proengineer家電產品結構設計思路

2013-07-19 by:廣州ProE/Creo培訓中心來源: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。之后經過10余年的發(fā)展,proeNGINEER已經成為三維建模軟件的領頭羊。

proeNGINEER軟件提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境:PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能,還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數(shù)據管理等等,它已廣泛應用于電子,機械,模具,汽車,航天,家電等各行業(yè);下面就proeNGINEER的特點進行簡單的介紹。

1.1 易于使用
Pro/DESIGNIER是工業(yè)設計模塊的一個概念設計工具,能夠使產品開發(fā)人員快速、容易地創(chuàng)建、評價和修改產品的多種設計概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?并能夠直接傳送到機械設計或原型制造中。Pro/NETWORK ANIMTOR通過把動畫中的幀頁分散給網絡中的多個處理器來進行渲染,大大的加快了動畫的產生過程。其菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn),提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項,同時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習和使用。

1.2 基于特征的參數(shù)化造型
proeNGINEER使用用戶熟悉的特征:一些普通的機械對象作為產品幾何模型的構造要素。并且可以按預先的設置很容易的進行修改。例如:設計特征有弧、圓角、倒角等等,它們對工程人員來說是很熟悉的,因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)(不但包括幾何尺寸,還包括非幾何屬性),然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計替代,實現(xiàn)產品開發(fā)。

1.3 全相關性
proeNGINEER的所有模塊都是全相關的,因此在產品開發(fā)過程中某一處進行的修改,能夠擴展到整個設計中,同時會自動更新所有的工程文檔,包括裝配、設計圖紙,以及制造數(shù)據。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改,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)據管理
為了實現(xiàn)加速投放市場這種效率,需要在較短的時間內開發(fā)更多的產品。這樣就必須允許多個學科的工程師同時對同一產品進行開發(fā)。數(shù)據管理模塊的開發(fā)研制,正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作,由于使用了Pro/RNGINEER獨特的全相關性功能,因而使之成為可能。

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

2、家電產品結構設計思路

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

有些家電產品看起來相當復雜,造型時感到無從下手,但只要能合理地對產品進行分解,確定產品結構的主要特征,也就是將設計者構思的初步輪廓用proeNGINEER強大的三維實體造型功能,生成三維實體模型,即提供一個可視化界面,再在該界面上逐步進行詳盡的設計造型;分清哪些是基本特征(如配合面,保證產品外形輪廓的特征),哪些是構造特征(如面與面之間的過渡、凸臺、凹腔、倒圓、倒角等)。首先從基本特征入手,保證重點,產生一個合理的造型“基體”或稱之為“毛坯”,再在這“毛坯”上完成細節(jié)部分,如過渡面、局部凸臺、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。

在設計中,我們用proeNGINEER作為設計平臺,利用它來完成產品的三維實體造型:將一個產品的所有零部件都通過proeNGINEER軟件進行三維建模,并按一定的裝配關系進行組裝,由部件到小的裝配件再到大的裝配組件最后成為整機。利用proeNGINEER簡單的鼠標操作,立體直觀地展現(xiàn)零部件形狀和內容結構,以及零部件之間的裝配關系,運用proeNGINEER來完成造型和模擬裝配,使我們可以簡便、快捷的勾勒出設計思路,并可有效的進行可行性分析,檢驗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,因而我們能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決問題,對工藝的合理性等功能分析提供研究數(shù)據,而且為后續(xù)的模具設計、NC加工等奠定了基礎。

最后根據計算機的輔助設計結合市場及用戶的要求完成對產品設計從外觀造型到色彩配置,從功能組合到結構設計,從加工工藝到使用條件的討論和分析,優(yōu)化設計方案。

3、零件三維實體創(chuàng)建方法

3.1 分析零件
proeNGINEER三維模型將線框、曲面和實體三者有機結合起來,形成一個整體,在建立產品幾何模型時兼用線、面、體三種設計手段。其所有的幾何造型享有公共的數(shù)據庫,造型方法間可互相替換,而不需要進行數(shù)據交換。因此在進行產品造型時,必須首先充分了解應用軟件中的各種造型方法,總結出造型方法的特點、相關參數(shù)及應用技巧,減少造型的盲目性,才能快捷有效地獲得滿意結果。

3.2 建模步驟
在實體造型時需先行完成基本參數(shù)的設置:

