使用ProENGINEER进行注塑模具设计 数控毕业论文.doc

目录 第 1 章 pro engineer 的安装 .1 1.1 pro engineer 的安装环境 1 1.1.1 用 d-tool，酒精之类的虚拟光驱虚拟 cd1.1 1.1.2 解压 crack.rar.2 1.1.3 设置简体中文环境 .2 1.2 pro engineer 的正确安装 3 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 7 2.1 设计过程 .7 2.2 模具型腔和型芯的设计 .8 2.3 模具零件的加工 10 2.4 其他功能 .11 2.5 结束语 .11 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 13 3.1 前言 13 3.2 pro/engineer 的模具设计方案 14 3.2.1 基于专家系统的模具设计 .14 3.2.2 模具设计流程 .15 3.2.3 热复合模设计实例 .16 3.3 小结 .18 第 4 章 我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 .19 4.1 现状 19 4.2 未来冲压模具制造技术发展趋势 20 第 5 章 pro/engineer 的数控加工编程 .22 5.1 数控编程功能简介 22 5.2 数控编程流程 22 5.3 数控编程实例 .23 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 .25 6.1 引言 25 6.2 虚拟装配基本设计思想及内涵 .26 6.2.1 以设计为中心的虚拟装配 .26 6.2.2 面向装配的设计（dfa） .27 6.2.3 与 master model 相关的可制造性设计和可装配性设计 27 6.3 以过程控制为中心的虚拟装配 27 6.3.1 实现对产品总体设计进程的控制 .28 6.3.2 过程控制管理 .28 6.4 仿真为中心的虚拟装配 .29 6.4.1 优化装配过程 .29 6.4.2 可装配性评价 .29 6.5 应用研究 .29 6.5.1 基础应用环境 .29 6.5.2 焊接小车部件级产品实施方法及途径 .30 6.6 结束语 .32 参考文献 .33 第 1 章 pro engineer 的安装 1 第 1 章 pro engineer 的安装 1.1 pro engineer 的安装环境 进行 pro engineer 的安装，需要有一定的安装条件，本节主要讲述其安 装环境及如何安装。 1.1.1 用 d-tool，酒精之类的虚拟光驱虚拟 cd1 记下硬件 id（每台电脑不一样） 第 1 章 pro engineer 的安装 2 1.1.2 解压 crack.rar 在不编辑不改变 lic.dat 前运行 keygen 一次产生一次 license.dat； 然后用记事本编辑 lic.dat。 把所有的 hostid 换成自己电脑的 如： hostid=ptc_hostid=11-22-33-44-55-66 改成 hostid=ptc_hostid=00-0e-a6-40-ef-4c 只改 hostid=ptc_hostid=后面至 supersede 或 之前的字符串段 （建议有 word 的同志用 word 打开然后替换，否则太累了） 然后保存文件。之后再一次运行 keygen 产生新的 license.dat，这个文件在下 一具体安装步骤时要求选择注册文件时将被选中。 (注意形成的 license.dat 必须有如下一行： increment proe_200 ptc_d 25.0 01-jan-0 uncounted cd9017257c9207469a86 其中 cd9017257c9207469a86 未必一字不差，视每台电脑不同而不同，但必 须是在每次运行 keygen 后得出来的 license.dat 的这一行这一串字符稳定下来 不变才算成功，否则的话不断运行 keygen 多次直到字符串稳定下来为止。 ) 1.1.3 设置简体中文环境 右键点击我的电脑-属性- 高级-环境变量新建，设置简体中文变量值（如图变 量名 lang，变量值 chs） ，确定退出。这样安装过程会正确显示简体中文，安 装后软件运行也会显示简体中文。 第 1 章 pro engineer 的安装 3 1.2 pro engineer 的正确安装 安装时要求许可证时选第三个许可证文件 第 1 章 pro engineer 的安装 4 用第二步生成的 license.dat 第 1 章 pro engineer 的安装 5 然后就 ok 了 安装时不要选择 flexlm 来安装而直接选择 pro/engineer 来安装。 添加 flexlm，在“指定许可证服务器”时选择第三项即“locked license file(no server running)”并浏览到生成的注册文件 licens.dat。要安装的其他功 能模块必须在 option 那里选择，如塑料顾问、机械分析模具制造与 nc，并 且要指定其他模块的安装路径，在出现“选择要执行的可选配置步骤”时选 择附“加许可证配置” 、 “配置其他产品的互用性”及“帮助文件搜索路径” 和“ole 设置 ”。 各模块的路径选择如下(假设是安装在默认的目录 x:program files下)： mechanica 指定在 x:program filesmechwildfire 2.0，帮助文件指定在 第 1 章 pro engineer 的安装 6 x:program filesproewildfire 2.0help(但必须有第三张碟才能安装帮助文件 )， 图库文件指定在 x:program filesproewildfire 2.0graphic-library。 