机械CAD—Pro实用教案

适用(shyng)专业 机械、电子、航天、建筑 先修课程： 机械制图( j xi zh t)、计算机基础、机械原理、机械零件、CAD技术基础第1页/共41页第一页，共42页。课程(kchng)安排学时：60授课：50实验：10(根据(gnj)具体情况)考试：大作业第2页/共41页第二页，共42页。教材(jioci)与参考书教材: 谢正义 ，朱 强 ，徐春林. PRO/ENGINEER WILDFIRE2.0完全(wnqun)学习手册 . 北京:中国电力出版社 .2005参考书:1、詹友刚 ，洪亮 .PRO/ENGINEER WILDFIRE2.0产品设计通用教程.北京: 清华大学出版社.20052.白雁钧,祝凌云. PRO/ENGINEER WILDFIRE2.0 绘图指南3.佟河亭,冯辉. PRO/ENGINEER 机械设计习题精解.北京: 人民邮电出版社.2004第3页/共41页第三页，共42页。 图片(tpin)事例第4页/共41页第四页，共42页。 图片(tpin)事例第5页/共41页第五页，共42页。 图片(tpin)事例第6页/共41页第六页，共42页。第一章 PRO/ENGINEER简介(jin ji)1 .1 CAD产品设计的一般过程 CAD(计算机辅助设计)技术产生(chnshng)于20世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，是随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来的。 CAD最初的英文缩写是Computer Aided Drafting，即计算机辅助绘图，后来慢慢发展到Computer Aided Design，即计算机辅助设计。 单纯使用计算机绘图已经不能叫做计算机辅助设计了。真正的设计是整个产品的设计，包括了产品的外形构思、功能设计、结构分析、虚拟现实以及加工制造等全部过程，甚至包括产品从构思到成品后推向市场的全部阶段。 第7页/共41页第七页，共42页。1 .1 CAD产品设计的一般(ybn)过程 传统的二维工程图只能是产品设计过程中很小的一部分，不能解决( jiju)诸如生成复杂的投影线、漏标尺寸、漏画图线、机构的几何关系和运动关系的分析、设计的更新与修改以及设计工程管理等问题。于是，CAD缩写逐步由Computer Aided Drafting过渡到Computer Aided Design，CAD也不再是产品简单的二维工程图的绘制，而是产品的整个设计过程。第8页/共41页第八页，共42页。1 .1 CAD产品设计的一般(ybn)过程 因为三维CAD技术更加符合人们的思维习惯。用户的整个设计过程完全可以在三维的环境里进 行。这种三维设计的新思维、“虚拟产品”的出现，显然更加适合工程技术人员与非工程技术人员进行思想交流。三维设计技术好处: 1.能看见所想要得到的产品的外观和品质， 2.便于建立产品的统一数据库，使得产品的三维模型(mxng) 可以直接进行数值仿真、力学分析、运动分析、虚拟装配分析、产品的虚拟加工与NC加工等。 第9页/共41页第九页，共42页。1 .1 CAD产品设计的一般(ybn)过程 需要了解几个基本设计概念(ginin)： 设计意图： 设计意图是根据产品规范或需求来定义成品的用途和功能。设计模型之前，需要明确设计意图。捕获设计意图能够为产品带来价值和持久性。这一关键概念(ginin)是现代CAD软件基于特征建模过程的核心。 基于特征建模： 零件建模是从逐个创建单独的几何特征开始的。在设计过程中参照其他特征时，这些单独的几何特征将和所参照的特征相互关联。第10页/共41页第十页，共42页。1 .1 CAD产品设计的一般(ybn)过程 参数化设计： 特征之间的相关性使得模型成为参数化模型。因此，如果修改某特征，而此修改又直接影响其他相关(从属)特征，则软件会动态修改那些相关特征。此参数化功能可保持零件的完整性和设计意图。 相关性： 通过相关性，软件能在“零件模式外保持设计意图。在继续设计模型时，可添加零件、组件、绘图和其他相关对象，如管道、钣金件或电线(dinxin)等。所有这些功能在CAD软件内都完全相关。因此，如果在任意一级修改设计，项目将在所有级中动态反映该修改，这样便保持了设计意图。第11页/共41页第十一页，共42页。1 .1 CAD产品设计的一般(ybn)过程应力(yngl)分析概念设计零部件三维建模二维工程图工业造型热分析公差分析与优化NC仿真及优化动态仿真第12页/共41页第十二页，共42页。 1.2CAD技术(jsh)发展简史 在过去50多年中，CAD技术经历了五个主要发展时期。 (1)20世纪(shj)50年代。美国麻省理工学院(MIT)于1950年在它研制的名为“旋风”的计算机上采用了阴极射线管(CRT)做成的图形终端，并能被动地显示图形。其后出现了光笔，开始了交互式计算机图形学的研究。