    ① 新建一種符合ChineseGB的單位設置:單位長度mm,質量kg,從菜單管理器選擇Part-Setup-Units,打開數(shù)值單位管理器進行修改;
    ② 基準面設置:至少建立3個正交的基準面,推薦命名為front middle base;
    ③ 定義視圖:設置1個缺省視圖和6個相對基準面的方向視圖,建議命名為front top right back bottom left。

根據零件的主要結構建立特征,進入proeNGINEER的Part模塊,在Feature菜單下建好零件的三個默認基準平面(Default datum planes),在Solid特征的Protrusion功能中選用適合的構件方式,如Extrude,Sweep,Revolve等進入草繪環(huán)境,以建好零件的基準面作為Part剖面的草繪平面(Sketching plane),繪圖參考面(Reference plane),剖面尺寸標注參考面完成二維草繪的繪制,建立一個合理的實體毛坯,確定后續(xù)各特征的相關關系,在毛坯模型的基礎上完成每個特征細節(jié)的設計。

利用proeNGINEER進行三維實本造型時基準參考面的選取是幾何模型建立與修改是否成功的關鍵,這是因為以默認基準面作為參考建立的實體或曲面可以避免產生相互間的不必要的父子關系。

以DVD面框為例,建模的關鍵在于運用Shell特征做出DVD面框的殼體:首先,要根據對所選用材料的流動性分析設定殼體的厚度,其次,還需要根據零件的形狀確定Shell特征在建模諸多特征中的使用順序,這是因為各特征的排列順序直接影響到零件是否會產生尖角等不利于Shell特征成功的建模缺陷。

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

4、零件裝配設計

在許多產品開發(fā)和設計的初期,我們經常會遇到的問題是:

① 只知道整個產品的基本結構,其結構的細節(jié)不清楚。
② 產品裝配的具體尺寸不清楚,只知道整個裝配的大概尺寸。

在這種情況下,已有的方法是通過設計人員的經驗以及一次次的嘗試來達到最終產品的目的,這無疑是事倍功半。而通過proe軟件將產品的三維模型完整的展現(xiàn)在我們的面前,對其進行詳細的研究、分析直至將產品在計算機上完成之后再進行實際的加工、裝配,無疑是事半功倍。

Pro/ASSEMBLY是一個參數(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地更換零件,其功能如下:

    ① 在組合件內自動零件替換(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(考慮組件內已存在的零件來產生一個新的零件)
    ④ Pro/ASSEMBLY里有一個Pro/Program模塊,它提供一個開發(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,即使不是技術性用戶也進行自定義設計。
proeNGINEER的基本結構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,高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理,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程度來表示,從而使設計人員可以對某些特定部件或者子裝配體進行研究,同時在整個產品中使設計意圖保持不變。附加的功能還能使用戶很容易的創(chuàng)建一組設計,有效的支持工程數(shù)據重用。

4.1 裝配步驟:
進入“Assembly”模式。選“Create”,命名一組關系圖檔。選“Component”,進行組合。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”,進行一對一的組合。接著出現(xiàn)有約束配合關系命令的對話框,常用項目如下:

    ① Mate:兩平面相密合;
    ② Mate Off:兩相對平面間間隔一段距離;
    ③ Align:兩平面或兩圓弧(或圓)沿中心線互相對齊;
    ④ Align Off:兩平面或兩圓弧(或圓)沿中心線互相對齊后隔開一段距離;
    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。

使用時除了利用坐標組合以外,其余的配合通常須設定兩種以上的配合方式來確定兩零件之相對關系,再選“Done”,此時系統(tǒng)會將次視窗之零件自動組合到主視窗之零件上,同時關閉次視窗。

4.2 零件間的裝配關系
裝配爆炸圖及零件定義運動,結合給零件加上不同的顏色,質感,光源以表達產品的真實性及半透明顯示外部零件等手段可以清晰地表達裝配體的內部結構,反遇出零件間的裝配關系。

在設計中的各個零件模型,可以進行相互的組合,也可以爆炸開來,當組合完成后,使用主菜單下之“View”——“Explode”系列指令即可以將組合件爆炸開來,若要使其重新恢復組合,使用“Un-Explode”指令即可。

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

4.3 模型分析
用于完成零件間干涉及間隙檢查:當裝配件各組件間出現(xiàn)靜態(tài)或動態(tài)干涉時系統(tǒng)會提交干涉報告,這一點對于實際工程設計是極具意義的功能,以DVD面板組件為例,用干涉報告為依據,設計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,及時修正設計方案,從而避免了產品成型后發(fā)現(xiàn)問題,進行模具變更所造成的新品投放市場延后及經濟效益損失。

