但是好刀具的精度和耐用度很好, 虽然好的刀具在价格上增加了成本, 但是好的刀具会大大的提高加工效率以及加工质量, 从而又降低整个加工成本, 因而孰重孰轻需要我们工作人员自己衡量。
1.1.2 刀具排序
为了提高数控加工的效率, 工作人员还需合理的安排刀序。在大多数数控加工中, 需要人工对刀具进行测量、刃磨和更换, 因而会占用较长辅助时间, 从而降低工作效率。刀具排序应注意一下几点:满足加工前提下, 尽量减少刀具数量;先铣后钻;分开使用精、粗加工的刀具;装夹一把刀具后, 这把刀具要完成其所能加工的所有部位;先精加工曲面, 后精加工二维轮廓;能利用自动换刀的尽量使用自动换刀。
1.2 确定切削用量
工作人员可以在Pro/NC主菜单【制造参数】的下拉菜单【设置】的子菜单中设置切削用量, 将之前在计算机上拟定的工艺参数的值设置输入对应的菜单选项中即可。切削用量设置时注意以下几点:在粗加工时, 提高生产率主要考虑的因素, 加工成本也应该同时考虑。在精加工和半精加工时, 首先要考虑的是加工质量, 其次是加工成本以及切削效率。
加工参数的具体数值应结合实际操作经验, 并根据切削用量手册、机床说明书来确定, 在Pro/NC中有类型丰富参数设置功能。在设置加工参数时, 会有很多选项需要设置, 要想准确的对加工参数进行设置, 工作人员必须充分理解这些参数的确切含义。例如:对于进给速度v F参数值的选择, 因为进给速度与零件的加工精度、刀具、工件表面粗糙度等因素有关, 比如当对粗糙度要求高时, 选择进给速度v F的值就需要小些。因此我们在设置该参数的时候要全面考虑。又如:关于加工余量的设置, 当X、Y、Z方向的加工余量一致的时候, 可以通过选项“PROF_STOCK_ALLOW”完成。但是如果加工余量在X、Y、Z方向上不一致, 那就不能设置此项, 此时我们可以在“允许的未加工毛坯”和“允许的底部线框”这两个选项中进行设置;如果要设置粗加工的加工余量, 我们可以在“允许的未加工毛坯”这个选项中设置, 用该项的设置我们可以同时指定X、Y两个方向的值, 当加工余量在X、Y两个方向和z方向的值不同时, 我们就要对此项进行设置。
要保证零件的加工指令准确和加工效率, 关键的问题是刀具和切削用量的合理选择, 如何选择刀具和确定切削用量, 是每个工作人员必须考虑的问题, 只有处理好这些, 才能使数控机床高效率、高精度地完成零件的加工。
2 PRO/E进行数控编程的技巧
2.1 工作目录的设置
对于工作人员来说, Pro/E的工作目录的设置虽然很简单, 但是很重要的。设置工作目录的方法是:启动Pro/E后, 在主菜单【文件】下拉菜单中点击【工作目录】命令, 在弹出的窗口中设置文件的保存路径即可。值得注意的是, 在选择工作目录的路径中不要出现中文名。由于Pro/E的缺省启动路径是在它的安装目录下的BIN文件夹中, 在该文件夹中存储着Pro/E最重要的各种命令, 如果开始工作时不设置工作目录, 当我们保存文件的时候, Pro/E会直接把生成的各种文件直接保存到BIN文件夹中, 这样会给之后的文件的管理工作带来很多困扰。
2.2 Config文件的正确应用
配置文件是PROE的一大特色, 掌握各种配置文件的使用不仅可以提高工作效率, 减少不必要的麻烦, 还有利于标准化、团队合作等。Config.pro文件是Pro/E的系统配置文件, 该配置文件非常重要, 进行产品设计过程中我们需要用到Config.pro文件, 在加工编程的时候我们也需要用到。因而, 正确使用Config.pro文件, 是我们每一个编程工作人员应该掌握的技能, 这样才会更加便于之后工作的展开。
2.3 工件坐标系选择技巧
在实际加工中, 工作人员需要选择数控程序原点, 一般情况下都会选择工件上的某一点, 并以该点为原点建立一个工件坐标系, 实际加工时的工件坐标系就是Pro/E进行程序设计时的坐标系。工作人员在进行工件找正和数控编程的时候, 合理的确定工件坐标系非常重要。程序原点应尽量选在零件的工艺基准和设计基准上, 这样可以提高零件加工精度。在选择程序原点时候, 工作人员可以参考以下几点:1)
程序原点在机床上应该容易找正;2) 程序原点所引起的加工误差小;3) 编程方便, 对刀误差小;4) 方便加工时检查。如:为了容易找到交线的位置, 程序原点可以选在互相垂直平面的交线上;对于以孔定位的工件, 程序原点就可以选择孔的中心。
总之, 在Pro/E中进行数控编程的时候, 工作人员除了熟悉Pro/E数控加工的工作流程以外, 一定要注意刀具的选择和排序原则, 切削用量的设置方法, 还需要注意一些技巧, 切不可因为一个小小的疏忽而造成不必要的经济损失。
参考文献
[1]王忠.浅析Pro/E数控加工中的参数设置[J].海南广播电视大学学报, 2008.
[2]丁晖.数控机床刀具的选用与编程[J].中国新技术新产品, 2009.
[3]何志昌.浅谈数控刀具与切削用量[J].大众科技, 2010.
[4]林智斌.数控加工中的刀具选择和切削用量确定[J].黑龙江科技信息, 2012.