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 7 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量 和成本。本章以某注塑模具的设计为例，介绍了 pro/engineer 的特点以及在 注塑模具设计中的应用，为高质量模具的设计和制造提供了一条途径。 pro/engineer 是美国 ptc 公司出品的 cad/cam 软件，它以参数化设计的 观念闻名于世，为传统机械设计与制造带来了巨大的便利。pro/engineer 提 供的参数化设计具有 3d 实体造型、单一资料库以及以特征为设计单位等特点， 因此通过使用它设计者可以随时计算出产品的体积、面积、质心、重量和惯 性矩等数据，并且不论在 3d 或 2d 图形上作尺寸修改，其相关的 2d 或 3d 实 体模型及装配、制造等也自动修改。由于 pro/engineer 在设计中导入了制造 的概念，设计人员可随时对特征作合理、不违反几何的顺序调整、插入、删 除和重新定义等修正操作。 2.1 设计过程 典型的注塑模设计过程在 pro/engineer 环境下，注塑模设计过程包含以 下步骤： (1)创建塑料件模型（也称为三维造型） ； (2)创建毛坯，用来定义所有模具元件的体积； (3)根据不同的收缩率、脱模斜度和塑件模型构建型腔、型芯的特征 和尺寸； (4)加入模具装配特征形成浇注系统，定义分模面及模块； (5)定义模具开启的步骤及检查干涉； (6)依需要装配模座，完成冷却系统设计； 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 8 (7)完成所有零件的零件图； (8)根据加工需要，生成零件的 nc 代码。 2.2 模具型腔和型芯的设计 在设计过程中，首先通过对塑料件模型的不同部位尺寸设定收缩率、构建 设计模型、产生型腔及型芯特征尺寸，然后使设计模型与型腔或型芯毛坯重 叠，经过一系列面的生成、延伸及融合等操作形成分模面，最后从毛坯中挖 去设计模型，并从分模面切割产生型腔和型芯，如图 1、图 2 和图 3 所示。 图 1 塑件产品 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 9 图 2 凹模 图 3 凸模 分型面的建立是最复杂而又最关键的部分，其中复制实体表面是通常使用的 命令。在复制实体表面时，应尽量采用 copysurf&bnd 的方式，通过选择种 子面与边界面一次选定所需的曲面，而不要使用 copyindivsurfs 拷贝曲面， 再将曲面合并成所需曲面的方式，因为这样做不仅速度慢，而且容易造成曲 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 10 面丢失，不能完整选定实体表面。 通过上述方法产生的型腔或型芯是整体式的。考虑到制造工艺，还可通 过面对体的操作进一步分解型腔或型芯使整体式变为镶块嵌入式。 模具设计完成后，使用拔模斜度检查功能可检查模具有无倒扣现象产生。 如有倒扣，说明该件无法脱模，必须进行修改。 2.3 模具零件的加工 在 pro/engineer 的 nc 模块下，根据加工需要，可生成数控车削、数控铣 削及电火花线切割的 nc 代码，具体过程如图 4 所示。 图 4 模具零件加工流程 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 11 2.4 其他功能 pro/engineer 具有强大的接口功能，能通过 iges、stl、set、step 等 格式与其他 cad/cae/cam 软件实现数据文件的交换。在塑料产品开发中，通 常利用这个接口与 c-mold、moldflow、z-mold 等软件相连，利用它们的分析 模块，对 pro/engineer 中的造型进行分析，以确定模具的结构及注塑工艺。 pro/engineer 提供的 pro/program 是零件与装配自动化设计的一个重要 工具，用户可经由非常简单的高级语言来控制零件特征的出现与否、尺寸的 大小与零部件的出现与否、零部件的简易显示或完全显示以及零部件的数量 等。当零件或装配件的 pro/program 设计完成后，读取此零件或装配件时， 其各种变化情况即可利用交互方式得到不同的几何形状，达到产品设计要求。 利用 pro/engineer 还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通 用件和标准件都可根据用户的要求建立，同时用户所设计的每副模具都可作 为模具库的组成部分，以供后续模具设计应用。 2.5 结束语 pro/engineer 提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一 体，赋予“设计”完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型和模具设 计功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供 了强有力的工具。 此外，将并行工程技术引入 p r o /engineer 的模具设计中，可以由传 统的模具设计与制造工艺路线（即模具结构设计模具型腔、型芯二维设计 工艺准备模具型腔、型芯三维造型数控加工指令编程数控加工） ，改 变为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具 第 2 章 使用 pro/engineer 进行注塑模具设计 12 的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达 40%以上。