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探讨PROE在机械CAD设计中的应用
信阳职业技术学院学生毕业论文
探讨ＰＲＯ／Ｅ在机械ＣＡＤ设计中的应用
系部专业
年级班级xxx
姓名学号xxx
指导老师xx
目录
目录1
摘要2
探讨ＰＲＯ／Ｅ在机械ＣＡＤ设计中的应用3
前言3
1.Pro/E提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
4
1.1PRO/E的参数化设计4
1.2基于特征建模5
1.3单一数据库6
2、PRO/E在机械CAD设计中应用6
2.1机械CAD技术的发展趋势6
2.2PRO/E在三维CAD中的应用7
总结8
致谢9
参考文献9
摘要
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。
因此,介绍三维CAD软件Pro/E设计手段的优势,阐述Pro/E参数特性及目前推广存在的问题。
关键词：
机械自动化，三维ＣＡＤ，参数特性
ABSTRACT
Pro/Engineerisasetofmachineryfromdesigntoproductionautomationsoftware,isanewgenerationofproductmodelingsystemisaparametric,featurebasedsolidmodelingsystem,andhasasingledatabasefunctionality.Therefore,introducingthree-dimensionalCADsoftwarePro/EdesignmeanstheadvantagesdescribedPro/Eparametercharacteristicsandthecurrentpromotionproblems.Foreignlanguagetranslatoronlinetranslatorandonlinepronunciationfeatures!
Keyword:
Machineryautomation,threedimensionalCAD,parametercharacteristic
探讨ＰＲＯ／Ｅ在机械ＣＡＤ设计中的应用
前言
在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要。
模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展。
模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。
CAD/CAM技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持,为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。
而CAD/CAM中应用最广泛和最好用的软件中，Pro/Engineer软件又位居最前列。
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CAM/CAE最成功的一种设计软件，它集零件设计，装配，工程图，模具设计，数控加工，钣金设计，仿真，有限元件分析于一体，被广泛地应用与机械，汽车，航天，家电，玩具，模具，工业设计等行业。
PRO/E的概念Pro/Engineer是新一代的一套由设计至生产的机械自动化造型系统软件产品,是一个参数化并且基于特征的实体造型系统,不但如此,该软件还具有单一数据库功能。
Pro/Engineer是采用参数化、实体模型化系统,可采用具有智能功能根据去生成模型,你可以随意勾画草图,轻易的建立你想要的模型，用起来方便顺手，无形当中会为你节省好多时间。
我们大家都知道模具发展的速度快慢会直接影响一个国家的国民经济，为了我们国家的经济发展，为了民族的强大，我们不得不把工业的发展作为重中之重。
而PRO/E在工业发展中起到推动作用。
下面我对PRO/E的特征和功能及PRO/E在机械CAD设计中应用进行探讨。
1.Pro/E提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
1.1PRO/E的参数化设计
参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。
而基于Pro/E的参数化设计开发一般有3个步骤:
1利用Pro/E的实体造型及参数驱动功能,进行零件的建模;
2对所建的模型进行参数、以及参数间关系设定,从而满足参数驱动的需要—利用工具菜单中的关系下拉菜单进行;
3利用Pro/E提供的工具进行参数化设计开发。
参数化设计开发及应用在以下的几个方面
（1）族表技术的应用
在零件设计时,如果某些零件结构一样,只是尺寸不同,那么这些零件就不必一一单个建立,可建立一个父零件,定义各个控制零件形状大小的参数,在设计时通过改变各个参数的值来得到所需要的衍生件,从而建立一系列的零件,这些零件组成的集合称为族表。
在建立父零件时应注意以下2个问题:
①父零件一般采用同类型标准件中尺寸最大的标准件。
②父零件应包含同类型标准件的所有特征。
（2）Pro/Program技术的应用
Pro/Program是一个记录模型建立过程的文件，它记录着模型产生的步骤和条件，包括所有的特征的建立过程、参数、尺寸和关系式等模型信息，系统将建立的每个特征的信息写到程序中，用户可以通过编辑非常简单的程序语言改变零件的特征。
通过“program”可以控制零件中特征的出现与否，尺寸的大小和装配件中零件的出现与否，零件的个数等，从而很方便地设计一系列不同的产品。
由于常用件的结构形状和尺寸比较相似，故采用Program技术进行模具设计系统中常用件库的开发。
Pro/Program程序由5个部分顺序构成：
程序标题、输入提示信息、输入关系式、添加特征（或零件）、质量特性，用户可根据需要在输入提示信息部分（INPUT和ENDINPUT）之间加入可修改的参数名即可。
（3）基于Pro/Toolkit开发的参数化设计技术应用
基于Pro/Toolkit三维参数化设计的开发方法有2种：