Pro/E编程 篇2
为适应大型和超大规格重型筒体零件的加工，某落地车铣床的花盘直径达到5m，装夹能力为150t。相比于老式C6030落地车，新车床花盘规格超前。如果简单放大现有C6030落地车花盘尺寸来设计新车床花盘则可能：1.安全系数不足；2.花盘重量很重，制造成本与运行成本高。因此有必要对花盘进行优化设计。
二、设计准备
2.1花盘工作参数：
花盘传递最大扭矩：160kN·m；
最大工件重量：150t；
2.2参照现有花盘结构，设计草图，图略。
2.3.花盘力学模型分析：
Fy—花盘装配上、左、右卡爪处销孔所承受的压力，由夹紧力产生，方向为花盘径向；
Fy1—花盘上装配下卡爪处销孔所承受的压力，由夹紧力及工件重力产生，方向为花盘径向；
Fj—卡爪或延长板对花盘的压力，由螺栓预紧力产生，方向垂直于花盘；
Fh—花盘上装配卡爪处连接螺栓预紧力，其值大小为操作工人随机拧紧，作用与花盘T型槽表面，方向垂直于花盘；
Fm—花盘装配卡爪处销孔所承受的压力，由花盘传递的扭矩产生，方向符合右手定则；
G—工件重量。
Flf—花盘上装配左卡爪处销孔所承受的总压力，即克服部分工件重力的夹紧摩擦力产生的压力与花盘传递扭矩产生压力之合，方向在花盘平面内向下；
Frf—花盘上装配右卡爪处销孔所承受的总压力，即克服部分工件重力的夹紧摩擦力产生的压力与花盘传递扭矩产生压力之合，方向在花盘平面内向下；
Ft—托轮托力。
2.4力学计算
工件重力：G=150000kg/2*9.8N/kg=735000N
卡爪夹紧力作用于销孔的压力：Fy
车床工作时，保证工件转动不打滑，则卡爪夹紧摩擦力>=花盘扭矩，即
Mmax=4Fy*f*R即160000Nm=4Fy*0.15*6.5m/2
其中f为摩擦系数，f=0.15
由上式可得：Fy=82051.3N
克服部分工件重力的两边卡爪夹紧摩擦力作用于销孔的压力：
2Fy*f=0.15*2*82051.3N=24615.4N
当工件处于图示位置时，花盘装配下卡爪处销孔所承受的总压力最大，则
Fy1=G+Fy-2f=735000N+82051.3N-24615.4N=792435.9N
圆整为： Fy1=792500N
花盘传递扭矩作用于销孔的压力：Fm
4*Fm*L1= Mmax即4*Fm*2.05m=160000Nm
其中L1为卡爪销孔对花盘回转中心的距离：L1=2.05m
解得：Fm=19512 N，方向符合右手定则
花盘装配上下卡爪处销孔在Fm方向仅受Fm力；
花盘装配左边卡爪处销孔在Fm方向受Fm力外还受摩擦力f，两者方向相反，因此其合力有：Flf=Fm-f=19512N-24616/2N= 7204N 即其方向向下。
同理：花盘装配右边卡爪处销孔在Fm方向受Fm力外还受摩擦力f，两者方向相同，因此其合力有：Frf=Fm+f=19512N+ 24616/2N=31820N 方向向下。
螺栓预紧力： Fh
在此处暂定为：Fh =100000N。
卡爪或延长板对花盘的压力：Fj
卡爪或延长板对花盘的压力平衡于螺栓预紧力Fh，从而有：Fh=Fj 即Fj =100000N。 方向与螺栓预紧力相反。
在花盘与主轴连接中，主要由销传递扭矩，令花盘销孔受到压力为F，得：
4*F*L4= Mmax即 4*F*0.42m=160000Nm
其中L4为销到花盘回转中心的力臂：L4=0.42m
解上式得： F=95240N 方向符合右手定则，并与Fm相反。
托轮托力：Ft 由托轮计算得Ft=193000N。
2.5在此力学模型中，未考虑花盘与主轴以及传动齿轮的连接。
三、静态应力应变分析
3.1建立静态应力应变分析任务
利用ProE实体建模，进入Pro/Mechanica模块，约束花盘与主轴装配的孔面，按上面建立的力学模型加载各力，建立静态应力应变分析任务，Pro/E自动进行CAE分析。
3.2分析结果
花盘最大应力为 σmax=109MPa 位于销孔处。
花盘最大变形为 Δlmax=0.38 mm 位于花盘最下方托轮接触处。
选定花盘材料为QT500-7A，其力学参数：σb>=420 MPa
在本设计中取花盘的安全系数为S=3，则：σmax<σb/3=140 MPa
因此花盘可以达到需要强度，并有足够的安全系数，可以满足使用要求。
四、花盘优化设计
以上述应力应变静态分析为基础，对花盘进行优化设计分析
4.1设置优化设计参数：
将花盘主要尺寸设置为设计参数，以现有结构尺寸为中间值，在不引起干涉及过切的情况下，设置各个设计参数的优化范围值为上下浮动30%
4.2灵敏度分析
建立灵敏度分析任务，由分析可得：花盘尺寸中，T型槽及销孔尺寸对花盘应力影响较大，其余尺寸影响很小。据此筛选出T型槽及销孔尺寸作为主要的优化参数。
4.3优化设计分析
在灵敏度分析的基础上建立优化分析任务，确定花盘的优化目标：
1.花盘应力： Max-Strees-Vm（σmax ）< 140MPa=σb/S
2.花盘变形： Max-Disp-Mag（Δl max）< 0.5mm
3.花盘重量最小：Total-Mass=Minimize
由灵敏度分析可知应以T型槽及销孔尺寸作为减小花盘应力应变的主要优化参数，但要使花盘重量最小，则应将花盘的各主要尺寸都考虑进来。
运行优化分析任务，Pro/E自动插值迭代运算，输出优化后模型，进而建立工程图。
五、优化设计结果
以产品的花盘测绘尺寸来验证本优化设计，二者大部分尺寸比较吻合，证明了本设计的有效性。通过优化设计得到的花盘具有足够的安全系数，能够满足强度及变形的要求，同时重量减为最轻，其优越性为：
1.重量比优化前减少2吨，降低了材料成本；
2.因花盘重量减轻可以减小车床的电机功率，降低了运行成本；
3.因花盘重量减轻可以减小车床主轴扰曲变形，从而提高车床的加工精度；
4.花盘结构更符合铸造工艺性。
