ProE在企业中的应用

Pro E 在企业中的简单应用 1 Pro EPro E 在企业中的简单应用在企业中的简单应用 中国重汽集团中国重汽集团 Pro E 在企业中的简单应用 2 摘要摘要 机械设计正在经历从二维 CAD 到三维 CAD 的转变 在最近的十 多年中 机械设计经历了从手工绘图到计算机辅助绘图 二维 CAD 的巨大变化 从手工绘图到计算机绘图是机械设计方法和工具 中的一大进步 而从二维 CAD 到三维 CAD 则是机械设计上的一次革 命 Pro ENGINEER 是当今世界上应用最为广泛的高档 CAD 软件之一 由于它强大的功能 全参数化的设计 被广泛应用于机械 汽车 航天 电子 家用电器和工程机械等行业中 在我国 Pro E 同样得 到了广泛的应用 其表现出强大的技术生产力 无论是企业还是个 人 都应认识到它的效力 关键字关键字 三维实体设计 新产品开发 组合夹具库 Pro E 在企业中的简单应用 3 前前 言言 机械设计正在经历从二维 CAD 到三维 CAD 的转变 在最近的十 多年中 机械设计经历了从手工绘图到计算机辅助绘图 二维 CAD 的巨大变化 二维 CAD 的应用降低了设计人员的劳动强度 设 计形式从以前的趴图板到现在的操作计算机 提高了设计效率和设 计质量 CAD 设计可以很方便的修改 复制 能够输出工整的图样 二维 CAD 相对手工绘图的一个最大区别是可以按照 1 1 的比例绘图 而不必再按照比例放大或缩小图形 从手工绘图到计算机绘图是机 械设计方法和工具中的一大进步 而从二维 CAD 到三维 CAD 则是机 械设计上的一次革命 它不但改变了设计的方法 而且彻底的改变 了设计的思路和习惯 Pro E 在企业中的简单应用 4 一 一 Pro ENGINEERPro ENGINEER 简介简介 Pro ENGINEER 是当今世界上应用最为广泛的高档 CAD 软件之一 由于它强大的功能 全参数化的设计 被广泛应用于机械 汽车 航天 电子 家用电器和工程机械等行业中 在我国 Pro E 同样得 到了广泛的应用 采用 Pro E 设计产品 不是一个绘图的过程 而 是一个虚拟制造的过程 先在电脑上将设计的产品制造出来 然后 再拿去实际制造出来 采用 Pro E 等三维 CAD 软件设计产品 不需 要画一条线 就可生成用于制造的工程图 所有的视图是通过设计 的立体产品自动投影产生的 而不是根据我们的理解画出来的 以 前平面的视图很难建立产品的立体概念 现在采用 Pro E 产生的轴 测图一目了然 工人再也不会拿着图样问技术人员这个产品怎么装 配了 Pro E 最重要的特点就是其参数式设计的特性 所谓参数式设 计 就是将零件的设计用参数来描述 并在设计时通过修改参数值 来更改零件的外形 Pro E 中的参数不只代表设计对象的外观相关 尺寸 而且具有实质的物理意义 例如可以运用系统参数 如体积 表面积 重心 三维坐标等 或用户自己按照设计流程需求将所定 义的参数 如密度 厚度等具有设计意义的物理量或字符 加入设 计构思中 以表达设计思想 这项参数式设计的功能不但改变了设 计的概念 而且将涉及的便捷性推进了一大步 以前机械设计产品 产品制造出来后 经常会发现重大的设计 失误 零部件相互干涉 零部件无法安装和装配到位 这是因为 所有的设计都装在人的脑子里 如有考虑不到的问题 最后就会出 错 采用 Pro E 设计产品 设计出来的是和实物产品完全相同的数 字产品 零部件之间的间隙和干涉一目了然 Pro E 软件还能计算 零部件之间的干涉体积和间隙 把设计错误消灭在设计阶段 这才 是设计真正需要的计算机辅助设计 Pro E 在企业中的简单应用 5 对于运动机构的设计 无论是手工绘图设计 还是二维 CAD 的 计算机辅助设计 都没有办法处理 简单的机构运动还可以模拟 但稍微复杂的运动机构就束手无策了 Pro E 内含 Mechanism 模块 专门处理机构的运动 可以使立体的数字产品在计算机中运动 跟 真实机械产品的运动完全一样 不但能够测试机构是否能够运动 还可以检查机构运动时是否会产生干涉 干涉的体积 计算出运动 