机械CAD—Pro.ppt

机械CAD Pro E实用技术 东北大学机械工程与自动化学院现代设计与分析研究所教师 礼宾电话 024 83687630E mail libinni 适用专业 机械 电子 航天 建筑先修课程 机械制图 计算机基础 机械原理 机械零件 CAD技术基础 课程安排 学时 60授课 50实验 10 根据具体情况 考试 大作业 教材与参考书 教材 谢正义 朱强 徐春林 PRO ENGINEERWILDFIRE2 0完全学习手册 北京 中国电力出版社 2005参考书 1 詹友刚 洪亮 PRO ENGINEERWILDFIRE2 0产品设计通用教程 北京 清华大学出版社 20052 白雁钧 祝凌云 PRO ENGINEERWILDFIRE2 0绘图指南3 佟河亭 冯辉 PRO ENGINEER机械设计习题精解 北京 人民邮电出版社 2004 图片事例 图片事例 图片事例 第一章PRO ENGINEER简介1 1CAD产品设计的一般过程 CAD 计算机辅助设计 技术产生于20世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中 是随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来的 CAD最初的英文缩写是ComputerAidedDrafting 即计算机辅助绘图 后来慢慢发展到ComputerAidedDesign 即计算机辅助设计 单纯使用计算机绘图已经不能叫做计算机辅助设计了 真正的设计是整个产品的设计 包括了产品的外形构思 功能设计 结构分析 虚拟现实以及加工制造等全部过程 甚至包括产品从构思到成品后推向市场的全部阶段 1 1CAD产品设计的一般过程 传统的二维工程图只能是产品设计过程中很小的一部分 不能解决诸如生成复杂的投影线 漏标尺寸 漏画图线 机构的几何关系和运动关系的分析 设计的更新与修改以及设计工程管理等问题 于是 CAD缩写逐步由ComputerAidedDrafting过渡到ComputerAidedDesign CAD也不再是产品简单的二维工程图的绘制 而是产品的整个设计过程 1 1CAD产品设计的一般过程 因为三维CAD技术更加符合人们的思维习惯 用户的整个设计过程完全可以在三维的环境里进行 这种三维设计的新思维 虚拟产品 的出现 显然更加适合工程技术人员与非工程技术人员进行思想交流 三维设计技术好处 1 能看见所想要得到的产品的外观和品质 2 便于建立产品的统一数据库 使得产品的三维模型可以直接进行数值仿真 力学分析 运动分析 虚拟装配分析 产品的虚拟加工与NC加工等 1 1CAD产品设计的一般过程 需要了解几个基本设计概念 设计意图 设计意图是根据产品规范或需求来定义成品的用途和功能 设计模型之前 需要明确设计意图 捕获设计意图能够为产品带来价值和持久性 这一关键概念是现代CAD软件基于特征建模过程的核心 基于特征建模 零件建模是从逐个创建单独的几何特征开始的 在设计过程中参照其他特征时 这些单独的几何特征将和所参照的特征相互关联 1 1CAD产品设计的一般过程 参数化设计 特征之间的相关性使得模型成为参数化模型 因此 如果修改某特征 而此修改又直接影响其他相关 从属 特征 则软件会动态修改那些相关特征 此参数化功能可保持零件的完整性和设计意图 相关性 通过相关性 软件能在 零件 模式外保持设计意图 在继续设计模型时 可添加零件 组件 绘图和其他相关对象 如管道 钣金件或电线等 所有这些功能在CAD软件内都完全相关 因此 如果在任意一级修改设计 项目将在所有级中动态反映该修改 这样便保持了设计意图 1 1CAD产品设计的一般过程 应力分析 结构强度分析 疲劳分析 概念设计 零部件三维建模 二维工程图 工业造型 热分析 公差分析与优化 NC仿真及优化 动态仿真 1 2CAD技术发展简史 在过去50多年中 CAD技术经历了五个主要发展时期 1 20世纪50年代 美国麻省理工学院 MIT 于1950年在它研制的名为 旋风 的计算机上采用了阴极射线管 CRT 做成的图形终端 并能被动地显示图形 其后出现了光笔 开始了交互式计算机图形学的研究 50年代中期 计算机已应用于工程和产品设计的分析计算 促进了计算机辅助工程 CAE 技术的发展 1 2CAD技术发展简史 2 20世纪60年代 这是交互式计算机图形学发展的最重要时期 1962年美国学者Ivan Sutherland研究出了名为Sketchpad的系统 