设计工程师在进 行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺和影响模具寿命的因素，并进 行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三维模型后， 设计、制造及辅助分析部门的多位工程师可同时进行模具结构设计、工程图 设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程等工作，而且每一个工 程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短了设计、数 控编程的时间。另外，pro/engineer 软件具有的单一数据库、参数化实体特 征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证。 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 13 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 本章讲述了利用 pro/engineer 进行玻璃钢产品的模具设计及其数控编程的 流程，以实例的形式说明了利用 pro/engineer 软件的参数化特征造型和共享 数据库的特性在模具设计和数控编程中的优点，为读者从事产品三维设计、 模具设计与数控编程的高效应用提供了参考借鉴作用。 3.1 前言 模具工业是国民经济的支柱产业，在汽车、机械、电子、航空航天等行 业的 50以上产品依赖于模具的生产。模具作为工业产品生产的基础工艺装 备，其设计周期、生产效率和质量直接影响着产品生产的进度、成本和质量。 因此，提高模具和工装的设计质量和生产效率对于企业的经济效益有着直接 重要的现实意义。随着橡胶、塑料、玻璃钢等非金属及复合材料在工业产品 中所占的比例越来越大，提高非金属复合材料产品的质量和应用范围在很大 程度上与模具的设计有着密切的关系。 pro/engineer 作为参数化 cad/cam 软件系统的代表，实现了产品零件组 件从概念设计到制造全过程的设计制造一体化，提供了以参数化特征实体造 型为基础、部件间的关联设计、共享数据库和专家系统知识等技术，是集产 品设计、分析和制造一体化的 cad/cae/cam 软件平台。它使产品 cad/cae/cam 各单元系统之间实现了数据的自动传递与无缝转换和集成，在 cae、cam 系统顺利接受 cad 系统建立的三维模型，基于统一数据库基础上同 步更新。同时，它保证产品设计、模具设计、产品及模具的数控加工的刀具 轨迹及 nc 加工代码数据自动更新，避免了重复产品设计建模和 nc 数控编程 的工作，实现了 cad/cae/cam 数据的全相关性设计。 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 14 pro/engineer 提供的基于专家系统的模具设计功能和高效的数控编程功 能，其与产品和制造工艺全相关的模具设计方法克服了传统模具设计模式的 缺点，通过模具检测、自动分模、模拟开模和数控加工仿真的三维动态显示 等设计制造与视频技术结合等手段，使设计更加生动活泼地展现在人们面前。 它极大地提高了产品设计与生产的效率，保证产品生产进度和质量的同时解 放了产品设计及工艺人员的劳动生产力。系统还提供各种数据接口，如 iges、stl、dxf、step 等，使用户可直接读取 ug、catia 等 cad/cam 系统的 数据模型。 3.2 pro/engineer 的模具设计方案 3.2.1 基于专家系统的模具设计 利用 pro/engineer 软件提供的强大的三维造型功能，设计者可快速完 成产品的创建与修改。利用 pro/molddesign、pro/casting、pro/die 等基于 专家系统模具设计功能可快速完成分模、模具型腔及型芯的自动生成，标准 模架零部件和组件的调用等相关内容，最终完成注塑模、铸造模、冲压模的 设计。其模具设计专家系统建立在产品设计与制造工艺流程相结合的基础之 上，如铸造、注塑成型中的浇口、流道、凸凹模间隙设计、模具分型面的设 计、零件厚度与拔模检测等制造工艺经验进行了吸收和应用。利用 pro/plastic advisor 对模具的性能、模具结构、注塑件在成型过程中的温 度场的有限元传热分析和流道分析。 pro/molddesign 与 pro/casting 模块 在注塑铸造成型模具设计过程中提供了以下系列功能。 （1）分析设计零件是否可塑，对问题区域进行检验和修复。 （2）零件材料、几何模型和模具设计相对应的收缩间隙设计。 （3）进行模具凸凹模分型面的设计。 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 15 （4）模具凸凹模型芯型腔、浇口流道的设计。 （5）模具开模模拟及厚度、拔模、干涉等检测。 （6）标准模架零部件组件调用及脱模机构的设计。 （7）模具的单型腔模和多型腔模设计。 （8）产品、凸凹模型芯、型腔的模具全相关性设计。 （9）注塑模拟流动、传热及成型分析。 3.2.2 模具设计流程 利用 pro/engineer 进行模具设计的流程如图 1 所示。