机构上某个点的运动轨迹 可以将机构运动记录下来 产生动态的 图片 用于交流设计和展示设计的成果 图 1 1 应用 Pro E 软件绘制完成的齿轮零件 二 二 Pro ENGINEERPro ENGINEER 在企业中的应用在企业中的应用 1 Pro E 在新产品开发中的应用 综述 产品设计的核心是构思 在传统的设计中人们要把自己的想法 首先变成平面图 然后对其校核 修改 最后由生产者把平面图纸 上的内容转化成三维的实物 整个开发过程中设计者需要将很大一 部分精力用于把三维构想转化到平面图纸上 即使使用二维 CAD 辅 助设计 这一过程简化的量仍然很小 只不过平面图的生成由图板 变成了计算机屏幕 设计思路并没有根本的改变 许多问题只有在 见到产品时才能发现 产品的设计周期长 带来成本高 三维实体 Pro E 在企业中的简单应用 6 设计则给我们了一个全新的设计过程 整个设计过程与人的思路一 致 直接采用三维设计 设计过程中设计者对自己产品的每个细节 了如指掌 经过三维装配 一件真实的产品便展现在设计者面前 这为现代人提供了一个省时高效的设计途径 三维实体设计技术目前已非常成熟 例如我们目前经常使用的 Pro E 其主要设计思路是 设计与思维一致 即我们在构思一个产 品的时候 这个产品以三维的形式出现在我们的头脑中 设计中也 把它以三维的形式构造在计算机中 这样 整个造型的过程与产品 过程非常相像 并且造型过程的学习与理解非常简单 设计效率要 比二维 CAD 高得多 给人的感觉更加直观 修改更容易 如果形状 不变的话 只要修改三维图上的尺寸即可 三维实体设计可使设计 中出现的问题容易被发现 产品开发的周期大大缩短 人们可以投 入更多的精力用于创造性思维 同时三维实体设计与传统设计并不 矛盾 它可以自动生成平面三视图 可对任意截面进行剖视 相关 零件可加入关系 修改时一个尺寸改变 相关尺寸自动发生变化 修改三维视图尺寸时 平面视图尺寸也会自动发生变化 在零件图 上标注各种形位公差 尺寸公差等也非常方便 产品开发使用三维实体设计技术的优点 传统的学习过程中如何把三维实物表示成平面图 这在机械制 图教程中占有较大比重 产品开发过程也是如此 设计者需要花大 量时间把平面图想象成三维实物 对原设计进行理解 或把新设计 新思路首先生成平面图 这样 三维与平面的转化占用了设计者的 大量时间 真正用于创造性思维的时间变少了 另外在产品开发过 程中会不断出现新的想法和新的思路 在需要修改时三维设计更能 显示出其特点 在以往的平面设计过程中 改图的一个重要方法是 只修改尺寸 因为全部重画需要大量的时间 这样一来经过几次修 改图纸上的尺寸已完全不成比例 将给读图造成不便 容易造成错 Pro E 在企业中的简单应用 7 误 而三维实体设计对不同的尺寸 可建立相互关系 比如一根轴 的尺寸确定以后 与之相关的孔 套的尺寸可以同它建立一定的关 系 当修改轴的尺寸时 与之相关的零件尺寸则自动变化 这将给 设计者带来非常大的方便 效率大为提高 同时三维装配后的组件 可以整体任意旋转 各部件也可按设定好的自由度转动或移动 为 看清楚某些零件可以隐藏部分零件 设计者在设计过程中就好像已 见到实际产品一样 由于是三维实体设计 零部件的加工工艺性很 容易得到考虑 各个部件如何拆装 加工 装卡 各零件是否干涉 等问题显得更加直观 许多传统设计中要等见到产品才能发现的问 题 三维实体设计过程中就很容易被发现 设计周期大为缩短 产 品中的问题大为减少 可以避免很多经济损失 在目前经济不断发 展 市场状况瞬息万变 新技术不断出现的时代 三维实体设计技 术用于新产品开发意义重大 图 2 1 应用 Pro E 技术设计的新产品零件 Pro E 在企业中的简单应用 8 图 2 2 应用 Pro E 中的分析命令求得零件的质量属性 2 Pro E 在虚拟组合夹具库建立中的应用 综述 组合夹具是在夹具零部件标准化的基础上发展起来的一种工艺 装备 它由一套预先制定好的由各种不同形式 不同规格尺寸的标 准组件和组合体组成 这些组件相互配合 部分尺寸精度高 硬度 高 耐磨性好并且有完全的互换性 