这是一个交互式图形系统 能在屏幕上进行图形设计与修改 开始出现CAD这一术语 其后 美国的一些公司推出了一些CAD系统 但由于当时刷新式图形显示器价格十分昂贵 因此CAD系统很难普及与推广 60年代后期 存储管式显示器以其低廉的价格进入市场 降低了CAD系统的成本 促进了计算机图形学和CAD技术的迅速发展 1 2CAD技术发展简史 3 20世纪70年代 计算机交互图形技术和三维几何造型技术 线框 曲面和实体模型 为CAD技术的发展奠定了基础 基于大型机的商用CAD CAM系统开始上市 此外基于小型机的所谓交钥匙系统 turnkeysystem 它包括图形输入及输出设备和相应的CAD CAM软件 以其优良的性能价格比 开始向中 小型企业扩展 总的说 70年代是CAD单元技术的发展和应用阶段 各功能模块渐趋完善 但数据结构尚不统一 应用主要集中在计算机绘图和有限元分析方面 集成性差 1 2CAD技术发展简史 4 20世纪80年代 随着超级微型机和32位字长的工程工作站迅速占领市场 各CAD厂商将原来在大型机和小型机上的CAD CAM系统纷纷向新的硬件平台移植或重新开发 这一阶段CAD CAM系统的特点是 几何造型技术已经成熟 并成为CAD系统的核心 系统具有统一的数据结构和内部的数据库 系统有较好的集成 特征建模及二 三维参数化设计系统开始出现等 这一阶段的应用特点是 从二维绘图发展为三维建模 实现了CAD CAE CAM的集成 应用取得了显著效益 1 2CAD技术发展简史 5 20世纪90年代 随着世界市场的多变与激烈竞争 随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展 随着高档微机 操作系统和编程软件的发展 随着因特网的迅速发展 CAD技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战 正在向集成化 网络化 智能化和标准化方向发展 1 2CAD发展简史 CAD常用软件介绍低端软件 AUTOCAD CAXA中端软件 SOLIDWORKS SOLIDEDGE INVENTOR高端软件 PRO E UG CATIA 1 3PTC 参数技术公司 公司的介绍 1985年成立于美国波士顿 开始进行参数化建模软件的研究和开发 1988年 V1 0版本的Pro ENGINEER软件诞生 提出新概念单一数据库 参数化 基于特征 全相关及工程数据再利用 协同商务20世纪末推出了i系列产品 在i系列产品中 PTC公司引入了新的建模技术一一行为建模技术 此技术已经成为Pro ENGINEER的核心技术 2003后推出Pro ENGINEERwildfire系列产品 现应用最广的版本是Pro ENGINEERwildfire2 0版 用户广FORD BMW TOYOTA等26000多家 1 4Pro ENGINEER的主要模块 Pro ENGINEER广泛应用于电子 机械 模具 工业设计 汽车 航空航天 家电 玩具等行业是一个全方位的三维产品开发软件 它集零件设计 产品装配 模具开发 NC加工 钣金件设计 造型设计 逆向工程 自动测量 机构模拟 压力分析 产品数据管理等功能于一体 它主要有以下6大主要模块 工业设计模块 CAID 该模块主要包括Pro 3DPAINT 3D建模 Pro ANIMATE 动画模拟 Pro DESIGNER 概念设计 Pro NETWORKANIMATOR 网络动画合成 Pro PERSPECTA一SKETCHI 图片转三维模型 Pro PHOTORENDER 图片渲染 等几个子模块 其主要功能有3DPaint概念图及草绘 二维草绘及着色 三维喷绘和易用的动画能力 利用实时压感感应刷笔及铅笔可以完成概念设计中的细化部分 能快速简易地对模型进行渲染 贴纹理等处理 具有高级曲面及高光质量分析工具和高级照片效果图 光线跟踪反弹 机械设计模块 CAD 该模块主要包括Pro ASSEMBLY 实体装配 Pro CABILING 电缆设计 Pro PIPING 管路设计 Pro REPORT 应用数据图形显示 Pro SCAN一TOOLS 物理模型数值化 Pro SURFACE 曲面设计 Pro WELDING 焊接设计 Pro SHEETMETAL 钣金设计 等几个子模块 机械设计模块 CAD 其主要功能有基于参数化特征零件设计和基本装配功能工程图设计及二维图绘制 对大型 复杂装配的操作及可视化 