①应用特征描述法利用Pro/Toolkit提供的底层函数完成特征建模，并建立人机对话框，实现三维参数化设计，此方法程序设计繁琐，对于形状复杂的产品来说，用程序来生成三维模型非常困难;
②采用三维模型与程序控制相结合的方式，基本过程为在Pro/E环境下利用交互方式生成三维模型，然后在已创建的零件三维模型的基础上，根据零件的设计要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数。
参数化程序针对该零件的设计参数进行编程，实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的三维模型的功能。
此种方法可以生成形状复杂的产品模型，编程相对来说较简单，被广大开发者采用。
参数化设计是CAD技术在实际应用中提出的课题，利用参数化设计手段不但可以开发专用产品设计系统，还可以进行产品的参数化设计，从而使设计人员从大量繁重而琐碎的设计工作中解脱出来，轻松实现零件设计、模具设计、装配设计、加工设计等同时进行，加快模具设计过程，缩短设计、制造周期，增强新产品开发能力，增强市场竞争力。
1.2基于特征建模
Pro/E是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，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
随着“特征”的概念在现代设计中应用越来越广泛。
特征是对具有相同属性的具体事物的抽象。
在Pro/E中，特征是指组成图形的一组具有特定含义的图元，是设计者在一个设计阶段完成的全部图元的总和。
特征的划分有以下3个主要依据。
∙特征创建的原理：
如拉伸实体特征和混合实体特征。
∙特征的用途：
如实体特征和基准特征。
∙特征的结构特点：
如圆孔特征和筋特征。
Pro/E的特征建模思想为操作和管理图形上的图元提供了极大的方便。
一个三维实体模型就是由数量众多的特征以“搭积木”的方式组织起来的，因此，特征是模型结构和操作的基本单位，模型创建过程也就是按照一定顺序依次向模型中添加各类特征的过程。
为了管理这些特征，系统设置了一个优秀的特征管理员——模型树。
一个模型上特征数量的多少对模型有较大的影响。
一般来说，减少特征数量具有三个优点分别是减少模型再生时间，减少模型文件大小和方便对特征的操作和管理。
因此在使用软件进行三维实体建模时，一般应该在满足设计要求的前提下尽量减少模型上特征数量。
1.3单一数据库
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库，就是工程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，不管他是哪一个部门的。
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。
例如，一旦工程详图有改变，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的结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
2、PRO/E在机械CAD设计中应用
计算机辅助设计（CAD）技术,从广义上说包括二维绘图、三维设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术（CAD/CAE/CAM）的集成技术等。
2.1机械CAD技术的发展趋势
计算机辅助设计（CAD）技术,从广义上说包括二维绘图、三维设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术（CAD/CAE/CAM）的集成技术等。
目前CAD技术在机械行业的应用多数还局限于完成发传统意义上的二维绘图设计,并且应用也已相当普遍,人们习惯将此称之为CAD。
在得到一定的普及之后,虽“甩掉图版”的初级阶段,但可以发现二维绘图再许多情况下与传统的手工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改（不是对表达“图线”的修改而是对设计“概念”的修改）和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。
也就是说目前CAD技术的应用还仅仅停留在只起到代替手工绘图的层面上。
随着CAD基础理论和应用技术的不断发展，对CAD系统的功能要求也越来越高。
设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到“甩图板”的目的，而是希望它能本质上减轻大量简单繁琐的工作，使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动中。
由于三维CAD系统具有可视化好，形象直观，设计效率高，以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺和制造信息等优势，使其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。
以CAD二维形式表达的工程图是工程技术人员反映其设计思想的语言，还包含着一些行业约定和简化，通过选择最合理的投影面、剖切位置、剖切方式来表达零件的几何和加工信息，具有简单、完整、准确等特点，这种以投影原理为基础的工程图能够表达的零件的复杂性几乎是无限的，人类近200年的使用充分证明了工程图表征零件的合理性。
由于经济实力、技术水平、习惯定势和三维CAD系统本身功能的局限性等原因，三维CAD并不能简单地取代二维CAD系统。
我们应针对企业的技术能力、专业领域的设计特点和实际需求，即有二维CAD系统和设计资源的继承利用等，进行总体设计、分步实施。
有时，二维的与三维CAD系统是互相配合、互为补充的关系。
目前，三维CAD系统已经成为企业进行产品创新设计的主流工具。
三维CAD系统已经从早期的实体造型，发展到特征造型和基于约束的造型。
然而高端的三维CAD系统主要包括UGNX、CATIA、PRO-E。
中端主流的三维CAD系统主要包括SolidWorks、SolidEdge、Inventor。
