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1、0913410528 张谊龙论文武汉生物工程学院毕业（论文）设计 题 目： 基于pro/E的玩具枪模型设计 学 生： 张谊龙 系 别： 机电工程系 专业班级： 机械设计制造及其自动化09级5班指导教师： 吴 芬 辅导教师： 吴 芬 时 间： 2012年3月 至 2013年5月 目录摘要 I关键词 IAbstract IKey words I前言 11. Pro/ENGINEER的应用 11.1. Pro/ENGINEEER在国际上的应用 11 零件的三维建模 21.1. 制退器实体的创建 31.1.1. 新建零件 41.1.2. 拉伸特征的草绘 61.1.3. 旋转特征的创建 71.1.4.

2、拉伸去除材料和倒角处理 81.2. 枪管的实体的创建 91.2.1. 混合创建带散热槽部分 101.2.2. 旋转创建枪管两端无散热槽部分 111.2.3. 拉伸去除材料创建内孔 122. 产品装配 132.1. 产品装配分析 132.2. 产品装配过程 132.2.1. 新建装配图 132.2.2. 机匣与握把的装配 152.3. 部分装配效果图 162.3.1. 弹夹装配效果 162.3.2. 瞄镜装配效果 173. 创建工程图 173.1. 工程图的创建 183.1.1. 工程图的创建 183.1.2. Pro/E的默认投影视角调整 183.2. 制退器的工程图创建 193.2.1. 创

3、建第一个视图 193.2.2. 创建俯视图 193.2.3. 创建左视图 193.2.4. 创建局部剖视图 204. 设计小结 20参考文献 21致谢 21摘要本论文主要是在PRO/E软件设计平台上完成玩具枪模型的三维造型设计。在整个设计过程中，主要对玩具枪的各个零部件进行造型设计，最后对各个零部件进行虚拟装配。通过对变形金刚的系统设计，肯定了PRO/E软件在造型设计、基本特征创建、组件虚拟装配、着色渲染等方面的优势，从而使设计工作直观化、高效化、精确化。并精确证明了PRO/E软件在产品的研究和开发中具有很重要的意义。关键词PRO/E；三维造型设计；零件装配；工程图AbstractThis t

4、hesis is 3D modeling design toy gun model in PRO/E software design platform. In the whole process of design, the main parts of the toy gun design, the virtual assembly of parts. Through the system design of the transformers, affirmed the PRO/E software in the basic feature modeling design, assembly,

5、 creating virtual assembly, shading and other advantages, to make the work of intuitive, efficient, accurate. And precisely proved that the PRO/E software has an important significance in the research and development of products.Key wordsPRO/E; three-dimensional modeling design; assembly; engineerin

6、g drawings前言科学技术的迅猛发展，以前所未有的速度冲击和改变着我们的生活水平和生产方式。物质的极大丰富，使人们对各种产品的要求发生了根本性的变化。纯功能性的产品已经满足不了人们的生活需要。艺术的形态、人性化的设计成为大众首选的时尚，二十一世纪是设计的世纪，在激烈的市场竞争中，出色的造型设计将是企业成功的重要因素，因为它可以创造 产品的个性，提升品牌的价值，使产品更具竞争力。Pro/ENGINEER的应用 Pro/ENGINEEER在国际上的应用： 本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需求日益增加，使你合很难保持

7、市场分额。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）技术得到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD/CAM/CAE技术便榜上有名。在为数众多的CAD/CAM/CAE软件中，主流软件包种类繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，IDEAS，MASTERCAM都是个中极品，但PRO/E工业解决方案地位显赫，它是美国PTC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD/CAM/CAE领域少有的顶尖“人物”。 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘

8、制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用PRO/E生成曲面仅需2步3步*作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。 由于生成曲面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。 在中国也有很多用户直接称之为“破衣”。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。P