首先将设计好的产 品零件和依标准模架设计的模具毛坯零件进行装配，设置好正确的拔模方向， 进行拔模和厚度检测，设定产品收缩率与凸凹模间隙；然后，进行模具分型 面的设计与凸凹模的分割，再进行开模模拟和干涉检测；待凸凹模抽取成功 后进行浇口流道及脱模机构、标准模架及组件的装配设计；最后，将所有的 设计成品转入生产部门进行零部件的选取与加工制造。由此可知，它将企业 的产品设计、工艺设计、模具设计和数控加工编程集成在一起，提高了产品、 模具、工艺设计及数控编程的效率。 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 16 图 1 模具设计工作流程 3.2.3 热复合模设计实例 玻璃钢产品的加工制造常用的有缠绕成型、模压成型、层压成型和拉挤成 型等工艺手段。玻璃钢热复合模的模压成型是根据热固性玻璃钢复合材料产 品的成型特点，通过一定的配料和填料工艺，在压力机上经一定温度、压力 和时间的共同作用下加热、固化、冷却模压成型的。玻璃钢热复合模设计的 特点是其模具分型面的设计、凸凹模设计与注塑模或铸造模相似，但没有浇 口和流道，其脱模机构相对简单，模具设计的主要部分集中在凸凹模型芯和 型腔的设计上。 传统的热复合模具设计方式是首先进行工艺性分析、标准模架的选取， 然后进行凸凹模、脱模机构及相关部件的二维绘图设计。这种模具设计手段 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 17 效率低，不易检查设计中的错误，且模具设计质量很大程度上依赖于设计人 员的经验。当二维绘图完成后，进行数控加工编程时需要重新进行三维造型。 且当试模完成后模具设计需要更改时，又要进行二维绘图、三维造型和数控 编程等大量重复的劳动，尤其是在凸凹模的型芯型腔设计与后续数控加工编 程时，绘图和检测的工作量极大。利用 pro/engineer 基于专家系统的模具 设计功能模块，直接根据产品进行模具分型面设计、凸凹模设计、干涉检测、 开模模拟和模具装配等，将凸凹模设计一次完成，避免了模具设计人员因经 验不足引起的错误。同时，将模具设计完成后得到的凸凹模直接转入后续 nc 加工模块进行数控加工编程，且当产品和模具需要修改时，凸凹模及数控加 工的刀具轨迹随着设计更改而全部自动更新，提高了模具设计和数控编程的 效率和质量。整个设计过程都是在集成的环境下完成的。 图 2 为利用 pro/molddesign 模块进行某玻璃钢产品及其模具的凸凹模设 计实例，图中（b）为设计时的分型面及拔模方向。整个凸凹模的设计完全根 据产品模型进行分模设计，开模同时将凸凹模一次设计完成，较采用传统的 二维设计大幅度提高了设计的效率，缩短了模具设计制造周期。 图 2 热复合模设计实例 (a) 产品图 (b) 分型面 (c) 凹模 (d) 凸模 第 3 章 pro/e 在热复合模设计的应用 18 3.3 小结 本文以玻璃钢热复合模的模具设计和数控编程的应用为例，讲述了在 pro/engineer 软件平台上，利用系统的参数化驱动特征造型设计和共享数据 库的动态关联设计、基于专家系统的模具设计和数控加工编程等技术，系统 介绍了模具设计与数控编程的流程，在克服 2d 模具设计的缺点的同时提高了 模具设计开发的成功经验和成功率。在 nc 加工编程环境下，对抽出的凸凹模 模型直接进行数控编程，大大减少了编程时的建模工作量，提高设计资源的 可重复利用率，减少了设计与数控编程中的错误率，真正意义上实现了产品 的全相关性设计与制造一体化。 在实际应用中，可扩展到以空间型面定位的专用工装夹具的设计与数控 编程，可以快速高效地进行专用夹具的设计与数控编程加工，为提高 pro/engineer 的软件应用水平和扩大其应用范围提供了借鉴作用。cad/cam 一体化是解决产品设计、数控加工编程高效率高质量的主要途径之一，也是 当今机械工程应用领域的发展方向，cad/cam 一体化的实现对于提高制造企 业的竞争实力和经济效益有着重要的意义。 第 4 章 我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 19 第 4 章 我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 4.1 现状 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增 长。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业 的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独 资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一 些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了 自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来 越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个 链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平 高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步， 东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模 具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年 的努力，在模具 cad/cae/cam 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和 缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型 分析 kmas 软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车 覆盖件模具和级进模 cad/cae/cam 软件，上海交通大学模具 cad 国家工程研 究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模 cad 软件等在国 内模具行业拥有不少的用户。 