Pro/E编程 篇3
取暖器反射壳曲面是经抛物线(图1)绕中心轴旋转而得来的,根据实体所测得的数据,利用解析方程将抛物线方程求出。计算方法如下:
根据解析几何知识设抛物线方程为:y2=2px (1)
小圆取值: x=a, y=54 (2)
大圆取值: x=a+80, y=190 (3)
焦点: p/2=95+a (4)
将式(2)和式(3)代入式(1)得:p=207.4; a=7.03;
将P代入式(4)得:p=204.1。
实际中,光源体并非是点光源而是面光源,计算存在误差,但可以满足工程要求。
抛物线方程为:y2=415x。
在设计取暖器反射壳时要求从焦点处发射出的热量经抛物面后平行射出,这就要求取暖器反射壳的抛物面设计时热量平行射出,避免某一部分热量过大而引起事故。
取暖器反射壳采用薄壁纯铝材料通过冲压模加工成形,加工过程涉及到模具设计及制造的许多技术。为了使加工中心这一高效自动化机床更好地发挥效益,采用用户宏程序编程对工件的模具进行加工,用户宏程序是提高数控性能的有效途径。
2Pro/E参数化设计特性及三维参数化零件库的建立
a) Pro/E的发展状况:Pro/E是美国参数技术公司开发的一项三维设计软件,是当前设计软件中的主流产品,涉及机械、汽车和建筑等多个行业。Pro/E这种三维参数化设计软件最大的优点是检验零件设计尺寸,检验装配件的干涉,保持不同空间尺寸修改的一致性,将设计失误消灭在设计阶段。Pro/E软件的使用为企业的科学管理、高效设计和生产提供一种可靠的平台保证。
b) Pro/ E参数化设计的特性:
1) 3D实体模型设计:Pro/E可以将设计人员的设计意图以比例1∶1的真实模型在计算机上显现出来,并且随时计算出产品的体积、面积、质心、质量等,了解产品的真实性。
2) 单一数据库:Pro/E是建立在统一基础上的数据库,不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。单一数据库就是设计中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。二维工程图有所改变,NC(数控)工具路径也会自动更新。组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合,使一件产品的设计结合起来。这种特征保证设计者在设计时进行尺寸变更的前后一致性,避免了人为改图的疏漏情况,节约了人为改图的时间,降低了人力消耗。
3) 参数化设计:Pro/E作为一种全参数化的计算机辅助设计系统,拥有许多独特的特点,其中参数化设计思想直接挑战传统模型设计思想,尺寸驱动是参数化设计的重要特点。所谓尺寸驱动就是以模型的尺寸来决定模型的形状,一个模型由一组可变的尺寸进行定义。设计者修改尺寸参数后,经过再生处理即可获得新的模型形状,直观快捷。Pro/E是采用参数化设计、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,设计人员可以随意勾画草图,只要求外形相似,也就是特征点的相对位置画得正确,随后对草图加上必要的特征约束,就可轻易改变模型。
c) 三维参数化零件库的建立:首先分析零件库的结构。零件库中的主要对象是零件的模型,而零件的模型可以用零件代号、零件名称、零件材料、零件装配属性、零件单台数量、零件工程图和零件三维模型等特征来描述。许多的相似零件模型组合起来可以构成一个特定的库,而许多零件库组合起来就可以构成整个零件库。每个零件库又可以通过零件库的名称进行索引,从而形成一个层次分明的零件库管理系统(图2)。
Pro/E为用户提供了多种建立零件库的方法,主要有:1)针对零件所建立的part文件,建立表达式,使用时对其表达式进行修改;2)针对零件所建立的part文件,建立电子表格,将所有设计参数添加到电子表格中,通过改变设计参数的值,即可创建新的零件;3)通过Pro/E给用户提供的Pro/TOOLKIT接口,调用大量的Pro/E造型函数,针对某一零件进行编程,设计时直接执行该程序,在界面中输入各个设计参数的值,自动调用Pro/E二次开发程序生成同一类型的新零件;4)利用Pro/E模块建立零件库。
3 基于宏程序的抛物线曲面加工程序
当前我国所使用的数控机床中,多数数控车床只具有直线插补、圆弧插补功能,在一般的编程中只描述一个几何形状,对于复杂的非圆曲线如回转抛物线曲面的轮廓零件,如果采用手工编程,由于节点计算量太大而无法实现。采用CAM软件可以完成自动编程,但首先要完成三维实体造型的设计,才能生成刀具轨迹,经过后置处理方可生成加工指令代码,生成的加工程序往往很大,又缺乏灵活性和通用性。如何使加工中心这种高效自动化机床更好的发挥效益,其关键性工作之一就是开发和提高数控性能。设计利用用户宏程序是提高数控性能的有效途径。
对回转抛物线曲面的几何特性进行了研究分析,根据抛物线曲面的几何形状特点,在保证表面加工品质的前提下,应用等间距法进行逼近计算,利用FANUC0i-TA数控系统的宏程序功能并结合G73, G70循环指令,编制出具有通用性、适用性且应用简单的回转抛物线曲面的粗、精加工宏程序。
3.1 抛物面的几何分析研究
从图1中看出,应用等间距法进行逼近计算,若以x为自变量,当x值较小时,y值增加缓慢。随着x值增加,y值增幅较快。用直线逼近曲线时,逼近直线长短变化较大,逼近曲面不光滑。用直线逼近法加工工件时,单独以某一个方向作为自变量时,都将导致表面粗糙度相差较大。为了改变这一现象,取导数,令切线斜率为1,将这一点确定为分界点,分界点以右用y为自变量,分界点以左x为自变量。其分界点坐标值的求得方法:
对方程y2=2px求导得:x′=2y/2p=1。
从图1可以推导出,p=102,则分界点的坐标为(60,160)。
