1、基于ProE的风筒造型设计广东工业大学华立学院本科毕业设计（论文）基于Pro/E的风筒造型设计论文题目基于Pro/E的风筒造型设计系 部 机电工程学部 专 业 材料成型及控制工程 班 级 08材料1班 学 号 12020801004 学生姓名 梁启华 指导教师 二0一二 年 6 月摘 要Pro/E(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。Pro/E是采用参数化设计的、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，可以随意勾画草图，轻易改变模型。即在整个
2、设计过程的任何一处发生改动，可前后反应在整个设计过程的相关环节。这一功能特性给工程设计者提供了设计上从未有过的简易和灵活。 本文应用Pro/E软件完成了风筒的三维造型设计。其中利用Pro/E的草绘模块、曲面模块、零件模块共同完成了风筒的外壳、前端网、后盖等的造型设计。同时利用Pro/E的组件模块完成了组成部件的装配。通过对各部件的设计，证明Pro/E软件在进行复杂的典型产品开发过程中具有简单、方便、快捷等特点，同时装配过程中能够对某一个零件进行修饰，使装配效果更加完善。关键词：风筒，三维造型设计，Pro/EAbstractPro/Engineer is a set by the design
3、to the production machinery automation software, is the new generation of product modeling system, is a parameterization, based on the characteristic entity modeling system, and has the sole database function. Pro/E is uses the parameterization design, based on the characteristic entity simulation s
4、ystem, the engineering design personnel uses characteristic has the intelligence to produce the model based on the characteristic function, may outline the schematic diagram at will, changes the model easily. Namely has the modification in entire design process any, but around responds in the entire
5、 design process related link. This function characteristic has provided in the design has never had the simplicity and nimble to the project designer.In this paper, the three-dimensional modeling design of the hair dryer was designed by the software of Pro/E. The design of five modeling which includ
6、e the hair dryer shell, the front end network, the back cover, etc. was completed by the Sketch of the module, surface modules, module parts of Pro/E. At the same time, module assembly components was complete through the component of Pro/E. Through the design of the component,which prove thar Pro/E
7、software is simple, convenient, and fast in a typical complex product development process. At the same time, the assembly process can be carried out on a modified parts so that the effect of complete assembly become more perfect.Keywords: Hair dryer, Three-dimensional modeling design, Pro/E1绪论1.1 研究