第 4 章 我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 20 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面 与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备 中的比重比较低；cad/cae/cam 技术的普及率不高；许多先进的模具技术应 用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 4.2 未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质 量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广 cad/cam/cae 技术 模具 cad/cam/cae 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和 进步，普及 cad/cam/cae 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 cad/cam 技 术培训和技术服务的力度；进一步扩大 cae 技术的应用范围。计算机和网络 的发展正使 cad/cam/cae 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广 成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的 表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。 高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新 的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所 需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可 快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各 种不同数控系统的加工程序、不同格式的 cad 数据，用于模具制造业的“逆 第 4 章 我国冲压模具企业技术现状及发展趋势 21 向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相 信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成 型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维 轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电 火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中 应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已 达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。 模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热 处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的 气相沉积(tin、tic 等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研 究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质 量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有 随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同 步系统；有质量监测控制系统。 第 5 章 pro/engineer 的数控加工编程 22 第 5 章 pro/engineer 的数控加工编程 5.1 数控编程功能简介 在产品的数控加工编程方面，pro/engineer 软件提供了功能强大的数控 编程模块 pro/nc。该 cam 模块和 cad 模块集成在一起，具有强大的数控加工 编程、后置处理功能。pro/nc 可分别对各种加工机床的各种加工方式进行数 控加工编程，能产生生产过程规划，提供参数化的刀位轨迹生成，估计加工 的时间。它所具有的数控车削、铣削、线切割加工编程功能，支持车削中心、 五轴铣削中心和四轴线切割数控加工编程功能，具备完整关联性，对任何设 计更改，能自动生成加工程序和资料。 