proengineer家电产品结构设计思路

2013-07-19 by:广州ProE/Creo培训中心来源:仿真在线

PTC公司1985年成立于美国波士顿,并开始参数化建模软件的研究。1988年,诞生了V1.0的proeNGINEER。之后经过10余年的发展,proeNGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。

proeNGINEER软件提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境:PTC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,它已广泛应用于电子,机械,模具,汽车,航天,家电等各行业;下面就proeNGINEER的特点进行简单的介绍。

1.1 易于使用
Pro/DESIGNIER是工业设计模块的一个概念设计工具,能够使产品开发人员快速、容易地创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型,并能够直接传送到机械设计或原型制造中。Pro/NETWORK ANIMTOR通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染,大大的加快了动画的产生过程。其菜单以直观的方式联级出现,提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项,同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助,这种形式使其容易学习和使用。

1.2 基于特征的参数化造型
proeNGINEER使用用户熟悉的特征:一些普通的机械对象作为产品几何模型的构造要素。并且可以按预先的设置很容易的进行修改。例如:设计特征有弧、圆角、倒角等等,它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数(不但包括几何尺寸,还包括非几何属性),然后修改参数很容易的进行多次设计替代,实现产品开发。

1.3 全相关性
proeNGINEER的所有模块都是全相关的,因此在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时会自动更新所有的工程文档,包括装配、设计图纸,以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。

1.4 数据管理
为了实现加速投放市场这种效率,需要在较短的时间内开发更多的产品。这样就必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制,正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作,由于使用了Pro/RNGINEER独特的全相关性功能,因而使之成为可能。

基于其高效,优质的特点,该软件近年来已广泛的应用于各相关企业和研究单位。

2、家电产品结构设计思路

随着社会的进步,人们生活水平的不断提高,追求完善已成为时尚,人们对消费产品要求已不仅仅满足于基本功能的完备,同时更注重外观的美感,以DVD影碟机为例,在不断提高和完善其功能的同时,在外观造型上要求越来越高,多以复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓自由型曲线曲面组成,这就给家电产品的设计及制造带来了挑战。

有些家电产品看起来相当复杂,造型时感到无从下手,但只要能合理地对产品进行分解,确定产品结构的主要特征,也就是将设计者构思的初步轮廓用proeNGINEER强大的三维实体造型功能,生成三维实体模型,即提供一个可视化界面,再在该界面上逐步进行详尽的设计造型;分清哪些是基本特征(如配合面,保证产品外形轮廓的特征),哪些是构造特征(如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等)。首先从基本特征入手,保证重点,产生一个合理的造型“基体”或称之为“毛坯”,再在这“毛坯”上完成细节部分,如过渡面、局部凸台、凹槽、孔、筋条等。这样主次分明,先做什么,后做什么,问题就迎刃而解了。

在设计中,我们用proeNGINEER作为设计平台,利用它来完成产品的三维实体造型:将一个产品的所有零部件都通过proeNGINEER软件进行三维建模,并按一定的装配关系进行组装,由部件到小的装配件再到大的装配组件最后成为整机。利用proeNGINEER简单的鼠标操作,立体直观地展现零部件形状和内容结构,以及零部件之间的装配关系,运用proeNGINEER来完成造型和模拟装配,使我们可以简便、快捷的勾勒出设计思路,并可有效的进行可行性分析,检验各装配零件间有无干涉,再利用proeNGINEER的塑料顾问模块模拟塑料零件的成型过程,评估注塑工艺性,得到可靠、易理解的加工工艺反馈和建议,因而我们能够及时发现和解决问题,对工艺的合理性等功能分析提供研究数据,而且为后续的模具设计、NC加工等奠定了基础。

最后根据计算机的辅助设计结合市场及用户的要求完成对产品设计从外观造型到色彩配置,从功能组合到结构设计,从加工工艺到使用条件的讨论和分析,优化设计方案。

3、零件三维实体创建方法

3.1 分析零件
proeNGINEER三维模型将线框、曲面和实体三者有机结合起来,形成一个整体,在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段。其所有的几何造型享有公共的数据库,造型方法间可互相替换,而不需要进行数据交换。因此在进行产品造型时,必须首先充分了解应用软件中的各种造型方法,总结出造型方法的特点、相关参数及应用技巧,减少造型的盲目性,才能快捷有效地获得满意结果。

3.2 建模步骤
在实体造型时需先行完成基本参数的设置:

    ① 新建一种符合ChineseGB的单位设置:单位长度mm,质量kg,从菜单管理器选择Part-Setup-Units,打开数值单位管理器进行修改;
    ② 基准面设置:至少建立3个正交的基准面,推荐命名为front middle base;
    ③ 定义视图:设置1个缺省视图和6个相对基准面的方向视图,建议命名为front top right back bottom left。