3.2 回转抛物线曲面加工宏程序设计研究思路
由于数控车床功能所限,无法用常规的数控编程完成回转抛物线曲面的加工,自动编程又缺乏其灵活性,为此借助于FANUC系统的宏程序,通过条件转移、判断、比较等功能,结合循环指令编制出具有循环特点的,且完成粗精加工的回转抛物线曲面形状零件的通用程序。
如图3所示,首先对G73循环语句参数赋值,利用条件转移功能比较循环次数比较,其间对宏程序参数赋值,先以x为自变量,进行加工切削,再以z为自变量加工切削。经过一系列的计算,自变量赋值,条件判别,功能转移完成回转抛物曲面的粗加工过程。最后利用G70循环指令完成精加工步骤。这种编程思路的特点,借助于G73, G70循环指令,只需对抛物线曲面有关参数进行赋值,即可实现对抛物线曲面形状工件的粗、精加工,具有对回转抛物线曲面工件加工的通用性和灵活性,程序结构简单。
3.3 程序编制及应用
如图1所示,以图中所给数据为例,计算出A点(60,160)为抛物线曲面的分界点,B点(87,190)为曲面的终点。
根据编程思路,将A点的x值赋予#6,#24、#26为抛物曲线的终点坐标值。
现以FANUC0i-TA系统为例程序编制如下:(机床型号:LC-20)
上述程序利用了FANCU0i-TA数控系统的宏程序功能特性,结合G73, G70循环指令,用户只需对回转抛物线曲面有关参数进行赋值,即可实现对抛物线曲面形状工件的粗、精加工,并且保证了表面加工品质。该程序具有对回转抛物线曲面工件加工的通用性和灵活性,程序结构简单、实用。
4 结论
该设计涉及参数化设计、模具设计以及宏程序的自动编程。参数化设计是将模型所有尺寸定义为参数形式,当修改参数的数值时,系统在保持模型拓扑关系不变的情况下,几何大小和相对比例将随着参数的修改而变化。尺寸之间的驱动关系是参数化设计中的显著特征。在对零件的成形工艺进行确定时,其过程是有一定难度的,首先应对所需加工的零件的材料进行分析,了解其特性,以便在加工过程中更好的成形。其次确定其成形工艺并确定所采取的模具类型。确定了成形工艺以及模具类型之后,对相关数据进行计算以确定模具各个部件的尺寸,为零件图的绘制做好铺垫。模具绘制完成之后应对模具的加工生成进行编程,程序的编制可先通过三维图形的绘制,再由程序的自动生成加工模具,但是这样需要先绘制出三维图形。综合考虑之后采用宏程序对凸凹模的加工进行编程,并在加工中心上实现对模具的加工,既提高了加工中心的利用率,也大大提高了生产效率。该设计对抛物线形旋转体的加工具有通用性,为类似的零件加工提供了一个有效的参考途径。
摘要：取暖器采用Pro/E参数化系统进行设计,可以修改某一单独特征的参数值,使其他与之存在依存关系的特征随之变更,以保持整体的设计意图。同时采用倒装式复合模具对取暖器反射壳进行加工,在压力机一次行程内完成落料、冲孔、拉深等数道工序,而冲压毛坯无需进给,由于不受送料误差的影响,因而内外形相对位置及零件尺寸的一致性非常好,制件精度高、表面品质好,适宜薄壁件的冲制。该设计的程序编制部分采用了用户宏程序进行解决,使高效自动化机床更好地发挥效益,提高了数控性能。
关键词：参数化设计,模具设计,宏程序,编程
参考文献
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Pro/E课程改革实践 篇4
一、以实践为导向, 突出可操作性
传统教学法中, 教师按照教材章节顺序授课, 逐个介绍知识点。在教学实际中发现, 传统教学法教出的学生, 虽然能基本掌握每一个知识点, 也能独立绘制出练习中的相关图形, 但在面对具体实际零件图的绘制时, 却往往不知道从何入手, 教学效果与“会操作、能实践、掌握零件建模技巧、培养独立解决问题的能力”的预期存在较大差距。针对这些问题, 我们引入一种新的教学方法——案例教学法。
案例教学法, 是指在教学过程实施中, 教师以真实的产品设计流程情景为题材, 提供给学生相互讨论, 制定方案, 以完成项目为引子, 激发学生的学习热情, 鼓励其主动参与学习活动的一种教学方法。其流程一般分为三个步骤。 (1) 以实例激发学生的兴趣:课前布置训练题目, 要求学生自己动手通过查阅参考书及相关资料完成课前知识的准备。 (2) 以实例说原理:授课过程中, 通过“头脑风暴”的方式, 组织学生相互讨论和辩论等方式, 使学生全身心投入到教学活动中, 激发学生学习的主动性, 在教师的引领下让学生主动学习新知识, 进而完成项目。 (3) 以实例作为指导:通过对案例进行分析和总结, 使学生能够将知识点融会贯通, 提高学生自主分析问题、解决问题的能力。
例如“扫描特征”一课, 案例教学法的步骤如下: (1) 在课前将水杯手柄模型工程图布置给学生。教师把校图书馆及网络资源上的相关资料提供给学生, 供学生参考查阅, 思考解决方案。 (2) 课堂上先由学生相互讨论, 在讨论过程中, 教师引导学生对案例进行剖析, 明确案例所涉及到的相关知识, 哪些是已经掌握的, 哪些是此项目急需, 但现在还不会的, 通过讨论和分析, 明确此项目所需的知识点:扫描特征创建。明确知识要求后, 帮助学生掌握扫描特征的概念及方法要领, 让学生在教师提供答疑的前提下自行完成项目, 在此答疑中教师应注意引导学生把新旧知识串联起来, 进而完善知识体系的框架。 (3) 由教师带领学生对完成项目的整个过程进行回顾和总结, 帮助学生巩固扫描特征的操作方法及实战技巧。
案例教学法把学生作为教学实施过程中的学习主体, 打破传统以教师讲授为主的教学方式。学生通过自己动手实操, 将课堂上所学知识点灵活运用, 对提升学生的自主学习能力、实践动手能力和团队协作能力效果显著, 真正达到了“懂原理、会应用、提素质”的目标。
二、以必需、够用、难易得当为原则, 优选合适教材