8、背景电器产品是人们日常生活必不可少的生活用品，人们对电器产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求，从而对电器产品也提出了许多新的要求。对电器产品的这种不断提出的新要求，促使电器产品的外形不断的改进，外形零件的生产技术也不断得到新的发展，使电器产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。目前，电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内外的高度重视，德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们的电器产品外观美观，让人赏心悦目，而且设计高效快捷，产品更新换代加快。如台湾的罗技公司，其鼠标产品外形美观，设计人性化，使用寿命长。目
9、前，国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于初级阶段，与发达国家的差距很大。由于电器产品美观性的要求，零件外形多为复杂曲面，传统的设计方法在对零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力，产品成形过程数值模拟技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。面对日益激烈的国际竞争，必须紧跟国际先进水平，不断提高电器产品外观零件的质量，降低设计和生产成本，加快生产周期。因而，鼠标上盖成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关电器产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新。随着计算机技术和现代工业的飞速发展，利用计算机的优越性完成技
10、术设计也有了更广泛的应用空间，CAD（Computer Aided Design）技术的发展与应用水平已经成为衡量一个国家科学现代化和工业现代化的重要标志之一,它使产品设计工作的内容和方式发生了根本性改革,彻底改变了传统手工设计绘图的方式,推动了几乎一切领域的设计革命。CAD/CAM(Computer Aided Manufacturing)也正经历着由二维设计技术向三维设计技术的发展。因为三维效果更符合人的设计思维习惯，更直观形象，易于工程与非工程人员之间的交流。采用三维设计技术不仅能预见设计产品的外观，更可建立统一的数据库，可进行应力分析，强度分析，质量分析，空间运动分析，装配干涉分析，模
11、具设计与NC可加工分析，同时又可自动生成标准准确的二维工程图，目前，中国制造业应了迎来了前所未有的良好机遇，单同时也面临着全球竞争才挑战。要想在全球化的市场中占有一席之地，不断设计开发出领先于竞争对手的新产品，使用计算机辅助设计（CAD）技术进行产品的设计，提升企业竞争力，自然成为至关重要的手段。1.2 研究现状及发展趋势当前，整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。到目前为止，多品种小批量生产方式占工业生产的比例达到75%以上。由此可见，一方面是制品使用周期缩短，另一方面样式变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此，开发快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。随着技术的
12、日臻完善给塑件设计注入了新鲜的活力并打破了传统的前卫概念，零件的体积、重量都朝着轻、薄、小巧方向发展，功能也越来越丰富。同时给设计、制造提出了挑战，特别是很多塑件采用内扣的结构，此类塑件在分模时有很多的技巧。Pro/E 已成为全世界最普及的CAD/CAM 系统，广泛应用于机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天等行业，可谓是全方位的3D产品开发软件。在产品造型中，薄壳件模具设计有80%的设计工作是在Pro/E下完成的。使用Pro/E软件进行零件设计与传统的设计方式完全不同，其主要不同点在于使用该软件，实际上就相当于设计人员把零件从毛坯开始加工成所需的零件。在这“加工”过程中，能非常直观地发现问
13、题。除了进行实体建模和装配外，在Pro/E里还可以生成二维图，它比传统的二维图先进，且效率成倍增长，实体和图样绝对一致，错误大大减少，避免了设计人员的实体概念与产品图表达的偏差，是设计人员从从繁琐的图文处理中解脱出来，把更多的时间用在概念设计上。综合来说，在经济高速发展的年代，产品设计的手段必需进行革新，而这个革新的过程就是产品设计走“软件路线”的过程，软件应用在产品设计中的普及将标志着产品设计走进一个新的时代，一个质量更高、效率更高的时代。 1.3 关于Pro/EPro/E是美国Parametric Technology Corporation(简称PTC)公司的重要产品。在目前的三维造型软