9、TC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。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的综合性MCAD软件。经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有参数化设计和特征功能、单一数据库、全相关性、基于特征的参数化造型、数据管理、装配管理、易于使用等特点和优势，获得了广大用户的好评。由于具有强大而完美的功能，PRO/ENGINEER以其参数化、基

10、于特征、全相关等新概念文明于CAD界，其曲面造型集中在PRO/SURFACES和PRO/ISDX模块。其曲面的生成、 编辑能力覆盖了曲面造型的主要问题，主要用于构造表面模型、实体模型，并且可以在实体上生成任意凹下或凸起物等。尤其是可以将特殊的曲面造型实例作为一种特征加入特征库中。PRO/ENGINEER自带的特征库就含有如下特征：复杂的拱形表面、三维扫描外形、复杂的非平行或旋转混合、混合、扫描，管道等。PRO/ENGINEER系统具有强大而智能化的曲面建模能力，能够十分方便和准确地对卡通类产品进行数字化描述。故选此软件来解决本例卡通玩具的造型设计问题。一种卡通玩具的销售情况如何很大程度上取决于

11、它的外观造型，故此，选择一种合适的软件对产品进行预先的外观模型设计是必不可少的。在造型设计的过程中应力求使玩具模型看起来新疑独特，具有吸引力，给顾客留下深刻的印象。PRO/E强大的曲面造型能力正好能够实现这些要求。1 零件的三维建模 本设计主要是以PRO/E软件为设计平台，以软件中的基本特征创建为主线，实现变形金刚在PRO/E软件中的三维造型设计，虚拟装配。由于本产品结构复杂，零件数量太多，以下只介绍部分主要零件的三维建模过程。在三维建模开始之前应对PRO/E的系统环境进行设置。 PRO/E系统环境的设置包括默认的模型显示方式、默认的长度单位、默认的视角、默认的字体、欲使用的工程图设置文件等，

12、其设置方式是以文字模式将系统参数及参数值保存在名为config.pro的文件内。欲编辑PRO/E的系统环境文件config.pro时，选下拉式菜单工具下的选项，则出现选项对话框，在对话框的选项栏框输入欲加入的系统参数，并在值栏框选择允许的参数值，然后按对话框中的【添加更改】及【应用】以加载参数设置值。由于系统参数过多，因此可以按对话框中的查找按钮，在键入关键词栏输入参数的关键词,按【立即查找】后，PRO/E系统即列出所有相关参数。本设计直接调用完全精通Pro/ENGINEER野火3.0中文版综合教程一书的随书光盘内的文件config.pro，将其复制到PRO/E安装目录下的text目录下，即拥

13、有了一般常用的PRO/E系统环境由于本玩具枪设计零件复杂且过大过多，所以零件的三围建模就列举两个简单且能展现细节的零件建模方法、过程。由于篇幅太长，创建三围零件章节只介绍制退器和枪管的创建方法、过程，其他零件的创建在此就不赘述了。模型尺寸来源均参考实物巴雷特M82A1狙击枪，根据我国相关法律法规，该玩具枪不具有发射功能，只为外观模型。模型由机匣、握把、弹夹、导轨、瞄镜、镜架、枪管、制退器等12个零件组成。其中机匣长度为840mm，枪管外直径为31mm，内直径为12.7mm，枪管总长为780mm，组装后全长1847mm。图：总体效果图1.1. 制退器实体的创建 图2-1所示为制退器的立体图，创建

14、过程中用到了拉伸、镜像、旋转、倒角等特征，整个创建过程颇为复杂，先用拉伸和旋转命令来创建实体，然后去除材料做出空腔和内孔，倒角处理放在最后，因为草绘过程中，有时候需要用边作为参照。要求尺寸一定要精确，要使得整体效果美观大方。详细操作步骤如下。图2-1制退器立体图1.1.1. 新建零件 打开PRO/E，并在文件下选择设置好建模时常用来放文件的工作目录，以方便以后工作和文件存放。设置了工作目录后就开始创建产品零件，点击并新建名为SS1.PART的文件，类型选零件，子类型默认为实体，取消使用缺省模板，如图2-2。确认后，在弹出菜单里选择公制单位“mmnspartsolid”，如图2-3。图2-2新建

