proengineer家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

2013-07-19 by:廣州ProE/Creo培訓(xùn)中心來源:仿真在線

PTC公司1985年成立于美國波士頓,并開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年,誕生了V1.0的proeNGINEER。之后經(jīng)過10余年的發(fā)展,proeNGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。

proeNGINEER軟件提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境:PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能,還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等,它已廣泛應(yīng)用于電子,機(jī)械,模具,汽車,航天,家電等各行業(yè);下面就proeNGINEER的特點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹。

1.1 易于使用
Pro/DESIGNIER是工業(yè)設(shè)計(jì)模塊的一個(gè)概念設(shè)計(jì)工具,能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易地創(chuàng)建、評(píng)價(jià)和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計(jì)概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計(jì)或原型制造中。Pro/NETWORK ANIMTOR通過把動(dòng)畫中的幀頁分散給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)處理器來進(jìn)行渲染,大大的加快了動(dòng)畫的產(chǎn)生過程。其菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn),提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng),同時(shí)還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助,這種形式使其容易學(xué)習(xí)和使用。

1.2 基于特征的參數(shù)化造型
proeNGINEER使用用戶熟悉的特征:一些普通的機(jī)械對(duì)象作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。并且可以按預(yù)先的設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如:設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等,它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的,因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)(不但包括幾何尺寸,還包括非幾何屬性),然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)替代,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。

1.3 全相關(guān)性
proeNGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的,因此在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改,能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中,同時(shí)會(huì)自動(dòng)更新所有的工程文檔,包括裝配、設(shè)計(jì)圖紙,以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改,卻沒有任何損失,并使并行工程成為可能,所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。

1.4 數(shù)據(jù)管理
為了實(shí)現(xiàn)加速投放市場這種效率,需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。這樣就必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制,正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作,由于使用了Pro/RNGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能,因而使之成為可能。

基于其高效,優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn),該軟件近年來已廣泛的應(yīng)用于各相關(guān)企業(yè)和研究單位。

2、家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們生活水平的不斷提高,追求完善已成為時(shí)尚,人們對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品要求已不僅僅滿足于基本功能的完備,同時(shí)更注重外觀的美感,以DVD影碟機(jī)為例,在不斷提高和完善其功能的同時(shí),在外觀造型上要求越來越高,多以復(fù)雜方式自由變化的曲線曲面即所謂自由型曲線曲面組成,這就給家電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造帶來了挑戰(zhàn)。

有些家電產(chǎn)品看起來相當(dāng)復(fù)雜,造型時(shí)感到無從下手,但只要能合理地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分解,確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要特征,也就是將設(shè)計(jì)者構(gòu)思的初步輪廓用proeNGINEER強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能,生成三維實(shí)體模型,即提供一個(gè)可視化界面,再在該界面上逐步進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì)造型;分清哪些是基本特征(如配合面,保證產(chǎn)品外形輪廓的特征),哪些是構(gòu)造特征(如面與面之間的過渡、凸臺(tái)、凹腔、倒圓、倒角等)。首先從基本特征入手,保證重點(diǎn),產(chǎn)生一個(gè)合理的造型“基體”或稱之為“毛坯”,再在這“毛坯”上完成細(xì)節(jié)部分,如過渡面、局部凸臺(tái)、凹槽、孔、筋條等。這樣主次分明,先做什么,后做什么,問題就迎刃而解了。