2.2PRO/E在三维CAD中的应用
随着计算机技术的发展，CAD软件发展异常迅速，出现了众多的三维设计软件而由美国参数技术公司（PTC）推出的基于特征的参数化实体造型软件Pro／E，由于其全新的设计思想，直观的操作性、良好的对象导向性及单一数据库下的全相关性使其在三维CAD领域占有不可忽视的地位。
PRO／E作为一个功能强大的三维设计软件，与当前流行的二维设计软件AutoCAD在进行设计过程中有着本质的区别。
ＰＲＯ／E采用特征（Feature）作为基础特性，利用一般的机械对象概念，如圆角、孔、倒角、螺纹等，以最自然的思考方式从事设计工作，摆脱了传统的点、线、面为主的线框架模型，因此单个零件（Part）是由一系列的特征（Feature）所组成，组合模型（Assembly）是由许多零件（Part）组成。
1part=featurel+feature2+feature3+⋯lassembly--partl+part2+part3+⋯在Pro／E的三维建模过程中，必须在空间建立1基本实体模型，而基本实体模型是由基本截形通过拉伸、旋转、扫描、混成等形成，基本截形又是通过草绘平面图得到，因此二维截面图形的绘制是Pro／E系统建立三维实体模型过程中一个最基本且极重要的阶段。
通过对二维和三维CAD系统的分析可以看到：
三维CAD系统有较好的造型工具，能实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法，实现装配等复杂设计过程，使设计更加符合实际设计过程；随着零件复杂程序的增加，用三维造型系统来表达零件的难度远比用二维图形系统增加得快；三维造型系统能方便地与CAE系统相连，进行仿真分析；能提供数控加工所需的信息，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。
由于三维CAD系统有其自身巨大的优越性，随着计算机软硬件系统的发展，性能价格比的不断上升，这种优越性会越来越明显。
三维CAD系统的核心是产品的三维模型。
三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型，模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。
计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展，所表达的几何体信息越来越完整和准确，能解决“设计”的范围越广。
其中，线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形，就如同用线架搭出的形状一样，模型中没有表面、体积等信息。
表面模型是利用几何形状的外表面构造模型，就如同在线框模型上蒙了一层外皮，使几何形状具有了一定的轮廓，可以产生诸如阴影、消隐等效果，但模型中缺乏几何形状体积的概念，如同一个几何体的空壳。
几何模型发展到实体模型阶段，封闭的几何表面构成了一定的体积，形成了几何形状的体的概念，如同在几何体的中间填充了一定的物质，使之具有了如重量、密度等特性，且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。
由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征，使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，更能反映实际产品的构造或加工制造过程。
总结
通过这次写毕业论文，让我深刻的了解Pro/Engineer操作软件得功能特征及在机械CAD中的应用，又进一步的知道了Pro/E提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
CAD从广义上说包括二维绘图、三维设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术（CAD/CAE/CAM）的集成技术等。
二维CAD和三维CAD的分析可以知道，三维CAD系统有其自身巨大的优越性，随着计算机软硬件系统的发展，性能价格比的不断上升，这种优越性会越来越明显三维CAD系统的核心是产品的三维模型，是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型，模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。
由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征，使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，更能反映实际产品的构造或加工制造过程。
Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
致谢
值此论文完成之际，我忠心地感谢我的导师陈军老师在我大学期间对我的谆谆教诲和指导。
陈老师严谨的学风、踏实的工作干劲、广博的学识和亲切随和的为人之道都我留下了深刻的印象，使我受益匪浅，也成为我学习的榜样。
感谢所有辛勤培养教育过我的老师，是他们无私的培育，才成就了现在的我。
感谢王文静、王杰、薛媛、李芳、杨琼璐等这些和我一起成长的同学三年来对我的关心、帮助、支持和鼓励。
感谢数计系所有的师兄师弟师姐师妹们给我的帮助。
感谢我勤劳质朴的父母多年来在物质和精神上给予我的悉心的照顾和鼓励。
忠心感谢每一位曾经真诚帮助和关心过我的人们，愿你们永远幸福安康。
参考文献
[1]朱显明、马洪波.《浅谈Pro/E软件在机械CAD设计中应用》期刊《硅谷》2009年第23期
[2]刘竹青《Pro/EWildfire入门与提高实用教程》中国铁道出版社2004年
[3]甘登岱杨占尧李纪英 《Pro/ENGINEER2000i/i2与三维模型设计》清华大学出版社2002年
[4]黄光辉《Pro/ENGINEER高级造型技术》清华大学出版社2008年
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