利用 pro/nc 生成的刀具轨迹文件称为 cl data（cutter location data），通过 nc check 进行仿真加工检测切削状况，提供的 vericut 模拟功 能可以模拟材料的去除过程，使用户对切削过程进行快速校验和刀具轨迹地 优化设计提供指导，以预测误差和干涉过切。产生的 cl 刀位文件经 ncpost 或 gpost 后置处理产生 nc 代码。其提供的后置处理程序能满足如 fanuc、 heidenhain、simenses、 mitsubishi、 mazak、 agie 和 charmilles 等数控 系统。用户可以通过修改 option file 文件（机床配置文件）和 fil file 文 件（数控机床系统接口文件），产生适合自有数控机床系统的后置处理程序。 5.2 数控编程流程 数控编程是指根据被加工零件的技术要求、几何形状、尺寸及工艺要求来 确定加工方法、加工路线和工艺参数、切削参数（主轴转速、刀具进给量、 第 5 章 pro/engineer 的数控加工编程 23 切削深度等）及辅助功能（主轴正反转、冷却液开关等）的设置，进行数值 计算获得实际加工时的刀具轨迹，然后按数控机床所采用的代码及程序格式， 输出工件的数控加工程序的过程。 数控加工编程的功能模块一般包括图形几何造型、刀具轨迹设计、刀具 轨迹编辑、加工仿真、后置处理和全数据关联参数化驱动修改等功能模块。 利用 pro/nc 进行数控程序的编制流程与实际加工的逻辑思维是相似的。 利用 pro/nc 模块进行数控编程时，要求制造工程师遵循一定的逻辑步聚 来设计加工所需的刀具轨迹。其过程是：首先设计加工所需的制造模型（产 品与毛坯）；然后建立包含加工机床、刀具、夹具、加工坐标系等方面内容 的制造工程数据库（加工环境设置），其定义可在刀具轨迹设计规划之前完 成，也可在进行刀具轨迹设计的同时进行设置；接下来选择被加工的几何对 象（点、轮廓、曲面或实体）和加工方式，如体积铣削、曲面铣削等，根据 具体的加工方式确立合适的切削工艺参数如步距、深度、主轴转速等制造参 数，系统根据加工对象和加工方式及切削工艺参数进行数值计算生成需要的 刀具轨迹，这里为了提高刀具轨迹的设计质量，通过仿真加工 vericut 功能 检测刀位轨迹不合理之处 ；最后，通过后处理程序对 cl data 文件经 gpost 或 ncpost 后置处理生成相应数控机床系统 nc 加工程序代码。 5.3 数控编程实例 利用 pro/engineer 进行产品及模具的数控编程与仿真加工，当产品模型 更改时，所设计的凸凹模型芯型腔和数控加工程序数据，刀具轨迹和 nc 代码 都随之更新。做到了产品设计与制造数据的全相关，使设计制造一体化。图 4 为上述玻璃钢热复合模凸模产品数控加工的刀具轨迹图。用户可以根据加 工的需要对数控编程过程树和工艺参数表的内容进行编辑修改，生成高效优 质的数控程序。 第 5 章 pro/engineer 的数控加工编程 24 图 4 数控编程实例 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 25 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 虚拟装配技术是一种全新的设计概念。它可有效支持自顶向下的并行产品设 计以及与 master model 相关的可制造性设计和可装配性设计，以缩短产品开 发周期。本文在分析了虚拟装配技术基本思想后，提出了在某型焊接小车设 计中实施虚拟装配技术应用的基础环境以及具体的实施方法和途径。 6.1 引言 近年来，世界机械制造业市场的竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市 场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的 问题。近 20 年来的实践证明，将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的 改造，是现代化企业生存、发展的必由之路。同时，先进的产品研制方法、 手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利 的保证。以波音公司为例，在数字化代表产品-波音 777 的展示中，不像以 往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们如何充分利用数 字化研制技术以及产品研发人员的重新编队等方面。波音 777 飞机项目顺利 完成的关键是依赖三维数字化设计与集成产品开发团队 ipt（integrated product development team）（238 个 team）的有效实施，保证了飞机设计、 装配、测试以及试飞均在计算机上完成。研制周期从过去的 8 年时间缩减到 5 年，其中虚拟装配的工程设计思想在研制过程中发挥了巨大的作用。“虚 拟装配”（virtual assembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚 拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。通常有 2 种定义： (1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产 品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 26 位、分析过程。 (2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装 配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验 产品的可装配性。 