在設(shè)計(jì)中,我們用proeNGINEER作為設(shè)計(jì)平臺(tái),利用它來完成產(chǎn)品的三維實(shí)體造型:將一個(gè)產(chǎn)品的所有零部件都通過proeNGINEER軟件進(jìn)行三維建模,并按一定的裝配關(guān)系進(jìn)行組裝,由部件到小的裝配件再到大的裝配組件最后成為整機(jī)。利用proeNGINEER簡單的鼠標(biāo)操作,立體直觀地展現(xiàn)零部件形狀和內(nèi)容結(jié)構(gòu),以及零部件之間的裝配關(guān)系,運(yùn)用proeNGINEER來完成造型和模擬裝配,使我們可以簡便、快捷的勾勒出設(shè)計(jì)思路,并可有效的進(jìn)行可行性分析,檢驗(yàn)各裝配零件間有無干涉,再利用proeNGINEER的塑料顧問模塊模擬塑料零件的成型過程,評(píng)估注塑工藝性,得到可靠、易理解的加工工藝反饋和建議,因而我們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題,對(duì)工藝的合理性等功能分析提供研究數(shù)據(jù),而且為后續(xù)的模具設(shè)計(jì)、NC加工等奠定了基礎(chǔ)。

最后根據(jù)計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)結(jié)合市場及用戶的要求完成對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從外觀造型到色彩配置,從功能組合到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從加工工藝到使用條件的討論和分析,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3、零件三維實(shí)體創(chuàng)建方法

3.1 分析零件
proeNGINEER三維模型將線框、曲面和實(shí)體三者有機(jī)結(jié)合起來,形成一個(gè)整體,在建立產(chǎn)品幾何模型時(shí)兼用線、面、體三種設(shè)計(jì)手段。其所有的幾何造型享有公共的數(shù)據(jù)庫,造型方法間可互相替換,而不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此在進(jìn)行產(chǎn)品造型時(shí),必須首先充分了解應(yīng)用軟件中的各種造型方法,總結(jié)出造型方法的特點(diǎn)、相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用技巧,減少造型的盲目性,才能快捷有效地獲得滿意結(jié)果。

3.2 建模步驟
在實(shí)體造型時(shí)需先行完成基本參數(shù)的設(shè)置:

    ① 新建一種符合ChineseGB的單位設(shè)置:單位長度mm,質(zhì)量kg,從菜單管理器選擇Part-Setup-Units,打開數(shù)值單位管理器進(jìn)行修改;
    ② 基準(zhǔn)面設(shè)置:至少建立3個(gè)正交的基準(zhǔn)面,推薦命名為front middle base;
    ③ 定義視圖:設(shè)置1個(gè)缺省視圖和6個(gè)相對(duì)基準(zhǔn)面的方向視圖,建議命名為front top right back bottom left。

根據(jù)零件的主要結(jié)構(gòu)建立特征,進(jìn)入proeNGINEER的Part模塊,在Feature菜單下建好零件的三個(gè)默認(rèn)基準(zhǔn)平面(Default datum planes),在Solid特征的Protrusion功能中選用適合的構(gòu)件方式,如Extrude,Sweep,Revolve等進(jìn)入草繪環(huán)境,以建好零件的基準(zhǔn)面作為Part剖面的草繪平面(Sketching plane),繪圖參考面(Reference plane),剖面尺寸標(biāo)注參考面完成二維草繪的繪制,建立一個(gè)合理的實(shí)體毛坯,確定后續(xù)各特征的相關(guān)關(guān)系,在毛坯模型的基礎(chǔ)上完成每個(gè)特征細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。

利用proeNGINEER進(jìn)行三維實(shí)本造型時(shí)基準(zhǔn)參考面的選取是幾何模型建立與修改是否成功的關(guān)鍵,這是因?yàn)橐阅J(rèn)基準(zhǔn)面作為參考建立的實(shí)體或曲面可以避免產(chǎn)生相互間的不必要的父子關(guān)系。

以DVD面框?yàn)槔?建模的關(guān)鍵在于運(yùn)用Shell特征做出DVD面框的殼體:首先,要根據(jù)對(duì)所選用材料的流動(dòng)性分析設(shè)定殼體的厚度,其次,還需要根據(jù)零件的形狀確定Shell特征在建模諸多特征中的使用順序,這是因?yàn)楦魈卣鞯呐帕许樞蛑苯佑绊懙搅慵欠駮?huì)產(chǎn)生尖角等不利于Shell特征成功的建模缺陷。