实现自顶向下设计 捕捉并发布装配流程信息 自动生成相关图纸明细表 中文 焊接模型建立及文本生成 Web超文本链接及VRML HTMI 格式输出 标准件库建立 参数化曲面建立且和实体的流畅集成 逆向工程工具 三坐标测量机 和利用扫描云点进行设计 直接的曲面建立工具 强大的曲线曲面分析功能 进行复杂形状设计及自由曲面设计 功能仿真模块 CAE 该模块主要包括Pro FEM POST 有限元分析 Pro MECHANICACUSTOMLOADSSTO 自定义载荷输入 Pro MECHANICAEQUATIONS 第三方仿真程序连接 Pr0 MECHANICAMOTION 指定环境的装配体运动分析 Pr0MECHANICATHERNAL 热分析 Pro MECHANICATIREMODEL 车轮动力仿真 Pro MECHANICAVIBRATION 震动分析 Pro MESH 有限元网格划分 等几个子模块 功能仿真模块 CAE 可进行运动学及动力学分析如速度和加速度 载荷与反作用力 实现对凸轮 滑槽 摩擦 弹簧 冲击的分析与模拟和运动干涉及冲突检查 并可将运动分析结果传送到结构分析中 可对设计产品的结构强度进行静态 模态及动态响应和线性及非线性分析 对产品设计的热性能分析中可实现稳态及瞬态性能分析和结构强度分析在公差分析及优化工具中考虑到了所有装配中的零件及装配过程 可确定临界质量区和每个变量对装配质量的影响程度并经统计可确定装配质量 能利用真实的Cp Cpk数据进行分析 制造模块 CAM 该模块包括Pro CASTING 铸造模具设计 Pro MFG 电加工 Pro MOLDESIGN 塑料模具设计 Pro NC CHECK NC仿真 Pro NCPOST CNC程序生成 等几个子模块 在铸造模具设计中 设计模型直接拆分型腔 所有零件为实体模型 型腔及型芯有精确缩水补偿 具有标准模架导柱导套和BOM及图纸自动生成功能 在塑料流动分析工具中能仿真注塑过程 可对注射时问 熔接痕 填充度分析 预估产品质量及浇口 制造模块 CAM 可实现4轴的数控铣床编程和4轴数控车床及4轴电加工编程 具有丰富的刀具库和所有机床后处理 提供机床低级控制指令 支持高速机床 优化加工刀轨流程 对材料切削过程精确地仿真 智能化生成工艺流程及工艺卡片 实时退刀控制 零件族编程重利用 数控钣金加工中支持冲床 激光切割等各种钣金加工类型机床 使用标准的冲头和冲压成型 钣金件自动展平并计算展开系数 能自动选择冲头和自动套料 数据管理模块 PDM 它包括Pro PDM 数据管理 Pro REVIEW 模型图纸评估 等几个子模块 可以在计算机上对产品性能进行仿真测试 找到造成产品各种故障的原因 自动跟踪用户创建的数据 保证所有数据的安全及存取方便 数据交换 GeometryTranslator 模块 Pro ENGINEER中有多个几何数据交换模块 如 Pro CAT Pro ENGINEER和CATIA的数据交换 Pro CDT 二维工程图接口 Pro DATAFORPDGS Pro ENGINEER和福汽车设计软件的接口 Pro DEVELOP Pro ENGINEER软件开发 Pro DRAW 二维数库数据输入 Pro NTERFACE 工业标准数据交换格式扩充 Pro INTERFACEFORSTEP STEP IS010303数据和Pro ENGINEER交换 Pro LEGACY 线架 曲面维护 Pro LIBRARYACCESS Pro ENGINEER模型数据库进入 Pro POLT HPGL POSTSCRIPTA数据输出 等几个子模块 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 1 满足 3D制图 需求 通过提供注解功能 AnnotationFeatures 来满足这种需求 它能让用户在3D模型中获取和管理传统2D制图的信息 这样就确保了尺寸 公差 表面光洁度 以及其他关键设计信息的交换更加准确 其主要原因是绘制2D图成本较高 且经常会因误解图纸而带来诸多问题 最近发布的ASMEYl4 41标准和制订中的ISO16792标准对 3D制图 有所描述 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 2 处理其他CAD数据的能力更强 新增了与三套应用系统之间的CAD数据交换 现在 UnigraphicsReleasel8 