50年代中期，计算机已应用于工程和产品设计的分析计算，促进了计算机辅助工程(CAE)技术的发展。第13页/共41页第十三页，共42页。 1.2 CAD技术(jsh)发展简史 (2)20世纪60年代。这是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1962年美国学者Ivan，Sutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改，开始(kish)出现CAD这一术语。其后，美国的一些公司推出了一些CAD系统，但由于当时刷新式图形显示器价格十分昂贵，因此CAD系统很难普及与推广。60年代后期，存储管式显示器以其低廉的价格进入市场，降低了CAD系统的成本，促进了计算机图形学和CAD技术的迅速发展第14页/共41页第十四页，共42页。 1.2 CAD技术(jsh)发展简史 (3)20世纪70年代。计算机交互图形技术和三维几何造型技术(线框、曲面和实体模型)为CAD技术的发展奠定了基础。基于大型机的商用CADCAM系统开始上市。此外基于小型机的所谓交钥匙系统(turnkey system)，它包括图形输入及输出设备(sh ch sh bi)和相应的CADCAM软件，以其优良的性能价格比，开始向中、小型企业扩展。总的说，70年代是CAD单元技术的发展和应用阶段，各功能模块渐趋完善，但数据结构尚不统一，应用主要集中在计算机绘图和有限元分析方面，集成性差第15页/共41页第十五页，共42页。 1.2 CAD技术(jsh)发展简史 (4)20世纪80年代。随着超级微型机和32位字长的工程工作站迅速占领市场，各CAD厂商将原来在大型机和小型机上的CADCAM系统纷纷向新的硬件平台移植或重新开发。这一阶段CADCAM系统的特点是：几何造型技术已经成熟，并成为CAD系统的核心；系统具有统一的数据结构和内部的数据库；系统有较好的集成；特征建模及二、三维参数化设计(shj)系统开始出现等。这一阶段的应用特点是：从二维绘图发展为三维建模，实现了CADCAECAM的集成，应用取得了显著效益第16页/共41页第十六页，共42页。 1.2 CAD技术(jsh)发展简史(5)20世纪90年代。随着(su zhe)世界市场的多变与激烈竞争，随着(su zhe)各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着(su zhe)高档微机、操作系统和编程软件的发展，随着(su zhe)因特网的迅速发展,CAD技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战，正在向集成化、网络化、智能化和标准化方向发展，第17页/共41页第十七页，共42页。1.2 CAD发展(fzhn)简史 . CAD常用软件介绍(jisho) 低端软件：AUTOCAD；CAXA 中端软件：SOLIDWORKS；SOLIDEDGE； INVENTOR 高端软件：PRO/E，UG；CATIA第18页/共41页第十八页，共42页。1. 3 PTC（参数技术公司(n s)）公司(n s)的 介绍 1985年成立于美国波士顿。 开始进行参数化建模软件的研究和开发。1 988年，V 10版本的ProENGINEER软件诞生(dnshng)。 . 提出新概念 单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用、协同商务 20世纪末推出了i系列产品。在i系列产品中，PTC公司引入了新的建模技术一一行为建模技术，此技术已经成为ProENGINEER的核心技术。 2003后推出Pro /ENGINEER wildfire系列产品,现应用最广的版本是Pro /ENGINEER wildfire 2.0版 .用户广 FORD 、 BMW 、TOYOTA 等26000多家第19页/共41页第十九页，共42页。1.4 Pro/ENGINEER的主要(zhyo)模块 Pro /ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业是一个(y )全方位的三维产品开发软件，它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。它主要有以下6大主要模块 第20页/共41页第二十页，共42页。工业(gngy)设计模块(CAID) 该模块主要包括Pro3DPAINT(3D建模)、ProANIMATE(动画模拟)、ProDESIGNER(概念设计)、ProNETWORKANIMATOR(网络动画合成)、ProPERSPECTA一SKETCHI(图片转三维模型)、ProPHOTORENDER(图片渲染)等几个子模块。 其主要功能有3D Paint概念图及草绘、二维草绘及着色、三维喷绘和易用的动画能力。