根据零件的主要结构建立特征,进入proeNGINEER的Part模块,在Feature菜单下建好零件的三个默认基准平面(Default datum planes),在Solid特征的Protrusion功能中选用适合的构件方式,如Extrude,Sweep,Revolve等进入草绘环境,以建好零件的基准面作为Part剖面的草绘平面(Sketching plane),绘图参考面(Reference plane),剖面尺寸标注参考面完成二维草绘的绘制,建立一个合理的实体毛坯,确定后续各特征的相关关系,在毛坯模型的基础上完成每个特征细节的设计。

利用proeNGINEER进行三维实本造型时基准参考面的选取是几何模型建立与修改是否成功的关键,这是因为以默认基准面作为参考建立的实体或曲面可以避免产生相互间的不必要的父子关系。

以DVD面框为例,建模的关键在于运用Shell特征做出DVD面框的壳体:首先,要根据对所选用材料的流动性分析设定壳体的厚度,其次,还需要根据零件的形状确定Shell特征在建模诸多特征中的使用顺序,这是因为各特征的排列顺序直接影响到零件是否会产生尖角等不利于Shell特征成功的建模缺陷。

产品三维造型的最终目的是制造,家电产品零件大都由模具生产出来。因此,在三维造型时,要从模具的角度从考虑,在确定产品出模方向后,应检查曲面能否出模,是否有倒扣现象(即拨模角为负角),如发现有倒扣现象,应对特征的控制线进行修改,重构特征。这一点往往被忽略,但是却非常的重要。

4、零件装配设计

在许多产品开发和设计的初期,我们经常会遇到的问题是:

① 只知道整个产品的基本结构,其结构的细节不清楚。
② 产品装配的具体尺寸不清楚,只知道整个装配的大概尺寸。

在这种情况下,已有的方法是通过设计人员的经验以及一次次的尝试来达到最终产品的目的,这无疑是事倍功半。而通过proe软件将产品的三维模型完整的展现在我们的面前,对其进行详细的研究、分析直至将产品在计算机上完成之后再进行实际的加工、装配,无疑是事半功倍。

Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统,能够向用户提供自定义手段去生成一组组装系列而且可自动地更换零件,其功能如下:

    ① 在组合件内自动零件替换(交替式)。
    ② 规则排列的组合(支持组合件子集)。
    ③ 组装模式下的零件生成(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)
    ④ Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块,它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序,这种程序只需要输入一些简单的参数即可,即使不是技术性用户也进行自定义设计。
proeNGINEER的基本结构能够使用一些直观的命令,例如“Mate”、“Insert”、“Align”等命令很容易地把零件装配起来,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。装配体可以按不同的详细程度来表示,从而使设计人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究,同时在整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计,有效的支持工程数据重用。

4.1 装配步骤:
进入“Assembly”模式。选“Create”,命名一组关系图档。选“Component”,进行组合。用“Assembly”选出主零件,主零件出现在主窗口中。再用“Assembly”选出另一零件,该零件出现在上方次窗口中。选“Single”,进行一对一的组合。接着出现有约束配合关系命令的对话框,常用项目如下:

    ① Mate:两平面相密合;
    ② Mate Off:两相对平面间间隔一段距离;
    ③ Align:两平面或两圆弧(或圆)沿中心线互相对齐;
    ④ Align Off:两平面或两圆弧(或圆)沿中心线互相对齐后隔开一段距离;
    ⑤ Insert:孔与洞之配合;
    ⑥ Orient:两平面互相平行且同向;
    ⑦ Coord sys:利用坐标。

使用时除了利用坐标组合以外,其余的配合通常须设定两种以上的配合方式来确定两零件之相对关系,再选“Done”,此时系统会将次视窗之零件自动组合到主视窗之零件上,同时关闭次视窗。

4.2 零件间的装配关系
装配爆炸图及零件定义运动,结合给零件加上不同的颜色,质感,光源以表达产品的真实性及半透明显示外部零件等手段可以清晰地表达装配体的内部结构,反遇出零件间的装配关系。

在设计中的各个零件模型,可以进行相互的组合,也可以爆炸开来,当组合完成后,使用主菜单下之“View”——“Explode”系列指令即可以将组合件爆炸开来,若要使其重新恢复组合,使用“Un-Explode”指令即可。

另外组件爆炸开的相对距离,可利用“Modify”模式下的“Mod Expld”指令,再选欲做改变的零件,更改所显示的相对距离数值,这样的操作使产品在制造之前即可观察到其结构全貌。

4.3 模型分析
用于完成零件间干涉及间隙检查:当装配件各组件间出现静态或动态干涉时系统会提交干涉报告,这一点对于实际工程设计是极具意义的功能,以DVD面板组件为例,用干涉报告为依据,设计人员就可以在塑胶件,PCB板开模前发现装配可能出现的问题,及时修正设计方案,从而避免了产品成型后发现问题,进行模具变更所造成的新品投放市场延后及经济效益损失。