在教材的选择中, 以“必需、够用、难易得当”为主要原则, 应在关注理论知识与操作技能相符度的基础上, 放眼于市场对专业人才的需求。Pro/E这样的建模软件具有很强的专业性, 针对学生在初次学习遇到的困难甚至畏学情绪, 尽量选择通俗易懂, 实例较多, 针对性强的教材, 知识方面以够用为准, 紧密结合专业知识, 优选教学经验丰富且实践功底扎实的教师编写的教材。在学生具有一定理论基础后, 推荐一些由业内资深人士编写的书籍来拓宽学生的视野。
三、教学手段与时俱进
为了获得理想的教学效果, 必须对教学手段进行不断的革新。在这门课的教学上, 我们采用了多种教学手段。 (1) 深入企业调研, 掌握市场对人才和技能的需求, 把握潮流脉搏, 以此确定教学重点。 (2) 充分利用CAD/CAM实验室, 以多媒体为媒介, 在教学中将更多的知识传递给学生, 不再以照本宣科, 满堂灌的传统方式来组织教学, 而是更加倾向于重点问题的分析、消化和解决。在教师的督导下定期开放CAD/CAM实验室, 为学生提供免费的学习场所。在减少学时却不减效果的前提下, 充分利用这些资源, 不断提高学生的自学能力。 (3) 举办技能比赛, 激发学生兴趣。鼓励学生开展软件兴趣小组活动, 要广泛发动学生积极参加全国三维建模大赛。以“创意、创新、创造”为核心, 突出三维技术对创新实践的支撑及推进作用, 引导参赛学生针对应用领域的需求, 积极开展实用领域创新, 解决市场需求或产品研发中的关键技术难题。通过技能比赛我们既能清楚认识到与兄弟院校间的差距, 有针对性地改进我们的教学, 又能建立学生在学习技能方面的成就感和自信心, 锻炼学生心理素质。 (4) 加强与企业及用人单位的联系, 在相互促进的前提下, 建立长效合作机制, 探索产学研结合的人才培养模式。加强经验交流, 任课教师主动深入企业, 或者将工程技术人员请进校园。学校需要提供必要的资金, 支持校内外实训基地的建设, 积极探索校企合作共建模式。
四、结束语
依托案例教学法对教材、教学方法及教学手段都进行了革新, 相对于传统教学法有明显的先进性。
参考文献
[1]和青芳, 周四新.Pro/ENGINEER Wildfire4.0基础设计实例精讲[M].北京:机械工业出版社, 2009.
浅谈中职Pro/E课程教学 篇5
2009年11月, 教育部职业教育与成人教育司和美国参数技术软件有限公司 (简称PTC公司) 联合推出了面向中职学校的教育部—PTC校园计划。该计划旨在为各职业院校提供高质量的培训服务, 培养学生的职业能力, 提高职业学校学生应用Pro/E软件的能力, 推动职业学校在相关专业领域的教学改革和发展。该合作项目的实施对提升校企合作水平, 改革传统的职教课程体系和培养适应新型工业化进程的人才具有积极意义。结合我校的办学定位、人才培养目标、岗位需求, 通过广泛调查就业岗位群工作范围和技术领域, 分析人才知识、能力和素质的结构, 我校也加入了教育部—PTC校园计划。借助该平台, 我校数控和模具专业开设了Pro/E课程。
Pro/E课程的性质与定位
Pro/E是当今世界上应用最为广泛的高级CAD软件之一。Pro/E是美国PTC公司的产品, 于1988年问世, 二十多年来, 经历了二十余次改版, 现主要用于产品的工业设计、零部件装配、数控加工仿真、工程图绘制等领域, 常作为企业产品设计的标准软件。它强大的功能、全参数化的设计, 提高了设计效率和设计质量。随着计算机与电子技术的飞速发展, 利用计算机软件进行机械零件的设计已经成为机械类各专业学生应该掌握的核心技能之一。
Pro/E课程以机械制图、机械设计基础、机械制造基础、金工实训等课程为基础, 着重培养学生设计各种机械零件的基本技能, 为所有需要零件设计的课程、实训、课程设计、毕业设计服务。本课程是为后续课程和专业实践服务的一门核心技术课程, 是整个专业培养方案中承上启下的重要一环。通过本课程的学习, 可以使学生对先修的机械制图与CAD、机械制造、机械设计等课程理论知识的理解更加透彻, 也为后续学习数控编程、数控加工等课程奠定基础。
学生现状与课程目标
中职生普遍存在学习基础差, 学习目的性不强、学习兴趣低下的问题。兴趣是最好的老师, 如果不感兴趣自然也不可能学好。Pro/E以机械制图、机械设计基础、机械制造基础、金工实训等课程为基础, 在前导课程的学习中, 理论多, 概念多, 学生都觉得枯燥乏味, 这也严重影响学生对Pro/E课程的学习。另外, 中职学生的学习基础相对薄弱, 理解能力不强, 教学进度与学生掌握程度往往不同步。
本课程主要针对的就业岗位为制图人员、装配人员、设计人员、编程人员等。这些岗位要求从业人员能根据图纸或实物对产品进行三维建模, 具备对产品进行三维建模设计、虚拟装配、工程图制作以及进行数控编程的能力。
课程目标定位就是要把以上工作领域的职业能力转化为学习领域的学习能力。因此, 本课程的课程目标是: (1) 知识目标:能够正确地使用各种造型方法和实体的变更方法, 掌握零件造型、零件装配、零件工程图制作技能。 (2) 能力目标:培养学生具有空间形象思维和三维形体设计的能力;培养学生善于运用现代设计工具和软件思考、绘制、造型及解决问题的能力;培养学生的机械综合设计能力 (包括查阅标准和规范、设计手册、图册等技术性资料、文献的能力) 。 (3) 素质目标:培养学生自学能力, 创新和动手能力, 分析问题和解决问题的能力, 认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风, 在学习中培养合作精神, 养成优良的职业道德素质。
课程教学设计理念与教学思路