15、文件菜单图2-3新文件选项1.1.2. 拉伸特征的草绘首先用拉伸命令，选择FRONT为草绘截面创建拉伸特征截面，尺寸如图2-4所示。草绘完毕后设置实体厚度为35mm，得到实体如图2-5。图2-4 拉伸草绘图2-5 拉伸实体1.1.3. 旋转特征的创建用旋转命令创建特征，草绘图如图2-6 所示，以制退器的对称线为中心线旋转。创建出实体如图2-7所示。图2-6 旋转草绘图图2-7旋转得到实体1.1.4. 拉伸去除材料和倒角处理再用拉伸命令去除材料，创建出制退器的空腔和内孔，孔径为7，空腔草绘如图2-7，拉伸厚度为22。镜像去除材料的拉伸特征，得到另一边的两个空腔。R=2倒角处理外部棱角部分，制退器

16、内孔曲面与端面相交用11倒平角得到最终实体如图2-8。图2-7 拉伸去除材料草绘图图2-8 制退器最终实体1.2. 枪管的实体的创建如图2-9为枪管的实体结构，枪管总长780mm，主体外直径为31mm，内直径为12.7mm散热槽数量为6，三个阶级。用到的命令有混合伸出项、旋转、拉伸、倒圆角等，详细步骤如下。图2-9 枪管最终效果1.2.1. 混合创建带散热槽部分 用混合伸出项命令来创建枪管带散热槽的部分，选择FRONT为草绘截面创建旋转特征，剖面1和剖面4相同，如图2-10a，剖面2和剖面3相同，如图2-10b所示，枪管直径为31mm，散热槽直径为10mm。过程中要注意每个草绘图的图元数目要相

17、等，都为6段。设置好每个剖面的起始点位置和方向。剖面2的深度为10mm，剖面3的深度为361mm，剖面2的深度为10mm扫描出实体如图2-11。图2-10a 混合伸出项剖面1、4图2-10b 扫描伸出项剖面2、3图2-11 混合伸出项后得到实体1.2.2. 旋转创建枪管两端无散热槽部分 用旋转命令创建枪管剩余部分，草绘如如图2-12所示。 图2-12 枪管剩余部分旋转草绘1.2.3. 拉伸去除材料创建内孔 用拉伸去除材料创建出直径为12.7mm的通孔，用R=3倒圆角处理阶级截面交界处，使之过渡自然。最终得到实体如图2-13所示。图2-13枪管最终效果图2. 产品装配2.1. 产品装配分析 因整

18、个产品结构复杂零件较多，所以先分别把导轨、瞄镜、镜架、制退器、枪管、上机匣装配好作为次组件。再将装配好的次组件总装起来，从而完成整个产品的装配。装配过程中注意第一个零件一定要用缺省约束使之装配在默认的位置，一般选择较大的零件作为主体零件。并注意各零件之间的约束或连接关系。各个零件要求完全装配。由于内容大同，这里就只列举一个机匣上装配握把的实例。2.2. 产品装配过程2.2.1. 新建装配图建立一个装配图，在菜单里选择“组件”，取消“使用缺省模板”，如图3-1.在新建选项菜单里选择“mmsn_asm_design”，如图3-2.图3-1 新建装配图选项图3-2 新建文件选2.2.2. 机匣与握把

19、的装配将主体元件机匣插入图中，在图标板中将装配的约束条件设为缺省约束，使零件在装配中默认为主体，接下来将握把装配上去。详细步骤如下插入原件机匣2，选择缺省约束，使之为主体，然后插入握把原件。由于是长方体装入长方体空腔内，所以使用三个“匹配“约束如图3-3a、3-3b、3-3c、使其与机匣完全装配。装配效果如图3-4图3-2a图3-2b图3-2c图3-4 握把装配效果图2.3. 部分装配效果图由于元件较多，在这里不过多赘述装配过程，以下给出少部分部分装配效果图。2.3.1. 弹夹装配效果如图3-5所示图3-5 弹夹装配效果2.3.2. 瞄镜装配效果瞄镜装配效果图3. 创建工程图工程图是一份重要的