14、件领域中占有着重要地位，二十多年发展成为世界三维软件中的代表产品，作为高端的、全方位的三维产品设计开发软件，也成为国内最受欢迎的三维CADCAM软件，应用范围遍布汽车、机械、电子、模具等诸多行业。三维造型设计软件正广泛应用于工业产品的设计和制造过程中。目前流行的大型设计应用软件(如Solid Works，UG，ProE )均能实现从产品的造型设计、精确设计、模具分型、模具结构设计和模具数控加工等一整套自动化功能，为美化工业产品的外观造型、提高产品的精度和质量、缩短产品的设计和加工周期提供了非常有效的手段。Pro/E作为三维造型设计系统，是一套由设计至生产的机械自动化软件，其功能强大，用途广泛，
15、是新一代CAD/CAM系统软件。它以尺寸驱动、特征建模、全参数设计、单一全关联的数据库、虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计观念，使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化，成为目前机械CAD领域的新标准。与传统的CAD系统仅提供绘图工具不同，Pro/E提供了一套完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计、钣金设计、加工制造、机构分析、有限元分析和产品数据库管理，甚至包括了产品生命周期，是多项技术的集成产品。Pro/E的主要特征有：（1）3D实体模型；（2）单一数据库；（3）基于特征的参数化实体建模；（4）行为建模技术；（5）机构设计技术；（6）强大的装配功能；（7）NC加工
16、；（8）二次开发技术。相对于其他同类三维设计软件，Pro/E具有以下特性：(1)信息全相关性：产品开发过程中的某一处进行修改，能够扩展到整个设计中，自动地更新所有的工程文档。(2)基于特征的造型：Pro/E软件中构造实体的基本单元是特征，造型过程就是不断地增加特征，以达到最终产品希望的模型。在构造实体完成后，可对特征进行修改、复位义、重排序等操作，为用户修改模型提供了极大的方便。(3)参数化：由于采用参数化设计，用户在草绘特征时，只需按自己的意图构造几何形状，再按实际需要修改尺寸即可。(4)装配管理：Pro/E软件的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的
17、把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。(5) Pro/E系统还提供了机构运动仿真功能，可以帮助用户更好地完成机构设计，使原来在二维图纸上难于表达和设计的运动机构变得直观和易于修改。Pro/E造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。用户更可配上 Pro/E软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下具有大部分的设计能力，组装能力和工程制图能力，并且支持符合工业标准的绘图仪和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。2 产品概述2.1 工作原理吹风机直接
18、靠电动机驱动转子带动风叶旋转。当风叶旋转时，空气从进风口吸入，由此形成的离心气流再由风筒前嘴吹出。空气通过时，若装在风嘴中的发热支架上的发热丝已通电变热，则吹出的是热风；若选择开关不使发热丝通电发热，则吹出的是冷风。吹风机就是此来实现烘干和整形的目的。2.2 设计理念出于对风筒外形的考虑，本论文采用的是自上而下的设计思想。对于自上而下的理解，就是设计项目最后成型后的模形的基本概念，所以在规划设计时就会先在模型或草图也可以是脑海中模拟出这个项目，然后再由这个概念一步步实现所需的各个零件。而自下而上可以理解为清楚所需项目的几个单个零件，先画出这几个单个零件再规划出最后的项目。两者比较后，就知道哪种
19、设计适合现在的状态了。不过也有可能两者同时兼并。所以，自上而下的方式应该是相对较好的，两者兼并次下，相对较差的就是自下而上了，当然错的也可能比较多了。而软件设计最为重要的是塑造形象，即打算将软件设计成什么样，这是软件设计阶段真正要做的事。软件设计时，最重要的不是数据结构的组织，而是形象塑造，当形象有了以后，数据结构的组织就是一件很自然的事了。因此，软件设计应当先是“自上而下”。显然，光有自上而下也不行，当塑造好了模块的形象以后，还得“自下而上”地考虑如何去实现被设计模块。自下而上时还可以审视，现有的哪些模块能被将要设计的模块所重用，从而提高现有软件模块的复用性。宏观上讲，两种方法各有特点。自上