利用实时压感感应刷笔及铅笔可以完成概念设计中的细化部分。能快速简易地对模型进行渲染，贴纹理等处理。具有高级曲面(qmin)及高光质量分析工具和高级照片效果图(光线跟踪反弹)第21页/共41页第二十一页，共42页。机械设计模块(m kui)(CAD) 该模块主要包括ProASSEMBLY(实体装配)、ProCABILING（电缆设计)、ProPIPING(管路设计)、ProREPORT(应用数据图形显示)、ProSCAN一TOOLS（物理模型数值化）、ProSURFACE(曲面设计)、ProWELDING(焊接(hnji)设计)、ProSHEETMETAL(钣金设计)等几个子模块第22页/共41页第二十二页，共42页。机械设计模块(m kui)(CAD) 其主要功能有基于参数化特征零件设计和基本装配功能工程图设计及二维图绘制。对大型、复杂装配的操作及可视化。 实现自顶向下设计。捕捉并发布装配流程信息。自动生成相关图纸明细表(中文)。焊接模型建立及文本生成。Web超文本链接及VRMLHTMI格式输出。标准件库建立。 参数化曲面建立且和实体的流畅集成 。 逆向工程工具(三坐标测量机) 和利用扫描云点进行设计。直接的曲面建立工具。强大的曲线曲面分析(fnx)功能。进行复杂形状设计及自由曲面设计 第23页/共41页第二十三页，共42页。功能(gngnng)仿真模块(CAE) 该模块主要包括ProFEMPOST(有限元分析)、ProMECHANICA CUSTOMLOADSSTO（自定义载荷输入)、ProMECHANICA EQUATIONS(第三方仿真程序连接)、Pr0MECHANICA MOTION(指定环境的装配(zhungpi)体运动分析)、Pr0MECHANICA THERNAL(热分析)、ProMECHANICA TIRE MODEL(车轮动力仿真)、ProMECHANICA VIBRATION(震动分析)、ProMESH(有限元网格划分)等几个子模块。第24页/共41页第二十四页，共42页。功能仿真(fn zhn)模块(CAE) 可进行运动学及动力学分析如速度和加速度，载荷与反作用力，实现对凸轮、滑槽、摩擦、弹簧、冲击的分析与模拟和运动干涉及冲突检查。并可将运动分析结果传送到结构分析中。可对设计产品的结构强度进行静态、模态及动态响应和线性及非线性分析。对产品设计的热性能分析中可实现稳态及瞬态性能分析和结构强度分析 在公差分析及优化工具中考虑到了所有装配中的零件(ln jin)及装配过程，可确定临界质量区和每个变量对装配质量的影响程度并经统计可确定装配质量。能利用真实的Cp，Cpk数据进行分析第25页/共41页第二十五页，共42页。 制造(zhzo)模块(CAM) 该模块包括ProCASTING(铸造模具设计)、ProMFG(电加工)、ProMOLDESIGN(塑料模具设计)、ProNCCHECK(NC仿真)、ProNCPOST(CNC程序(chngx)生成)、等几个子模块。 在铸造模具设计中，设计模型直接拆分型腔(所有零件为实体模型、型腔及型芯有精确缩水补偿)，具有标准模架导柱导套和BOM及图纸自动生成功能。 在塑料流动分析工具中能仿真注塑过程，可对注射时问、熔接痕、填充度分析，预估产品质量及浇口 第26页/共41页第二十六页，共42页。 制造(zhzo)模块(CAM) 可实现4轴的数控铣床编程和4轴数控车床及4轴电加工编程。具有丰富的刀具库和所有机床(jchung)后处理。提供机床(jchung)低级控制指令、支持高速机床(jchung)。优化加工刀轨流程，对材料切削过程精确地仿真。智能化生成工艺流程及工艺卡片。 实时退刀控制。零件族编程重利用。数控钣金加工中支持冲床、激光切割等各种钣金加工类型机床(jchung)。 使用标准的冲头和冲压成型。 钣金件自动展平并计算展开系数。能自动选择冲头和自动套料第27页/共41页第二十七页，共42页。 数据管理模块(m kui)(PDM) 它包括ProPDM(数据管理)、ProREVIEW(模型图纸评估)等几个子模块。 可以在计算机上对产品性能进行仿真测试,找到造成产品各种故障的原因. 自动跟踪用户创建的数据,保证所有数据的安全(nqun)及存取方便第28页/共41页第二十八页，共42页。 数据交换(Geometry Translator) 模块(m kui) ProENGINEER中有多个几何数据交换模块(m kui)，如：ProCAT(ProENGINEER和CATIA的数据交换)、ProCDT(二维工程图接口)、ProDATA FOR PDGS(ProENGINEER和福汽车设计软件的接口)、ProDEVELOP(ProENGINEER软件开发)、ProDRAW(二维数库数据输入)、Pro/NTERFACE(工业标准数据交换格式扩充)、Pro/INTERFACE FOR STEP(STEPIS010303数据和ProENGINEER交换)、ProLEGACY(线架曲面维护)、ProLIBRARYACCESS(ProENGINEER模型数据库进入)、Pro/POLT(HPGLPOSTSCRIPTA数据输出)等几个子模块(m kui)。 