《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010—2020年) 》指出:“发展职业教育是推动经济发展、促进就业、改善民生、解决‘三农’问题的重要途径, 是缓解劳动力供求结构矛盾的关键环节, 必须摆在更加突出的位置。职业教育要面向人人、面向社会, 着力培养学生的职业道德、职业技能和就业创业能力。”在这段话中我们可以看到, 职业教育主要是要培养学生的职业技能和创新能力。围绕这个目标, 本课程以知识够用、实用为原则, 采用基于工作过程的设计思路, 在教学中引导学生积极思考, 培养学生的创新能力。
长期以来, 受到技术手段的限制, 传统机械设计不得不弃用直观感强的立体图表达产品, 而大量采用二维图形, 使得制图教学内容和方法都远远落后于现代工业生产实际。学生也对机械制图缺乏信心和兴趣。受空间想象力的影响, 大多数学生都认为机械制图深奥、无趣。而Pro/E是三维制图软件, 可用以直观地进行零件设计。笔者的做法是:
(一) 熟悉Pro/E软件的主要功能和基本操作
作为行业软件, Pro/E以其简单明了的界面以及参数化的设置受到越来越多的业内人士喜爱。目前, Pro/E已成为许多中职机械类专业的必修课。但传统的教学手段在一定程度上使其与实际应用脱节。如今社会需要中职毕业生离校就能做事, 然而实际上, 学生出现了“学”但不会“用”的现象。要学会该软件, 必须先熟悉软件的主要功能。熟悉软件功能最好的方法就是练中学, 学中练。通过具体的操作来熟悉软件, 了解软件的功能。
(二) 课堂教学内容即为工作内容, 通过完成工作任务而完成教学
自2007年接触生本教育理念, 我校的办学理念也从传统教学转化为把学生作为教学中心, 教师只是适当地引导, 让学生参与到教学的思考过程中来。
过去我在讲解Auto CAD机械制图时, 对一个个工具详细地讲解使用方法, 但学生觉得枯燥, 提不起学习兴趣, 效果不佳。在Pro/E教学中, 我调整了教学方式, 按照以下环节展开教学:首先, 介绍Pro/E软件的基本功能, 介绍软件在现代工业生产实际中的运用。通过展示应用实例引发学生兴趣。其次, 采用任务驱动法让学生主动参与到解决问题的过程中来。在第一个环节, 由教师提出学习任务, 让学生思考如何完成任务。通过小组合作学习, 让学生在思考的过程中, 进行思维碰撞, 相互学习, 并融合以前所学知识, 让学生主动参与到学习过程中来, 而非像以往那样被动学习。再次, 当学生思考到一定程度后, 学习进入第二环节, 即教师引导学生分析完成任务需要哪些工具。继而由教师指定一个小组的成员与大家分享完成以上任务所需的知识, 并演示如何完成任务, 即为教学的第三环节。最后, 由学生思考如何完成图纸的绘制, 并要求学生在一定时间内完成。这样, 教学就与实际工作过程有效对应起来了, 学生由被动学习转为主动学习, 既增强了学习的积极性, 又有效地锻炼了思维能力。
(三) 实施阶梯式教学
Pro/E属于专业性很强的工具软件, 它不需要很多理论知识的讲解, 需要的是在实际操作中总结学习。通过对课程的分析, 我决定实施阶梯式教学, 将教学的过程分成难度由低到高的三个阶段。
在第一阶段, 我所提出的任务是很简单的, 是只有一两个特征的零件, 并且也给出详细的步骤。经过这个阶段的学习, 让学生基本掌握Pro/E三维实体造型的基本操作, 对常用的特征能够熟练地掌握, 对一些简单零件也能够自主分析, 完成三维模型的建立。
在第二阶段教学中, 我只给学生提供一些典型零件图, 涉及的零件相对比较复杂。在这个阶段我不再提供创建过程, 而是引导学生自己分析零件, 确定零件涉及的特征类型, 操作步骤。并且引导学生展开讨论, 寻找可能的方法, 以及确定最优的方案。在这个阶段, 学生学会了分析零件, 互相学习, 运用不同的方法造型, 并且会最终确定最优方案。经过这个阶段的学习, 学生已经能够熟练地运用Pro/E软件进行单体的零件造型。
学会了基本零件的造型后, 我带领学生进入第三阶段的学习。在这个阶段, 我不再限定题目, 而是让学生以小组为单位, 制作自己的作品。这些作品要求是多个零件装配而成的机械部件。我要求学生以小组为单位合作完成, 每个学生完成1~2个零件, 然后将这些零件装配成型, 形成部件或者机构。完成这个阶段的学习, 学生就学会了装配, 并且学会了如何在工作中合作。
至此, Pro/E软件的教学基本完成, 还有一些技能提高和工程图生成之类教学活动, 留给个别学生课余提高之用。
综上所述, Pro/E课程教学须与实际应用紧密相连, 实施任务式教学, 并针对学生实际水平, 根据任务难易度的不同, 把任务细化, 使每个学生都能找到适合自己水平的训练实例, 从而让他们觉得每节课都有收获。作为中职教育工作者, 我们的目的就是培养出社会需要的高级职业技术人才, 并不追求高深, 让学生能用、够用就行。
参考文献
[1]潘永刚, 刘俊强.我国教学设计的发展历程[J].现代教育技术, 2007 (11) :13-17.
[2]张豪锋, 卜彩丽.从教育技术专业期刊分析国内教学设计发展现状[J].现代教育技术, 2009 (19) :47-50.
[3]徐国斌.Pro/Engineer Wildfire在企业的实施与应用[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[4]赵丽娟.浅谈职业院校《Pro/E》课程的教学改革[J].中国科教创新导刊, 2012 (7) :194-195.
[5]David S Kelley.工业设计巨匠——Pro/Engineer Wildfire 3.0机械设计基础与实例教程[M].孙江宏, 王庆五, 译.北京:清华大学出版社, 2008.
[6]郑盛梓, 姚涵珍, 等.面向三维CAD技术的工程制图教学研究[J].东华大学学报 (自然科学版) , 2005 (4) :154-156.