20、而下更容易把握整体性，但难度更大，成本也相对高；而自下而上则更容易做到复用，进而获得更好的经济性。在进行软件设计审查时，审查者需要注意，不能从自下而上的角度去审视被审查的设计，相反，应当采用自上而下的方式，检查被审查的模块是否很好地体现了它的概念或“模样”。2.3 结构组成吹风机的种类虽然很多，但是结构大同小异，都是由壳体、手柄、电动机、风叶、电热元件、挡风板、开关、电源线、前端网和后盖组成。本论文将详细讲解壳体和手柄的三维曲面造型过程，其前端网和后盖以及其它组件将按照壳体和手柄的尺寸进行约数合理地设计。3 造型步骤本文的风筒造型，首先结合人体工程学对风筒的外壳进行设计，是风筒的总体外形与人的
21、手部结构相结合，然后再根据外壳对风筒的内部组件按照前端网、挡风板、电机、电机底座、风叶的顺序逐一进行创建，再设计其后盖和按钮，最后对各组件进行装配，完成对风筒造型及内部结构的展示。单击【旋转】命令，选择平面，进入草绘界面，绘制图3.1所示曲线，点击【确定】按钮，设置旋转180度，点击【确定】。旋转出图3.2所示的壳体；Pro/E中，最基本的造型模式是实体造型。一个较规则的三维图形用实体来做，往往比较方便而迅速。高级曲面功能可以帮助设计人员和工程师高效开发和优化尺寸驱动式几何图形和自由曲面。参数化曲面建模功能为设计人员提供了各种方便的曲面建模工具，比如变截面扫描工具，其中纵横面可以由用户定义图表
22、或数学函数控制；另外还提供了混合曲面和大量曲面操作，扩充、裁剪、偏移以及转换等工具，以帮助用户建立精确的形状。Pro/Engineer还提供了高级建模的形式，例如圆锥曲面和多边曲面、相切曲面、利用文件建模等多种方式为Pro/Engineer曲面造型提供了丰富的手段。Pro/E中，曲面造型首先是建立曲面模型。一般先由非常弹性化的方式来建立单一曲面，然后将很多单一曲面集成为完整且没有间隙的曲面模型。曲面特征的建立除了与实体相同的一些方式外，也可由点建立成曲线，再由曲线建立成曲面。此外，曲面相互之间也有很高的操纵性。如图2所示，这就是单一曲面集成曲面模型的例子。 曲面模型描述了零件的表面，但不描述零
23、件的质量和体积。而实体的模型不仅描述了零件的轮廓线和表面，还描述其体积。可以说，实体模型包含了曲面的信息。可是，在某些场合，有时就仅仅需要这种表面模型，如产生NC代码的应用程序。而在那些需要实体的情况时，曲面模型也能很方便的转化为实体。 曲面模型转化为实体模型的方法是：以所建成的曲面为基准，用Use quilt在模型中加减材料就能得到所需要的外形。这种方法与实体的根本区别在于：当边界存在着交涉的情况时，往往用实体的方法无法天生所需要的外形。而用曲面建模这种方法可以避开这种情形的制约。 实际造型过程中往往需要这两种方法混合使用。对于较为复杂的零件，其中尽大部分是比较简单的图形，用实体造型这种方法
24、就可以解决。到了外形特别复杂的部分，仅由实体造型很难天生，这时再用曲面造型方法来天生。通过这两种方法的混合使用，既能大大地进步造型效率，又能成功建立复杂模型。 点击【草绘】命令，绘制图3.3所示的两条曲线； 点击【曲线】命令，绘制出图3.4所示中红色曲线；点击【边界混合】命令，第一方向链中选择图3.3中所画两条曲线，第二方向链中选择图3.4中所画两条曲线，如图3.5所示，点击【确定】按钮后，如图3.6所示； 所谓边界混合就是指利用边界来生成曲面，而边界混合曲面则是在边界曲面的基础上利用一个方向或两个方向上定义边界生成。边界混合（Boundary Blend）或许是所有3D Cad 软件中应用最
25、广泛的通用构面功能了。也是在通常的造型中使用频率最高的指令。边界混合指令的创建相对来说比较容易理解，但是要用好边界混合却也并不是太简单的事，只有充分理解它的各个子项的作用，才能在合适的场合使用更合适的边界混成方法。不过进入Pro/E后，很多人反映同一方向上的多条链不知道怎么选择了。其实这是因为对选择方法的理解不清导致。应该知道是用链（Chain）来构成一条边界的，也就是说，在你选择过程中，一条链就是一条边界，所以选择边界的方法就是链的方法，当完成一条链的选择进入下一条链就用Ctrl 键来添加新链，而在链的选择过程中就用Shift 键来完成多段的添加。边界条件的定义方法有两种，一个是利用操控板中
26、的菜单另一个就是利用屏幕右键菜单，只需在边界符号上点右键便可显示右键菜单并可以选择要定义的边界条件。对于所选参照线应符合下列原则：参照线可选单段基准线/边、基准线链/边链、基准点或顶点，点实体只可用于一个方向的首条或末条参照线，各参照线内所含实体段数无须相等；参照线可以仅分布在第一方向形成单方向边界混合，也可交织分布于第一和第二方向形成两方向边界混合；对于单方向边界混合，若仅有两条参照线，则二者不可形成十字交叉，而一条参照线的端点落在另一参照线当中或其端点上是允许的，若含有两条以上参照线，则所有参照线端点重合是允许的，而部分参照线相交或端点落在其它参照线当中的情况是禁止或成形异常的；对于两方向