本章结合焊接小车研制的特点，给出如下的定义：虚拟装配是在计算机上完 成产品零部件的实体造型，并且进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设 计过程，实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。虚拟装配 技术在机械设计的应用研究中，是一种全新的设计概念，它为产品的研制提 供了一种新的设计方法与实施途径，它的成功依赖于对产品总体设计进程的 控制。同时，产品的零部件模型数据的合理流动与彼此共享是实现虚拟装配 技术的基础。虚拟装配包括设计过程、过程控制和装配仿真三部分。 6.2 虚拟装配基本设计思想及内涵 6.2.1 以设计为中心的虚拟装配 以设计为中心的虚拟装配（design-centered virtual assembly）是指在产 品三维数字化定义应用于产品研制过程中，结合产品研制的具体情况，突出 以设计为核心的应用思想，这表现在以下三个层次，如图 1 所示。 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 27 图 1 虚拟装配层次图 6.2.2 面向装配的设计（dfa） 即在设计初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保 证产品的可装配性。引入面向产品装配过程的设计思想，使设计的产品具有 良好的结构，能高效地进行物理装配，能在产品研制初期使设计部门与制造 部门之间更有效地协同工作。 自顶向下（top-down）的并行产品设计（cpd） 并行产品设计是对产品及其相关过程集成、并行地进行设计，强调开发人员 从一开始就考虑产品从概念设计直至消亡的整个生命周期里的所有相关因素 的影响，把一切可能产生的错误和矛盾尽可能及早发现，以缩短产品开发周 期，降低产品成本，提高产品质量。 6.2.3 与 master model 相关的可制造性设计和可装配性设计 产品研制是多部门的协同工作过程，各部门间的合作往往受到各个企业的生 产条件等方面的限制，结合各个企业的生产能力和生产特性，改进产品设计 模型的可制造性、可装配性，减少零部件模型的数量和特殊类型，减少材料 种类，使用标准化、模块化的零部件，是非常必要的。以不同阶段的 master model 为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整一致，保证产品 研制的各个部门协同工作，实现 cad/cam/cae 系统的高度集成，有效提高产 品的可制造性和可装配性。 6.3 以过程控制为中心的虚拟装配 以过程控制为中心的虚拟装配（process-centered virtual assembly）主要 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 28 包含以下两方面内容。 6.3.1 实现对产品总体设计进程的控制 在产品数字化定义过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用 于产品设计过程，该过程可以划分为三个阶段：总体设计阶段、装配设计阶 段和详细设计阶段。通过对三个设计阶段的控制，实现对产品总体设计进程 的控制，以及虚拟装配设计流程。 （1）总体设计阶段。总体设计阶段是产品研制的初期阶段，在此阶段进行产 品初步的总体布局，主要包括：建立主模型（master model）空间；进行产 品初步的结构、系统总体布局。 （2）装配设计阶段。装配设计阶段为产品研制的主要阶段，在此阶段产品三 维实体模型设计已经基本完成，主要包括：产品模型空间分配（装配区域、 装配层次的划分）；具体模型定义（建立几何约束关系、三维实体模型等） 以及应力控制。 （3）详细设计阶段。详细设计阶段为产品研制的完善阶段，在此阶段完成产 品三维实体模型的最终设计，主要包括 ：完成产品三维实体模型的最终设计， 进行产品模型的计算机装配，进行全机干涉检查。 6.3.2 过程控制管理 过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过程间的协作等 方面内容。通过对过程模型的有效管理，实现对工程研制过程中各种产品设 计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的目 的。 第 6 章 基于 pro/engineer 的虚拟装配技术研究 29 6.4 仿真为中心的虚拟装配 以仿真为中心的虚拟装配（simulate-centered virtual assembly）是在产 品装配设计模型中，融入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程。其主要 目标是评价产品的可装配性。 6.4.1 优化装配过程 目的是使产品能适应当地具体情况，合理划分成装配单元，使装配单元能并 行地进行装配。 6.4.2 可装配性评价 主要是评价产品装配的相对难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计 是否需要修改。 6.5 应用研究 6.5.1 基础应用环境 虚拟装配技术在焊接小车设计中的应用，需要以一定的基础应用环境作为平 台，主要包括以下几个方面：协同工作环境、统一的信息编码系统以及机械 通用基础标准。 （1）协同工作环境。有一个协同工作的基础环境，实现支持异地设计、异地 装配、异地测试的工作环境，特别是基于网络的三维图形的异地快速传递、 过程控制、人机交互