產(chǎn)品三維造型的最終目的是制造,家電產(chǎn)品零件大都由模具生產(chǎn)出來。因此,在三維造型時(shí),要從模具的角度從考慮,在確定產(chǎn)品出模方向后,應(yīng)檢查曲面能否出模,是否有倒扣現(xiàn)象(即撥模角為負(fù)角),如發(fā)現(xiàn)有倒扣現(xiàn)象,應(yīng)對(duì)特征的控制線進(jìn)行修改,重構(gòu)特征。這一點(diǎn)往往被忽略,但是卻非常的重要。

4、零件裝配設(shè)計(jì)

在許多產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的初期,我們經(jīng)常會(huì)遇到的問題是:

① 只知道整個(gè)產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)不清楚。
② 產(chǎn)品裝配的具體尺寸不清楚,只知道整個(gè)裝配的大概尺寸。

在這種情況下,已有的方法是通過設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)以及一次次的嘗試來達(dá)到最終產(chǎn)品的目的,這無疑是事倍功半。而通過proe軟件將產(chǎn)品的三維模型完整的展現(xiàn)在我們的面前,對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的研究、分析直至將產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上完成之后再進(jìn)行實(shí)際的加工、裝配,無疑是事半功倍。

Pro/ASSEMBLY是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng),能夠向用戶提供自定義手段去生成一組組裝系列而且可自動(dòng)地更換零件,其功能如下:

    ① 在組合件內(nèi)自動(dòng)零件替換(交替式)。
    ② 規(guī)則排列的組合(支持組合件子集)。
    ③ 組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個(gè)新的零件)
    ④ Pro/ASSEMBLY里有一個(gè)Pro/Program模塊,它提供一個(gè)開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動(dòng)化程序,這種程序只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可,即使不是技術(shù)性用戶也進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)。
proeNGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使用一些直觀的命令,例如“Mate”、“Insert”、“Align”等命令很容易地把零件裝配起來,高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理,這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來表示,從而使設(shè)計(jì)人員可以對(duì)某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究,同時(shí)在整個(gè)產(chǎn)品中使設(shè)計(jì)意圖保持不變。附加的功能還能使用戶很容易的創(chuàng)建一組設(shè)計(jì),有效的支持工程數(shù)據(jù)重用。

4.1 裝配步驟:
進(jìn)入“Assembly”模式。選“Create”,命名一組關(guān)系圖檔。選“Component”,進(jìn)行組合。用“Assembly”選出主零件,主零件出現(xiàn)在主窗口中。再用“Assembly”選出另一零件,該零件出現(xiàn)在上方次窗口中。選“Single”,進(jìn)行一對(duì)一的組合。接著出現(xiàn)有約束配合關(guān)系命令的對(duì)話框,常用項(xiàng)目如下:

    ① Mate:兩平面相密合;
    ② Mate Off:兩相對(duì)平面間間隔一段距離;
    ③ Align:兩平面或兩圓弧(或圓)沿中心線互相對(duì)齊;
    ④ Align Off:兩平面或兩圓弧(或圓)沿中心線互相對(duì)齊后隔開一段距離;
    ⑤ Insert:孔與洞之配合;
    ⑥ Orient:兩平面互相平行且同向;
    ⑦ Coord sys:利用坐標(biāo)。

使用時(shí)除了利用坐標(biāo)組合以外,其余的配合通常須設(shè)定兩種以上的配合方式來確定兩零件之相對(duì)關(guān)系,再選“Done”,此時(shí)系統(tǒng)會(huì)將次視窗之零件自動(dòng)組合到主視窗之零件上,同時(shí)關(guān)閉次視窗。

4.2 零件間的裝配關(guān)系
裝配爆炸圖及零件定義運(yùn)動(dòng),結(jié)合給零件加上不同的顏色,質(zhì)感,光源以表達(dá)產(chǎn)品的真實(shí)性及半透明顯示外部零件等手段可以清晰地表達(dá)裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),反遇出零件間的裝配關(guān)系。