第29页/共41页第二十九页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) (1)满足“3D制图”需求。 通过提供注解功能(Annotation Features)来满足这种需求，它能让用户在3D模型中获取和管理传统2D制图的信息。这样就确保了尺寸、公差、表面光洁度、以及其他关键设计信息的交换更加准确。其主要原因是绘制2D图成本(chngbn)较高，且经常会因误解图纸而带来诸多问题。 最近发布的ASME Y l 4.4 1标准和制订中的ISO 1 6792标准对“3D制图”有所描述。第30页/共41页第三十页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) (2)处理其他CAD数据的能力更强。 新增了与三套应用系统之间的CAD数据交换。现在，Unigraphics Release l 8、Unigraphics NX和CATIA V5可以通过(tnggu)PTC的相关拓扑总线(Associative Topology Bus)专利技术与其进行数据交换，这进一步扩大了ProENGINEER与非原生工具之问的连通范围。这些改进：再加上原有对许多直接转换工具和通用建模核心的支持，使ProENGINEER Wildfire 2.0成为日前最开放的CAD系统。第31页/共41页第三十一页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) (3)常用用户界面工具更加普及。 ProENGINEER Wildfire 2.0提供了许多用户常用桌面工具。现在，所有对特征、组件和制图的操作都具有多级撤销重复(UndoRedo)功能。另外，像其他(qt)桌面应用一样，ProENGINEER Wildfire 2.0还提供了复制和粘贴(Copy and Paste)功能。用户可以使用非常熟悉的复制(CTRL+C、)或粘贴(CTRL+V)命令或组合键来方便快捷地把特征和几何体复制到模型的其他(qt)区域。 ProENGINEER Wildfire 2.0还为特征的建立提供了更优秀的基准曲线。当使用基准曲线来建立一个或多个特征时，如果用户不是有意地打破关联，则这些特征仍与原曲线关联。这一功能改进了模型中自顶到下 的设计方法。第32页/共41页第三十二页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) (4)ProENGINEER应用系统界面的持续新颖。 PTC对ProENGINEER Wildfire 2.0软件中最常用的一些用户界面进行了大幅度的改进。例如，大多数常用的详细设计操作(cozu)都已摒弃了传统的菜单管理器(Menu Manager)。所有的制图新建和编辑操作(cozu)现在都可以通过一个直观、统一的图形界面来完成。另外，绝大多数的钣金设计命令都已全面更新，其他方内改进包括：全新的测量和分析工具、增强的搜索工具、制造和仿真功能区的HTML报告功能。第33页/共41页第三十三页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng)5)更轻松地建立更高质量的设计。 使用ProENGINEER Wildfire 2.0，用户比以往任对候都更容易建立更高质量的设计。首先，它提供了一个全新的故障检修工具，使用它，以更清楚地了解特征失败的原因。它能让用户快速诊断故障发生的原因和区域，并提供可能的故障处理方案。另外，这一故障检修工具还能把故障信息作为模型注释记录(jl)在文挡中，或者作为以后故障处理的参考资料。 第34页/共41页第三十四页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng)(5)更强大的高级设计工具。 包含了许多提高复杂设计开发速度的新功能和新工具。 例如，新的模板(Pattern)功能可以让用户围绕任意轴或在任何方向上摹绘特征，而不用考虑原特征是怎样建立的，也不必局限于原特征的任何尺寸。 圆特征也更加强大，可以更好处理较小的边缘。，该系统现在能够自动把模型的所有(suyu)凸面或所有(suyu)凹下去的边缘变圆滑。 提供了许多处理翘曲(Warp)特征的强大功能，并加强了对裁剪(Trim)、延伸(Extend)、镜像(Mirror)和移动(Move)等各种操作过程的控制。 第35页/共41页第三十五页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) (6)方便灵活的管理。 