基于Pro/E的RCS计算 篇6
复杂目标RCS[1,2]的分析预估一直是电磁场理论研究的一个重要课题。对于飞机、导弹、坦克、舰船等复杂目标, 在其外形设计阶段就需要实时预估其散射特性[2,3], 以便为外形修改提供依据。其中一个关键步骤是目标外形设计模型到RCS计算模型的转换。工程中采用三维CAD造型软件完成外形设计后转换成RCS计算模型需要耗费大量的时间, 并且很难保证模型精度。人们希望能够将目标外形设计和电磁散射分析相结合, 实现外形与隐身性能的一体化优化设计。将RCS分析预估与CAD造型软件集成, 可以很好地解决这个问题[4,5]。Pro/E (Pro/Engineer) [6]是美国参数技术公司 (Parametric Technology Corporation, PTC) 研制的三维CAD/CAM软件, 该软件广泛应用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析及相关数据库管理系统等各个领域。在提供强大的设计、分析、制造功能的同时, Pro/E也为用户提供了多种二次开发工具, 目前采用比较多的是Pro/Toolkit。本文以物理光学法为原理, 利用Pro/Toolkit对Pro/E进行二次开发[6,7,8], 实现在Pro/E中对模型实时进行RCS分析进行预估。这种方法可以简化预估过程, 特别是其中的模型前处理过程, 实现目标外形与RCS的一体化分析, 提高总体设计效率, 因此具有较高的工程应用价值。
1 物理光学近似
本文算法采用物理光学 (PO) 法。物理光学通过对感应场近似积分求得散射场, 克服了平表面和单弯曲表面RCS出现无限大的问题, 因为感应场保持有限, 散射场也就同样有限。其出发点是Stratton-Chu散射场积分方程, 按照物理光学法, 为简化Stratton-Chu积分方程的求解, 需要做出以下假设:
(1) 散射体表面的阴影部分总场为零;
(2) 远场近似:以波长和散射体的相对尺寸来说, 观察点或接收天线与散射体相距很远;
(3) 切平面近似:用入射场表示散射体表面的总场。
假设 (1) 只有当波长相对于散射体尺寸很小即假设 (2) 成立时才成立。综合以上物理光学近似, Stratton-Chu积分方程简化为:
式中:积分表面s1为目标的照明部分;ψ0为自由空间远场格林函数;Hi为面元ds′上的平面入射波;
对于后向散射,
代入雷达散射截面 (用符号σ表示) 的定义式:
即得目标表面s1的RCS:
2 RCS计算与Pro/E的集成
目标RCS的计算分为模型的网格离散和RCS计算两个基本步骤。传统的网格离散方法[9]都是直接在模型上划分合适的单元, 而图形算法则是将三维的几何模型投影到计算机屏幕上, 再按照屏幕上的像素将模型进行离散。计算时根据光照信息反算出各像素的法矢量, 进而计算目标的RCS。按像素离散的最大优点是处理过程非常简单, 网格离散不受目标复杂程度的影响, 具有极快的离散速度。然而, 当显示器分辨率固定时, 像素尺寸就是固定的, 不管目标的电尺寸多大, 离散后的网格大小 (密度) 总是固定的。这显然不符合RCS计算的原则。本文从像素离散的本质出发, 采用一种新型目标离散方法, 既能保持处理过程简单的优点, 又能根据需要任意调整离散密度。
图1为新的模型离散方法示意图。假定雷达沿z轴负向入射, 在z为一定值的位置处放置一个假想的平面, 使其垂直于z轴。分别以适当的间距沿x, y方向将平面划分为矩形网格, 取任一网格单元的中心, 将该点沿入射方向投影到目标表面。根据目标的几何外形数据和投影线矢量, 应用射线求交算法可以计算出目标表面投影点的三维坐标和法矢量, 进而可以计算目标RCS, 得到目标散射特性。这种新方法的网格离散具有极大的灵活性, 可以随着目标电尺寸的不同而调整, 并且由于不需要光照和像素处理, 可以用于解决图形算法不便处理的问题。
完成对模型的网格离散之后, 利用编写的源程序对目标模型进行RCS计算。本文利用Pro/E的二次开发工具Pro/Toolkit封装的库函数与头文件调用Pro/E底层资源, 采用同步模式下的DLL模式, 借助第三方编译环境 (C++) 进行调试[10,11,12], 开发环境为Windows XP+Pro/E 4.0+VS 2008。在下一节中将给出计算实例验证程序的正确性。
3 计算实例
本文用两个典型体的计算结果来说明所提方法的可行性与程序算法的可靠性。
例1:立方体单站RCS。立方体边长为300 mm, 入射波频率为9.375 GHz。图2为文献[5]的测试结果, 图3为Pro/E中建立的模型和本文计算结果。可以看出, 这一结果与测试结果吻合得非常好。在45°与135°附近误差稍大, 这是因为目前没有考虑目标的边缘绕射。
例2:圆柱单站RCS。圆柱直径为270 mm, 长度为620 mm, 入射波频率为4 GHz, 0°为圆柱正侧面。图4为矩量法的计算结果[13,14,15], 图5为Pro/E中建立的模型和本文计算结果。可以看出, 计算结果与矩量法测试结果吻合得较好。
以上算例所用模型都是在Pro/E中生成的。在保证计算精度的情况下, 从创建模型到完成计算都可以在很短的时间内完成, 应用到飞机、导弹等复杂模型的工程实践中可以显著提高整体分析效率。
4 结 语
本文详细研究了RCS计算与Pro/E软件的集成问题, 并且用两个典型体的计算结果验证了方法的可行性以及程序算法的正确性。这种方法不但能满足精度要求, 而且能在Pro/E中对所建目标模型进行RCS实时预估, 不仅缩短工程周期, 而且提高了RCS分析工作的效率, 有一定的工程应用价值。