5、 proeNGINEER推广应用的一些体会

CAD/CAE/CAM一体化设计是世界工程设计领域发展的大势所趋,它在提高设计水平和设计效率上发挥着积极的作用,而proeNGINEER软件的参数化和全相关特性、干涉检查、空间管线布局、钣金件折弯与展开等多项实用而强大的功能则是二维软件难以实现的。因此,使用proeNGINEER软件开发产品,可使其设计水平产生一个实质性的飞跃进。

proeNGINEER作为一种通用工程软件有着其强大的功能,但要更好地服务于家电产品的研发还需要在供应商的协助下进行一些相关的二次开发工作,另外总结出一套较全的设计规范对于推广和使用proeNGINEER软件带动结构设计其他方面的发展和进步是十分必要的:proeNGINEER不同版本的操作界面改动很大,这一点让一些早有proeNGINEER使用经验的设计师会感到很不适应。

proeNGINEER软件是当今世界优秀的CAD系统软件,在这套系统中包含了许多目前国际上先进的工程设计理念和思想,诸如并行设计、柔性设计、Top-down设计、参数化设计、系统灵敏度设计等设计技术,在进一步推广和使用proeNGINEER软件的同时这一先进的设计技术也将引入到家电产品结构设计中来,结构设计中应本着充分利用和发挥proeNGINEER软件在结构设计上特有的优势坚持不懈地将proeNGINEER普及到结构工程设计的各个环节之中,全面的推动结构设计的发展和进步,与世界先进工程技术接轨,从而大幅度提高设计水平和设计效率。

利用数据进行严密制作是proeNGINEER的一大特征,如果能够用再稍微粗略的感觉进行设计,然后再进行详细设计,这对活用设计人员的构思很重要,为了实现活用数据信息的整体工程,首先必须确保创意设计和下游CAM部门的连带性。如何进一步充实proeNGINEER数据与家电产品间的数据交互和连带方面的功能,是一个值得探索的问题。

基于proeNGINEER技术的辅助钣金下料

作为一种常用的结构件,钣金零件在通信、电子、汽车、农业机械等行业有着广泛地应用。其常用加工形式有弯曲、成形、冲压等,形状和尺寸精度互换性较好,可以满足一般的装配及使用要求。经过塑性变形,金属内部组织得以改善,机械强度有所提高,具有重量轻、刚度好、精度高和外形光滑美观的特点,与焊接、胶接等工艺配合,可使零件结构更趋合理,加工更加方便,是制造复杂形状结构件的主要方法。

国内多数企业虽然已经引入CAD技术,但对钣金下料计算大多仍采用等分投影法,与传统手工计算方法相比,过程虽有所简化,其实质并没有得到根本改变,只是将图板换成了“电子图板”。目前业界流行的SolidWorks、Solid Edge、proeNGINEER等三维CAD软件均具有钣金设计模块,可以便捷地完成钣金设计,获取所需下料展开图,提高设计质量和效率。本文将以proeNGINEER为平台,通过两个典型案例,对其设计过程加以简介。

45°斜交三通管结构图

其中管1下料计算步骤如下。

(1) 新建钣金零件,设定模板为“mmns_part_sheetmetal”。

(2) 选择下拉菜单“插入/薄板伸出项/旋转”命令,在top基准面上绘制草图,设定旋转轴为Front,双侧对称旋转,预留加工余量为1°,确定旋转角度为359°,设定相应材料厚度。 (3)选择“插入/切削/旋转”命令,设定草图基准面为Front,如图3所示,绘制草图,设定45°基准轴线为旋转轴,双侧对称360°旋转除料。

(4)选择“插入/折弯操作/展开”命令,选取钣金展开固定面为359°处预留接缝,规则展开全部表面后,即可获得管1的下料展开图。

(5)同上所述,管2下料展开图如图5所示。在本例中,用户采用拉伸切削或钻孔命令,均可达到相同的效果。

2、圆锥台-圆管90°弯头

弯头由斜切圆锥台管与斜切圆柱管焊合构成。本例中我们将采用Top-down设计方法,在装配设计中完成两斜切管下料计算。

圆锥台-圆管弯头结构图

2.1 新建设计组件

设定模板为mmns_asm_design。

2.2 斜切圆锥台管的设计

(1)选择“元件/创建/零件/钣金件”命令,创建第一特征,如图7所示。

(2)选择“钣金件/薄壁/旋转”命令,设定asm_front为草图平面,asm_right为旋转轴,双侧对称旋转,确定旋转角度为359°,设定相应材料厚度。

(3)插入草绘基准曲线,选取asm_front为草绘平面,绘制45°分割线如图8所示。

(4)选择“插入特征/钣金件/切割/实体”命令,使用前述45°分割线切除圆锥台管多余部分。