利用这些组件 根据被加工工 件的工艺要求 可以很快地组装出机械加工及检验 装配等各工种 用的夹具 组合夹具具有很大的机动性和灵活性 它适用于多品种 中小批量的生产和大批生产的工厂 也可在某些生产环节中得到应 用 由于现代经济和技术发展迅速 机械工业也发生了很大变化 这种变化的特点是新产品开发快 产品的品种 系列和规格愈来愈 多 形成了多样化的特点 新产品更新换代的速度加快 用户要求 的交货期愈来愈短 在生产类型中 大批大量生产的比例下降 中 小批量生产的比例增加 市场竞争激烈 产品即要质量好 又要成 本低 现代机械加工业的发展 数控机床为基础的现代柔性制造单 元 FMC 和柔性制造系统 FMS 需要一种性能可靠 装配时间短和灵 活快速的夹具 并最终实现自动组装 然而 多年来 对组合夹具的设计和组装 由于时间 环境条 件的限制 总体设计与系统结构只能串行不能并行 夹具工艺师对 工件的定位 装夹设计主要依赖经验 定性分析较多 定量分析较 少 且计算复杂 同时缺乏必要的优化设计 设计的图样不够直观 在装夹过程中 工人要认真消化图样 分析设计过程前期的潜在问 题 在总装时汇总 但有时达不到预期的效果 甚至造成返工 设 计过程中的装配干涉问题 无法在设计中提前发现 造成工人的劳 动强度增大 已经很难适应当今快速 多样化的制造需求 这一特 Pro E 在企业中的简单应用 9 点为计算机辅助装配系统的研制与开发 提出了有待解决的问题 同时该系统的成功应用将为中小企业带来更大的经济效益和社会效 益 在计算机逐步普及的过程中 二维绘图 CAD 软件在产品研制过 程中 深入到设计 工艺过程的各个环节 使设计人员彻底甩掉图 板 从繁琐的重复劳动中解放出来 大大缩短了研制周期 现在 大量三维实体造型软件崛起 如 Pro E 等 推动了设计领域的新革 命 由于这些三维软件 不仅可创建三维实体模型 还可利用设计 出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查 机构分析 动态干涉检 查 动力学分析 强度分析等 同时由于组合夹具的组件全部是标 准件 而且数量有限 易于储存和检索 使利用 Pro E 建立组合夹 具库成为可能 组合夹具标准组件库的建立 组合夹具库的结构 组合夹具基本组件数量繁多 为便于归类和方便检索标准件 将组合夹具进行分类 每一类型中又包括多个品种 每个品种中又 有不同的规格 如图 2 3 所示 Pro E 在企业中的简单应用 10 夹夹 具具 库库 基 础 件 支 撑 件 定 位 件 导 向 件 压 紧 件 紧 固 件 其 他 件 合 件 方 形 基 础 板 角 度 基 础 板 角 铁 支 承 定 位 板 V 型 块 钻 模 板 铰 套 弯 压 板 平 压 板 垫 片 螺 栓 连 接 板 平 衡 块 分 度 合 件 定 位 合 件 图 2 3 夹具库组织结构图 用 Pro E 建立组件库 Pro E 三维实体造型功能非常强大 简单的组件如基础板 压 板等 用拉伸 切割 打孔 加强筋 倒角等直观指令即可实现 而对一些型面复杂的零件 如弹簧 螺栓等 用高级功能的旋转扫 描变截面扫描等来完成 也很方便快捷 所有这些设计都成为单一 特征 在开发建立夹具站的全过程中可以修改 对组合夹具组件来 说 同一类型中的组件 其形状相似 用 Pro E 中的族表功能会事 半功倍 Pro E 中的族表 Family table 是本质上相似的零件 或组件 特征 的集合 但在一两个方面稍有不同 诸如大小或详细特征 对 于重复性高 相似性大的零件 如螺丝 扳手等 或者标准件 不需 要每个规格都建立一个零件 而可以使用一个原始样本零件 Pro E 在企业中的简单应用 11 Generic part 及 族表 Family table 即可代表无数个零件 任何时候 只要调出族表内任一个零件的名称 即可自动产生一个 照族表所示尺寸比例的零件 族表提高了标准化组件的用途 它们允许在 Pro E 中表示实际 的零件清单 同时 族使得组件中的零件和子组件容易互换 因为 来自同一族的实例互相之间可以自动互换 图 2 4 