5、 proeNGINEER推廣應用的一些體會

CAD/CAE/CAM一體化設計是世界工程設計領域發(fā)展的大勢所趨,它在提高設計水平和設計效率上發(fā)揮著積極的作用,而proeNGINEER軟件的參數(shù)化和全相關特性、干涉檢查、空間管線布局、鈑金件折彎與展開等多項實用而強大的功能則是二維軟件難以實現(xiàn)的。因此,使用proeNGINEER軟件開發(fā)產品,可使其設計水平產生一個實質性的飛躍進。

proeNGINEER作為一種通用工程軟件有著其強大的功能,但要更好地服務于家電產品的研發(fā)還需要在供應商的協(xié)助下進行一些相關的二次開發(fā)工作,另外總結出一套較全的設計規(guī)范對于推廣和使用proeNGINEER軟件帶動結構設計其他方面的發(fā)展和進步是十分必要的:proeNGINEER不同版本的操作界面改動很大,這一點讓一些早有proeNGINEER使用經驗的設計師會感到很不適應。

proeNGINEER軟件是當今世界優(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的工程設計理念和思想,諸如并行設計、柔性設計、Top-down設計、參數(shù)化設計、系統(tǒng)靈敏度設計等設計技術,在進一步推廣和使用proeNGINEER軟件的同時這一先進的設計技術也將引入到家電產品結構設計中來,結構設計中應本著充分利用和發(fā)揮proeNGINEER軟件在結構設計上特有的優(yōu)勢堅持不懈地將proeNGINEER普及到結構工程設計的各個環(huán)節(jié)之中,全面的推動結構設計的發(fā)展和進步,與世界先進工程技術接軌,從而大幅度提高設計水平和設計效率。

利用數(shù)據進行嚴密制作是proeNGINEER的一大特征,如果能夠用再稍微粗略的感覺進行設計,然后再進行詳細設計,這對活用設計人員的構思很重要,為了實現(xiàn)活用數(shù)據信息的整體工程,首先必須確保創(chuàng)意設計和下游CAM部門的連帶性。如何進一步充實proeNGINEER數(shù)據與家電產品間的數(shù)據交互和連帶方面的功能,是一個值得探索的問題。

基于proeNGINEER技術的輔助鈑金下料

作為一種常用的結構件,鈑金零件在通信、電子、汽車、農業(yè)機械等行業(yè)有著廣泛地應用。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。經過塑性變形,金屬內部組織得以改善,機械強度有所提高,具有重量輕、剛度好、精度高和外形光滑美觀的特點,與焊接、膠接等工藝配合,可使零件結構更趨合理,加工更加方便,是制造復雜形狀結構件的主要方法。

國內多數(shù)企業(yè)雖然已經引入CAD技術,但對鈑金下料計算大多仍采用等分投影法,與傳統(tǒng)手工計算方法相比,過程雖有所簡化,其實質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軟件均具有鈑金設計模塊,可以便捷地完成鈑金設計,獲取所需下料展開圖,提高設計質量和效率。本文將以proeNGINEER為平臺,通過兩個典型案例,對其設計過程加以簡介。

45°斜交三通管結構圖

其中管1下料計算步驟如下。

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

(2) 選擇下拉菜單“插入/薄板伸出項/旋轉”命令,在top基準面上繪制草圖,設定旋轉軸為Front,雙側對稱旋轉,預留加工余量為1°,確定旋轉角度為359°,設定相應材料厚度。 (3)選擇“插入/切削/旋轉”命令,設定草圖基準面為Front,如圖3所示,繪制草圖,設定45°基準軸線為旋轉軸,雙側對稱360°旋轉除料。

(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,均可達到相同的效果。

2、圓錐臺-圓管90°彎頭

彎頭由斜切圓錐臺管與斜切圓柱管焊合構成。本例中我們將采用Top-down設計方法,在裝配設計中完成兩斜切管下料計算。

圓錐臺-圓管彎頭結構圖

2.1 新建設計組件

設定模板為mmns_asm_design。

2.2 斜切圓錐臺管的設計

(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”命令,設定asm_front為草圖平面,asm_right為旋轉軸,雙側對稱旋轉,確定旋轉角度為359°,設定相應材料厚度。

(3)插入草繪基準曲線,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/實體”命令,使用前述45°分割線切除圓錐臺管多余部分。