20、技术文件，它不仅反应了设计者的设计意图，而且表达了零件的各种技术要求，如尺寸精度、表面粗糙度等。所以工程图是制造和检验零件的重要依据。一张完整的工程图应包括三视图、完整的尺寸、技术要求、标题栏等。应根据零件的结构特点选择适当的剖视、断面、局部放大图等表示方法，用最简明的方案将零件的形状、结构表达出来。工程图上的尺寸不仅要标注的完整、清晰，而且还得注意合理，能够满足设计意图，适宜于加工制造，便于检验。工程图上的技术要求包括表面粗糙度、尺寸极限与配合、公差等要求，零件制造要满足这些要求才算是合格的产品。对于标题栏的格式，工程图标题栏的内容一般包括零件名称、材料、数量、比例、图号、以及设计、绘图、审

21、核人员的签名等。以下列出了几张玩具枪的工程图：3.1. 工程图的创建3.1.1. 工程图的创建下拉菜单“文件”-“新建”，选择新建文件类型为“绘图”，取消“使用默认模板”，单击确认按钮，弹出“新制图”对话框，选择空模板，将标准大小设置为A4，单击“确认”进入绘图模式。如图3-1图3-1 新制图选项3.1.2. Pro/E的默认投影视角调整Pro/E的默认投影类型为第三视角，而国际规定的为第一视角。目前规定采用第一视角的国家有中国、法国、俄罗斯、波兰、捷克。我们应将工程图选项第三视角改为第一视角。使用菜单“文件”-“属性”，在弹出的“文件属性”菜单管理器中选择“绘图选项”命令。在打开的“选项”对

22、话框中，将Projection_type的值修改为“firstangle”，并“添加/更改”-“应用”-“关闭”。如图3-2。图3-2 更改工程图视角3.2. 制退器的工程图创建3.2.1. 创建第一个视图第一个视图一定是一般视图。一般视图是一个独立的视图，与其他视图无从属关系，一般用于创建第一视图、三维视图、和等轴测图。点击下拉菜单“插入”-“绘图视图”-“一般视图”，系统在信息显示区提示“选取绘制视图的中心点”，在绘图区适当的位置单击数遍，确定一个中心点，弹出“绘图视图”对话框，在模型视图名中选“FRONT”。单击“应用”和“关闭”按钮后，完成第一视图的建立，这是一个主视图。3.2.2.

23、创建俯视图单击下拉菜单“插入”-“绘图视图”-“投影”命令。决定视图的摆放位置。因为画面上只有一个视图，系统会自动将该视图选取为投影视图的父视图，并且在鼠标的四周画上一个预览方框，移动鼠标，方框也会跟着移动。在主视图的下方点一下，即创建出俯视图。解除视图的选取状态，在画面的空白处单击左键。3.2.3. 创建左视图单击下拉菜单“插入”-“绘图视图”-“投影”命令。决定父视图。因为画面上有两个视图，系统无法自动决定投影视图的父视图是哪一个，所以系统会用虚线将视图围起来，供用户选择。单击指数图以确定父视图。决定视图的而摆放位置，在主视图的右侧点击一下，即创建出左视图。解除视图的选取状态，在画面的空白

24、处单击左键。3.2.4. 创建局部剖视图双击制退器的主视图，弹出“绘图视图”对话框，下拉“剖切区域”列表框，选择“局部”，信息区提示选取据剖的中心点，在围绕中线带您草绘封闭的样条曲线，按鼠标中间结束样条曲线的绘制，这样就圈出了局部剖的范围，确定后得到局部剖视图最后得到工程图如图3-3图3-3 制退器工程图4. 设计小结本文详细介绍了玩具枪模型的实体建模过程，在这个过程中，充分展现了PRO/E软件在玩具造型设计方面的优越功能。玩具枪模型的造型逼真，细节深刻，这些都要归功于PRO/E系统强大而智能化的曲面建模能力。一个好玩具的生产制造的第一步应先选择一个合适的软件对其进行造型设计，这直接关乎此玩具