摘要：针对复杂目标外形RCS分析设计的实际需要, 采用Pro/Toolkit程序开发技术, 在VS 2008环境下对Pro/E进行二次开发, 实现了Pro/E造型软件与RCS预估分析的集成。论述了具体的开发设计方法, 以物理光学法为基础, 采用一种新型目标离散方法计算目标RCS。给出典型体的算例, 表明算法具有较好的计算精度。该方法可以简化预估过程, 实现目标外形与RCS的一体化分析, 提高总体设计效率, 因此具有较高的工程应用价值。
Pro/E编程 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的链条参数化设计 篇8
阵列是通过复制导引特征以生成大量有规律排布的相同或类似的结果几何。Pro/E中的阵列是一种高效的操作。熟练地掌握阵列的技巧, 灵活地运用于实际, 将大大提高造型速度[1]。本人在反复摸索实践中尝试了多种阵列命令, 最后将在正文中介绍一种有效的方法可实现链条的快速设计。
在传统的机械设计中, 设计人员凭经验和直观判断, 对参数进行修改, 但并不一定是最优的设计方案。本文采用Pro/E的优化/可行性设计, 把约束条件通过参数化, 使用现代的设计方法, 运用强大的计算机的计算功能, 帮助简化计算的过程, 缩短计算时间, 最终实现优化设计的目标, 提高了设计效率和设计质量。
1 链条的设计———链节装配曲线的创建
当链条的设计计算完成后, 链条的型号、链条的节距p、两链轮间的中心距a, 链条的链节数Lp, 两链轮的直径d1和d2均已确定。
接下来使用尺寸阵列的方法实现链条装配曲线设计, 具体操作步骤如下。
1.1 绘制链条的基准曲线
设计采用A系列、节距p=15.875mm、单排的滚子链, 通过所需要的传动比选择链轮的齿数, 计算可得两链轮的分度圆直径分别:
d1=51.375mm, d2=76.322mm。链节数以及中心距也能通过计算得到:链节数Lp=38, 中心距a=196.620mm。根据链轮之间的中心距和两链轮的分度圆直径绘制一条和链条重合的基准曲线, 两链轮上的链条处于张紧状态, 下方链条有自然垂下的弧度, 如图1。
1.2 在曲线上阵列相等的弦长
在曲线上进行阵列时, 一般得到的是等曲线长度, 而链装配设计时需要的是等弦长, 解决等弦长阵列式设计的关键。在曲线上阵列等弦长的步骤如下:
(1) 首先过曲线上一点, 并垂直于曲线所在的平面创建基准轴A_1, 然后创建一个基准平面DTM1, 使得基准平面在过基准轴A_1的同时垂直于曲线;
(2) 接下来在曲线的平面上绘制一个半径R=p的半圆弧 , 创建基准点PNT0, 使其同时通过半圆弧和整个基准曲线, 以基准轴A_1和基准点PNT0为参照, 在圆弧的半径方向绘制线段。
(3) 选择菜单中的应用程序→继承, 依次选择曲面→转换→移动, 无复制→完成, 选中A_1基准轴, 移动特征选择平移, 选取方向为“曲线/边/轴”, 把基准轴A_1沿着上步所绘制的线段移动一段半径长度的距离。此步骤产生一个变形曲面, 为每一个阵列组的开始提供新的基准轴。
(4) 把基准轴, 基准平面, 以及两次草绘, 变形曲面合成一个组, 进行阵列。以基准轴在线段上移动的距离为驱动尺寸, 设置尺寸增量为零, 阵列个数为链节数Lp。
至此已经成功完成了在曲线上的等弦长阵列。本文所述的方法在PRO/E中巧妙地应用阵列, 在曲线上重复生成了一系列的相等弦长。
用尺规作图中在曲线上等弦长阵列的方法可以理解本文所述方法:用圆规以曲线上一点画圆, 然后以圆与曲线的交点为中心点画下一个圆, 以此类推, 可以保证相邻两点的距离是相等的 (两点连接形成的弦长恰好等于圆的半径长度) 。
在链条装配曲线的绘制经历许多探索, 通过阅读文献资料, 发现一些方法直接在曲线上进行阵列, 得到的是等曲线长度, 并不是等弦长, 最后不能装配;一些方法运用了函数来解决, 相对来说比较复杂。本文所述的方法易于理解, 易于操作, 是一种可以方便建模的方法。
1.3 模型的优化
在阵列完成后, 往往会出现这样的现象:最后一个阵列组不能和第一个阵列组恰好衔接, 如图2所示, 会导致装配后链节之间断裂。所以必须对模型进行一定的优化。
对目标的优化包括三个方面:目标、设计约束以及设计变量[2]。在链条的设计中, 设计目标是使得最后一个阵列组不能和第一个阵列组恰好衔接, 所以设计约束是让最后一个基准点到第一个基准点的距离为链条节距, 又因为两链轮之间自然下垂的弧线半径是无法控制和计算的, 可以为了达到目标而更改这个尺寸, 所以可选为设计变量。
首先使用“分析”→“测量”工具计算最后一个基准点与第一个基准点之间的距离。测量的选项选择“特征”, 可以运用于优化设计中。
运行“分析”→“优化/可行性”, 其中“设计约束”使得最后一个基准点与第一个基准点的距离为链条节距, “设计变量”为两个链轮下方自然下垂圆弧的半径。计算后, 可得优化结果, 在满足设计约束的同时, 优化了链轮模型的尺寸。优化可得链条的装配曲线, 如图3。
2 链条的设计——链条零件的创建
根据选择的链条型号和参数制作链条的内链板组合和外链板组合, 如图4和图5所示。
3 链条的设计——装配链条
(1) 调入链条的基准曲线。
(2) 将内链板组合与链条的基准曲线进行装配, 链节零件的基准点和曲线上相邻的两个基准点同时对齐。
(3) 将内链板组合进行阵列, 选择“阵列”命令, 选择内链板组合为阵列对象, 选择“参考阵列”命令, 完成内链板的阵列。
(4) 外链板可以使用重复命令装配到链条的基准曲线上。装配完成后如图6所示。
4 结束语
本文通过介绍运用Pro/E来实现链条的参数化设计。用Pro/E阵列技术对分布有多个相同形状结构的零件进行设计时, 关键在于选择好阵列方法和定义好阵列驱动尺寸。本文阐述了在链条的设计中创建阵列的思路及方法。
本文亦采用Pro/E的优化/可行性设计, 把约束条件通过参数化, 使用现代的设计方法, 解决了阵列后出现的一些问题, 最终实现优化设计的目标, 提高了设计效率和设计质量。
参考文献
[1]林清安.PRO/ENG INNEER零件设计高级篇.北京:北京大学出版社, 2000