应用 Pro E 软件生成的螺栓标准件 创建螺栓零件库的步骤 创建标准件 螺栓的三维模型 修改相应的零件尺寸数字元记号 定义尺寸关系式 将尺寸及特征加入标准件库 建立标准零件数据库 检查此零件 存储此螺栓零件库 Pro E 在企业中的简单应用 12 图 2 5 螺栓族表 图 2 6 建立螺栓零件库 组合夹具的动态虚拟装配 加工工件在组合夹具上的定位夹紧和最终装配是设计的关键部 分 要把工件合理准确地组装到位并不容易 而虚拟装配是产品数 字化定义中的一个重要环节 在对部件或整体进行有限元分析或动 态分析之前 要将它们先装配起来 其内涵就是在计算机上完成产 品零部件的实体造型 进行计算机装配 干涉分析等多次协调的设 计过程 并通过统一的产品数据管理实现三维设计过程与产品零部 件制造 装配过程的高度统一 基于 Pro E 平台的动态虚拟装配模 块很好地解决了这一问题 建立组合夹具组件库后 允许设计人员 用粘贴 插入 对齐 同向等直观命令来完成装配设计 Pro E 完 成这项工作非常方便 只须定义出工件与各组合夹具组件之间的关 Pro E 在企业中的简单应用 13 系 系统就会根据给出的约束关系 将工件和夹具组件自动安装到 位 如果改变原有设计 与其相关的夹具组件位置就会自动改变 夹具组件的尺寸可以在装配中加入关系或进行约束 零件的高级功 能则支持大型 复杂的装配 复制功能提供用户坐标系为基准 平 移或旋转复制零部件 图 2 7 组合夹具举例 下面以生产实际中应用到的夹具 安装座立加夹具 说明标准 零件在虚拟装配中的应用 分析零件 确定定位面 虚拟装配 进入装配环境 调出需要装配的零件 螺栓 M8 30 进行装配约束 确定配合面 完成零件装配 依此类推 完成其他零件的装配 装配好的夹具如图所示 图 2 8 待装配的螺栓零件 Pro E 在企业中的简单应用 14 图 2 9 完成的夹具 对装配后的总成进行分析 对夹具装配体 部件总成等 的结构 大小和转动惯量等的分 析是总体设计的重点之一 传统的设计过程中 装配体的大小 质 量 重心 转动惯量只能靠手工计算 大多数情况只是依靠经验 准确度不宜保证 给总体设计带来困难 使用 Pro E 软件 使得装 配间隙的调整和装配干涉的检查变得更加准确 直观 快捷 尤其 是对于检验设备不能接近的部位 间隙也能得到控制 使干涉问题 消除在方案阶段 爆炸图及工程图的生成 在虚拟装配完全满足性能要求后 为建立一套直观的指导组装 工人的实际组装文件 首先在装配图上 可采用 3D 爆炸形式 动态 模拟整个装配体从组件到形成装配体的安装过程和安装方式 抛弃 传统的图样方式 使装配更具有空间感和方位感 装配体的工程图 制作变得较为简单 在菜单上指定一个命令就能立即完成 对于较 为复杂的组装图 简单的向视图不能清楚表达装配关系时 作必要 的剖面 完成工程图时 选择这些剖面做出主视 向视 投影 局 部放大 旋转 展开等种类视图 同时能将三维组装模型作为独立 视图 缩放后放于图样右上角 大大提高了工程人员的阅读速度 作为高级审签的校对 审核 批准也省去了图面检查时间 可以投 将零件装配到位 Pro E 在企业中的简单应用 15 入更多的精力进行功能性审查 同时也克服了非专业人员沟通的困 难 Pro E 能将图样的低级错误率降到最低 图 2 10 生成爆炸图 图 2 11 生成二维工程图 信息的提取和实际装配 压 板 支撑件 圆螺母 螺 钉 夹具体 夹具体连接 到 T 型槽工 作台上 工 件 Pro E 在企业中的简单应用 16 传统的组合夹具设计中 夹具工艺师对组合组件的信息统计费 事费时 而 Pro E 平台上 在视图完成后 自动地完成零件数量的 统计和明细表的填写等相关信息 为组装工人建立指导性文件 使 实际组装更加条理化 在主菜单 信息 列表中 可以显示出特性 信息 装配体模型的所有组成组件 特征主从关系 模型尺寸等 例如 信息 材料清单 可以列出装配顺序主从关系基本尺 寸等 建立基本信息明细表 工艺师可以编辑明细表 为组装工人 提供组装依据 图 2 12 为提取夹具的部分资料 最后是组装工人依靠建立的三维装配模型