25、产品市场销量。通过这次的设计，更能体会到PRO/E系统的博大精深，对其具体命令的应用有了更深的掌握。应用三维软件对玩具枪模型进行造型设计应大力推广，这样才能保证我国作为玩具出口大国的不变地位。此外，在文本中对玩具枪外观的造型设计，使得玩具本身更具有吸引力的同时也在使我的PRO/E软件应用能力在进一步提高，但美中不足的是在本设计中没有用到软件的高级曲面造型功能和动态仿真功能，也使得自己在这方面的能力有所欠缺，还需在以后勤加练习。奋战了三个星期，毕业设计终于完成了。回想着这意义非凡的三个星期，有困惑，有惊喜；有遇到困难时的焦急，也有解决问题后的成就感；有同学友好的帮助，更有老师无微不至的教导。这次

26、毕业设计让我懂得了一个简单但却容易被人遗忘的道理。一些看似简单的事情，自己动手去做的时候会发现要做好也不是一件容易的事；而一些看似困难的事情，只要自己认真去做了就会发现，其实这些以前我们自以为做不到的事情我们都可以做的很好。关键在于，做这件事你投入了多少细心和耐心。我们不仅要有扎实的专业知识，更要有一颗不断求实创新的恒心，这样才能跟的上日新月异的机械行业，并使我们在机械行业中立于不败之地。参考文献1林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版综合教程.北京：电子工业出版社，2009.52张根华，黄利，张华.精通Pro/ENGINEER Wildfire4.0中文版模具设计.北京：科

27、学出版社，20093刘力.机械制图.北京:高等教育出版社，2004.74肖祖政、段绍娥.AutoCAD实用教程.长沙：中南大学出版社，2008.85柳建安，丁敬平.机械设计基础.长沙：国防科技大学出版社，2008.16彭少富.计算机应用.湖南科学技术出版社，2002,87钟日铭.Pro/ENGINEER野火版工业设计经典手册.北京：人民邮电出版社，20068陈苑.产品结构与制造解析.杭州：西冷印社出版社，20069杨峰，黄效贺. Pro/ENGINEER Wildfire 曲面设计技巧与实例M.北京：中国铁道出版社，200510乔丽英.精通Pro/ENGINEER 中文野火版M.北京：中国青年

28、出版社，200511GB 66752003国家玩具安全技术规范等相关标准及玩具产品规范12林清安.Pro/ENGINEER野火版3.0中文版基础零件设计M.北京：电子工业出版社，200613曾祥亮.基于Pro/E的自顶向下的皮带机三维参数化设计J.模具CAD/CAM，200814赵熹，高占华.基于Pro/E的手动电池前盖成型模具设计J.模具CAD/CAM，200815张慧侏，韩亚静.基于Pro/ENGINEER的手机数字化建模设计过程解析J.数字化设计，200816张鹏飞，李德法.基于Pro/E的双系杆行星轮机械手的运动分析及仿真J.许昌烟草机械有限公司，200717孙云.基于Pro/E的罩壳零件的造型及模具设计J.零件造型设计，2007致谢 这个毕业设计是在吴芬老师的悉心教导和严格要求和自己的不懈努力下完成的。谢老师具有严谨的治学态度，丰富的专业知识和实践经验，在治学和做人方面让我受益匪浅。衷心感谢老师对我的关心指导和帮助。同时也要感谢跟我一起奋斗，帮助过我的同学，正是由于他们的帮助才使得我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成了毕业设计。他们的学识和为人也深深的影响着我。在此，我再次向每一位曾经给予我指导和帮助的老师表示最忠诚的敬意