ProENGINEER Wildfire 2.0提供了一个令人振奋的新功能，它让用户从许可(xk)服务器中“借”用ProENGINEER“许可(xk)”，并在断开服务器后继续使用这“许可(xk)。用户比以前任何时候都能更轻松地在客户那里或在家里使用ProENGINEER。第36页/共41页第三十六页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng)(7)(7)提供了更新更简单的设计属性分析工具 全新的曲线和曲面(Curve and Surface)(Curve and Surface)分析界面降低了该过程的复杂性，单击鼠标即可变换一种分析方法。由此而产生的易用性提高了评估和改进设计的灵活， 还提供了一种被成为偏移分析(Offset Analysis)(Offset Analysis)的新工具，它可以实时查看ProProENGINEERENGINEER中曲线和曲面上的补偿效果。这使得用户能够及时准确地发现与外形和复杂操作相关(xinggun)(xinggun)的问题并及早解决。 还提供了新的动态反射分析(Reflection (Reflection Analysis)Analysis)工具，这对核查曲面和连接质量非常有用。 第37页/共41页第三十七页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng)(8)高效的NC过程(guchng)。 全新的图形用户界面使使用者能轻而易举地获得NC过程(guchng)信息以及所有制造信息。在这个可定制的先进界面中，可以执行许多操作。可以根据草图或XML模板建立NC路径(刀路轨迹)、可以逐个或者一起修改路径、可以使用简单的“拖放操作来重新调整路径、进行合并以优化路径、复制和粘贴路径、计算路径时间、归档和仿真路径。全新的图形用户界面、起始制造零件定义功能以及可以直接操作制造模型树上的功能等特点，可以提高NC编程人员的效率，使他们能把主要精力集中在优化零件制造过程(guchng)上。 第38页/共41页第三十八页，共42页。1.5 ProEngineer Wildfire 2.0的新增功能(gngnng) ( 9 ) 进 一 步 增 强 了 过 程 参 与 者 之 间 的 互 连 互 通 。 例 如 ， 在 用 户 将 模 型 检 入 到 产 品 数 据 库 时 ， M o d e l C H E C K 可 以 帮 助 他 们 去 除 那 些 没 有 达 到 企 业 标 准 或 非 最 优 的 模 型 。 P T C 对 系 统 的 点 到 点 设 计 会 议 功 能 进 行 了 许 多 改 进 ， 从 而 使 设 计 协 作 比 以 前 任 何 时 候 都 更 容 易 。 例 如 ， 用 户 能 够 很 方 便 地 使 用 电 子 邮 件 ， 把 会 议 邀 请 从 会 议 中 心 ( C o n f e r e n c e C e n t e r ) 发 出 、 能 直 接 访 问 储 存 在 W i n c h i l l P r o j e c t L i n k 和 W i n c h i l l P D M L i n k 中 的 数 据 。 系 统 还 提 供 了 一 个 新 的 设 计 与 会 者 管 理 ( D e s i g n C o n f e r e n c i n g P a r t i c i p a n t ) 软 件 包 ， 它 甚 至 能 让 那 些 不 拥 有 或 无 权 使 用 P r o E N G I N E E R 的 人 加 入 现 场 设 计会 话 。 一 旦 连 通 ( l i n t n g ) ， 参 加 设 计 会 议 的 人 员 就 可 以 操 作 所 有 关 键 功 能 ， 比 如 与 他 们 的 小 组 成 员 共 同 控 制 设 计 会 话 ， 而 无 论 这 些 成 员 身 在 何 处 。第39页/共41页第三十九页，共42页。16 本章(bn zhn)小结 本章首先简要介绍了CADCAM产生的技术(jsh)背景和特点，阐述了现代CAD设计的一般流程和设计方法、ProENGINEER软件的历史、功能和技术(jsh)特点，以及该软件的主要模块及应用领域。然后简要介绍了ProENGINEER Wildfire 2.0的新增功能，帮助用户了解了当前世界CAD的设计思想、设计方法、设计流程和发展方向，ProENGINEER软件的主要功能和特色等，为用户后面更进一步的学习，打下了必要的基础。 第40页/共41页第四十页，共42页。谢谢您的观看(gunkn)！第41页/共41页第四十一页，共42页。NoImage内容(nirng)总结适用专业。具有高级曲面及高光质量分析工具和高级照片效果图(光线跟踪反弹)。提供机床低级控制指令、支持高速机床。包含了许多提高复杂设计开发速度的新功能和新工具。全新的图形用户界面使使用者能轻而易举地获得(hud)NC过程信息以及所有制造信息。谢谢您的观看第四十二页，共42页。