在設(shè)計(jì)中的各個(gè)零件模型,可以進(jìn)行相互的組合,也可以爆炸開來,當(dāng)組合完成后,使用主菜單下之“View”——“Explode”系列指令即可以將組合件爆炸開來,若要使其重新恢復(fù)組合,使用“Un-Explode”指令即可。

另外組件爆炸開的相對(duì)距離,可利用“Modify”模式下的“Mod Expld”指令,再選欲做改變的零件,更改所顯示的相對(duì)距離數(shù)值,這樣的操作使產(chǎn)品在制造之前即可觀察到其結(jié)構(gòu)全貌。

4.3 模型分析
用于完成零件間干涉及間隙檢查:當(dāng)裝配件各組件間出現(xiàn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)干涉時(shí)系統(tǒng)會(huì)提交干涉報(bào)告,這一點(diǎn)對(duì)于實(shí)際工程設(shè)計(jì)是極具意義的功能,以DVD面板組件為例,用干涉報(bào)告為依據(jù),設(shè)計(jì)人員就可以在塑膠件,PCB板開模前發(fā)現(xiàn)裝配可能出現(xiàn)的問題,及時(shí)修正設(shè)計(jì)方案,從而避免了產(chǎn)品成型后發(fā)現(xiàn)問題,進(jìn)行模具變更所造成的新品投放市場延后及經(jīng)濟(jì)效益損失。

5、 proeNGINEER推廣應(yīng)用的一些體會(huì)

CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計(jì)是世界工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的大勢所趨,它在提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率上發(fā)揮著積極的作用,而proeNGINEER軟件的參數(shù)化和全相關(guān)特性、干涉檢查、空間管線布局、鈑金件折彎與展開等多項(xiàng)實(shí)用而強(qiáng)大的功能則是二維軟件難以實(shí)現(xiàn)的。因此,使用proeNGINEER軟件開發(fā)產(chǎn)品,可使其設(shè)計(jì)水平產(chǎn)生一個(gè)實(shí)質(zhì)性的飛躍進(jìn)。

proeNGINEER作為一種通用工程軟件有著其強(qiáng)大的功能,但要更好地服務(wù)于家電產(chǎn)品的研發(fā)還需要在供應(yīng)商的協(xié)助下進(jìn)行一些相關(guān)的二次開發(fā)工作,另外總結(jié)出一套較全的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于推廣和使用proeNGINEER軟件帶動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他方面的發(fā)展和進(jìn)步是十分必要的:proeNGINEER不同版本的操作界面改動(dòng)很大,這一點(diǎn)讓一些早有proeNGINEER使用經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師會(huì)感到很不適應(yīng)。

proeNGINEER軟件是當(dāng)今世界優(yōu)秀的CAD系統(tǒng)軟件,在這套系統(tǒng)中包含了許多目前國際上先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)理念和思想,諸如并行設(shè)計(jì)、柔性設(shè)計(jì)、Top-down設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)靈敏度設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)技術(shù),在進(jìn)一步推廣和使用proeNGINEER軟件的同時(shí)這一先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)也將引入到家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中來,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)本著充分利用和發(fā)揮proeNGINEER軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上特有的優(yōu)勢堅(jiān)持不懈地將proeNGINEER普及到結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中,全面的推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和進(jìn)步,與世界先進(jìn)工程技術(shù)接軌,從而大幅度提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率。

利用數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密制作是proeNGINEER的一大特征,如果能夠用再稍微粗略的感覺進(jìn)行設(shè)計(jì),然后再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),這對(duì)活用設(shè)計(jì)人員的構(gòu)思很重要,為了實(shí)現(xiàn)活用數(shù)據(jù)信息的整體工程,首先必須確保創(chuàng)意設(shè)計(jì)和下游CAM部門的連帶性。如何進(jìn)一步充實(shí)proeNGINEER數(shù)據(jù)與家電產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交互和連帶方面的功能,是一個(gè)值得探索的問題。