UnigraphicsNX和CATIAV5可以通过PTC的相关拓扑总线 AssociativeTopologyBus 专利技术与其进行数据交换 这进一步扩大了Pro ENGINEER与非原生工具之问的连通范围 这些改进 再加上原有对许多直接转换工具和通用建模核心的支持 使Pro ENGINEERWildfire2 0成为日前最开放的CAD系统 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 3 常用用户界面工具更加普及 Pro ENGINEERWildfire2 0提供了许多用户常用桌面工具 现在 所有对特征 组件和制图的操作都具有多级撤销 重复 Undo Redo 功能 另外 像其他桌面应用一样 Pro ENGINEERWildfire2 0还提供了复制和粘贴 CopyandPaste 功能 用户可以使用非常熟悉的复制 CTRL C 或粘贴 CTRL V 命令或组合键来方便快捷地把特征和几何体复制到模型的其他区域 Pro ENGINEERWildfire2 0还为特征的建立提供了更优秀的基准曲线 当使用基准曲线来建立一个或多个特征时 如果用户不是有意地打破关联 则这些特征仍与原曲线关联 这一功能改进了模型中自顶到下的设计方法 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 4 Pro ENGINEER应用系统界面的持续新颖 PTC对Pro ENGINEERWildfire2 0软件中最常用的一些用户界面进行了大幅度的改进 例如 大多数常用的详细设计操作都已摒弃了传统的菜单管理器 MenuManager 所有的制图新建和编辑操作现在都可以通过一个直观 统一的图形界面来完成 另外 绝大多数的钣金设计命令都已全面更新 其他方内改进包括 全新的测量和分析工具 增强的搜索工具 制造和仿真功能区的HTML报告功能 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 5 更轻松地建立更高质量的设计 使用Pro ENGINEERWildfire2 0 用户比以往任对候都更容易建立更高质量的设计 首先 它提供了一个全新的故障检修工具 使用它 以更清楚地了解特征失败的原因 它能让用户快速诊断故障发生的原因和区域 并提供可能的故障处理方案 另外 这一故障检修工具还能把故障信息作为模型注释记录在文挡中 或者作为以后故障处理的参考资料 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 5 更强大的高级设计工具 包含了许多提高复杂设计开发速度的新功能和新工具 例如 新的模板 Pattern 功能可以让用户围绕任意轴或在任何方向上摹绘特征 而不用考虑原特征是怎样建立的 也不必局限于原特征的任何尺寸 圆特征也更加强大 可以更好处理较小的边缘 该系统现在能够自动把模型的所有凸面或所有凹下去的边缘变圆滑 提供了许多处理翘曲 Warp 特征的强大功能 并加强了对裁剪 Trim 延伸 Extend 镜像 Mirror 和移动 Move 等各种操作过程的控制 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 6 方便灵活的管理 Pro ENGINEERWildfire2 0提供了一个令人振奋的新功能 它让用户从许可服务器中 借 用Pro ENGINEER 许可 并在断开服务器后继续使用这 许可 用户比以前任何时候都能更轻松地在客户那里或在家里使用Pro ENGINEER 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 7 提供了更新更简单的设计属性分析工具全新的曲线和曲面 CurveandSurface 分析界面降低了该过程的复杂性 单击鼠标即可变换一种分析方法 由此而产生的易用性提高了评估和改进设计的灵活 还提供了一种被成为偏移分析 OffsetAnalysis 的新工具 它可以实时查看Pro ENGINEER中曲线和曲面上的补偿效果 这使得用户能够及时准确地发现与外形和复杂操作相关的问题并及早解决 还提供了新的动态反射分析 ReflectionAnalysis 工具 这对核查曲面和连接质量非常有用 1 5Pro EngineerWildfire2 0的新增功能 8 高效的NC过程 全新的图形用户界面使使用者能轻而易举地获得NC过程信息