27、边界混合，则要求某方向首、末参照线分别与另一方向首、末参照线相交，但不得相切，两个方向的首、末参照线相交时不必一定端点重合，交叉亦可(系统会自动裁剪多余部分)， 首、末以外的参照线可以与首、末参照线相交以参与形成曲面网格，亦可不相交，此时它能影响曲面形状的生成趋势，但面组将不经过它们；一般来说，同一方向内各条参照线的走向应趋于平行为最佳，这样生成的曲面质量最好，一条参照线内的各段组成实体应尽量光滑连接，保持相切或曲率连续，避免出现尖点，如参照线形状扭曲且各异，则曲面也会扭曲甚至不能生成。对于选取参照线的操作如下：将鼠标箭头移至被选对象附近，系统自动识别可选几何实体并弹出提示，若为所需参照线，则
28、单击选中该实体，若非所需则右键单击切换至其它可选实体，待满意后单击选中；除第一被选参照线以外，其它参照线选取时须保持Ctrl键按下，否则会将以前选择的所有参照线放弃，仅选中当前一条；若需从参照线列表中删除一参照线，可在保持Ctrl键按下的同时单击它去除参照线定义，或从列表中单击加亮后右键单击弹出快捷菜单【移除】之，若需删除所有参照线，可从列表中弹出快捷菜单选【移除全部】或在图形区弹出快捷菜单选【清除】；如参照线为多段实体链，则应首先选中其中一段实体，而后按下Shift键将鼠标箭头放在该段实体上，系统会弹出提示表明可用的选链方式，单击右键切换到需要的方式后再作进一步操作即可选取链实体。点击【拉伸
29、】按钮，点击【拉伸为曲面】、【去除材料】选项，选择平面，进入草绘界面，绘制图3.7中红色部分的曲线，点击【确定】，选择【拉伸到下一平面】，选择好去除材料的方向，选择图示的旋转曲面为【修建面组】，效果如图3.8所示； 点击【拉伸】命令，点击【拉伸为曲面】、【去除材料】选项，进入草绘界面，绘制图3.9中红色部分线段, 点击【确定】，选择【拉伸到下一平面】，选择好去除材料的方向，选择如图所示的旋转曲面为【修建面组】，效果如图3.10所示；点击【基准点】工具，如图3.11红色部分所示，建立4个基准点；点击【曲线】命令，先后四次分别建立图3.12所示4条曲线；点击【边界混合】命令，第一方向链选取4条连接
30、曲线，第二方向链选取上述4条曲线两端点所连成的两条曲线（即两曲面的边界线），如图3.13所示，点击【确定】，由此得出一个顺滑的过渡曲面，效果如图3.14； 曲面造型分两种方法，一是由曲线构造曲面；二是由曲面派生曲面。1、由曲线构造曲面(1)旋转曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的曲面。(2)线性拉伸面：一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的曲面。(3)直纹面：在两曲线间，把其参数值相同的点用直线段连接而成的曲面。(4)扫描面：截面发生曲线沿一条、二条或三条方向控制曲线运动，变化而生成的曲面。可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射状扫描曲面
31、。(5)网格曲面：由一系列曲线构成的曲面。根据构造曲面的曲线的分布规律，网格曲面可分为单方向网格曲面和双方向网格曲面。单方向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线构成；而双方向网格曲面由一组横向曲线和另一组与之相交的纵向曲线构成。(6)拟合曲面：由一系列有序点拟合而成的曲面。(7)平面轮廓面：由一条封闭的平面曲线所构成的曲面。(8)二次曲面：椭圆面抛物面，双曲面等。2、由曲面派生曲面(1)等半径倒圆曲面：一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。(2)变半径倒圆曲面：半径值按一定的规律变化的圆弧段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。(
32、3)等厚度偏移曲面：与原始曲面偏移一均匀厚度值的曲面。(4)变厚度偏移曲面：在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面。(5)混合曲面（桥接曲面）：在两个（或多个）分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面。(6)延伸曲面：在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势（或某一给定的矢量方向）进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面。(7)修剪曲面：把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面。(8)拓扑连接曲面：把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。点击【合并】命令，选取如图3.15所示的三部分曲面，点击【确定】，则三部分曲面合并成了一整个曲面，如图3.15所示； 点击【镜像】命令，选取上一步骤中合并的曲面为目标曲面，选取镜像平