基于proeNGINEER技術(shù)的輔助鈑金下料

作為一種常用的結(jié)構(gòu)件,鈑金零件在通信、電子、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械等行業(yè)有著廣泛地應(yīng)用。其常用加工形式有彎曲、成形、沖壓等,形狀和尺寸精度互換性較好,可以滿足一般的裝配及使用要求。經(jīng)過塑性變形,金屬內(nèi)部組織得以改善,機(jī)械強(qiáng)度有所提高,具有重量輕、剛度好、精度高和外形光滑美觀的特點(diǎn),與焊接、膠接等工藝配合,可使零件結(jié)構(gòu)更趨合理,加工更加方便,是制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的主要方法。

國內(nèi)多數(shù)企業(yè)雖然已經(jīng)引入CAD技術(shù),但對(duì)鈑金下料計(jì)算大多仍采用等分投影法,與傳統(tǒng)手工計(jì)算方法相比,過程雖有所簡化,其實(shí)質(zhì)并沒有得到根本改變,只是將圖板換成了“電子圖板”。目前業(yè)界流行的SolidWorks、Solid Edge、proeNGINEER等三維CAD軟件均具有鈑金設(shè)計(jì)模塊,可以便捷地完成鈑金設(shè)計(jì),獲取所需下料展開圖,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。本文將以proeNGINEER為平臺(tái),通過兩個(gè)典型案例,對(duì)其設(shè)計(jì)過程加以簡介。

45°斜交三通管結(jié)構(gòu)圖

其中管1下料計(jì)算步驟如下。

(1) 新建鈑金零件,設(shè)定模板為“mmns_part_sheetmetal”。

(2) 選擇下拉菜單“插入/薄板伸出項(xiàng)/旋轉(zhuǎn)”命令,在top基準(zhǔn)面上繪制草圖,設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸為Front,雙側(cè)對(duì)稱旋轉(zhuǎn),預(yù)留加工余量為1°,確定旋轉(zhuǎn)角度為359°,設(shè)定相應(yīng)材料厚度。 (3)選擇“插入/切削/旋轉(zhuǎn)”命令,設(shè)定草圖基準(zhǔn)面為Front,如圖3所示,繪制草圖,設(shè)定45°基準(zhǔn)軸線為旋轉(zhuǎn)軸,雙側(cè)對(duì)稱360°旋轉(zhuǎn)除料。

(4)選擇“插入/折彎操作/展開”命令,選取鈑金展開固定面為359°處預(yù)留接縫,規(guī)則展開全部表面后,即可獲得管1的下料展開圖。

(5)同上所述,管2下料展開圖如圖5所示。在本例中,用戶采用拉伸切削或鉆孔命令,均可達(dá)到相同的效果。

2、圓錐臺(tái)-圓管90°彎頭

彎頭由斜切圓錐臺(tái)管與斜切圓柱管焊合構(gòu)成。本例中我們將采用Top-down設(shè)計(jì)方法,在裝配設(shè)計(jì)中完成兩斜切管下料計(jì)算。

圓錐臺(tái)-圓管彎頭結(jié)構(gòu)圖

2.1 新建設(shè)計(jì)組件

設(shè)定模板為mmns_asm_design。

2.2 斜切圓錐臺(tái)管的設(shè)計(jì)

(1)選擇“元件/創(chuàng)建/零件/鈑金件”命令,創(chuàng)建第一特征,如圖7所示。

(2)選擇“鈑金件/薄壁/旋轉(zhuǎn)”命令,設(shè)定asm_front為草圖平面,asm_right為旋轉(zhuǎn)軸,雙側(cè)對(duì)稱旋轉(zhuǎn),確定旋轉(zhuǎn)角度為359°,設(shè)定相應(yīng)材料厚度。

(3)插入草繪基準(zhǔn)曲線,選取asm_front為草繪平面,繪制45°分割線如圖8所示。

(4)選擇“插入特征/鈑金件/切割/實(shí)體”命令,使用前述45°分割線切除圓錐臺(tái)管多余部分。