基于ProE三维实体造型毕业设计

1、重庆三峡学院毕业设计（论文） 设计（论文）题目：基于Pro/E三维实体造型专 业：机械设计制造及其自动化年 级：2008级学生学号：200807024233学生姓名：邓锐指导老师：葛卫国 职称: 高级讲师完成毕业设计（论文）时间：2012年5月目 录第1章 前 言11.1 CAD/CAM的发展与应用概况11.2 CAD/CAM技术21.3 研究Pro/E三维实体造型的意义3第2章 Pro/E软件简介及基本操作42.1 Pro/E软件简介42.2 Pro/E主要模块42.3 Pro/E基本操作4第2章 基于Pro/E轿车实体造型73.1 轿车壳体造型73.2 轿车底盘造型93.3 轿车轮胎造型1

2、03.4 轿车座椅造型123.5 方向盘造型143.6 元件装配153.7 渲染效果16第4章 结 论18致谢语19参考文献20基于Pro/E三维实体造型邓锐重庆三峡学院机械工程学院机械设计制造及其自动化专业2008级 重庆万州404000摘要 CAD/CAM作为制造核心和关键技术，其从根本上改变了机械设计人员的工作方式，使零件设计更加方便，零件装配更加直观，大大的提高了设计质量和工作效率，缩短了产品更新换代的周期，在机械设计领域有着相当大的作用。Pro/E作为一款集CAD/CAM/CAE一体的绘图软件，其三维实体造型，是以构建实体特征（基本实体特征、附属实体特征）、曲面特征和基准特征为基础的

3、实体造型。通过对实体进行分析，构建不同的基础特征，生成零件，并且装配，达到三维实体造型的目的。本文主要介绍通过Pro/Engineer三维实体造型，建立不同的特征，利用逆向造型原理，根据平面四视图构建轿车外形、底盘、轮胎及轮毂等实体，装配成轿车三维实体，并且经过后期渲染处理，达到对轿车三维实体造型的研究。关键词 Pro/E 三维实体造型 CAD/CAM 轿车 2012届机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计）第1章 前 言1.1 CAD/CAM的发展与应用概况1.1.1 CAD/CAM的发展 现代社会无论哪一方面的设计都离不开绘图，但是传统的手工绘图不仅速度慢，而且质量也不高，所花费的精力也

4、多。随着计算机技术的不断进步，使得以计算机为辅助系统的绘图工具的优点更加突出。正因为如此，CAD/CAM成为计算机在绘图方面应用最广泛的工具。CAD（计算机辅助设计）是指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等。CAD技术大致经历了四个发展阶段：（1） 形成期1950年美国麻省理工学院采用阴极射线管（CRT）研制成功图形显示终端，实现了图形的动态显示，从此结束了计算机只能处理字符数据的历史。（2） 发展期 20世纪50年代后期出现了光笔，从而开始了交互式绘图。到20世纪70年代CAD技术以二维绘图和三维线框图形系统为主。（3

5、） 成熟期 1973年诞生了第一个实体造型（Solid Modeling）实验系统，并于1978年推出了第一代实体造型软件，此后20年实体造型技术成为CAD技术发展的主流，并走向成熟，出现了一批以三维实体造型为核心的CAD软件系统。实体造型技术的发展和应用大大拓宽了CAD技术的应用领域。（4） 集成期 CAD、CAM各自对设计和生产所产生的巨大推动作用已被认同，加之设计和制造自动化的需求，出现了集成化的CAD/CAM系统。 CAM（计算机辅助制造）是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，如计算机辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与分析等。从CAM的发展历程来看大致

6、分为两个部分：（1） 第一阶段 APT语言编程方法在计算机上的运用，实现了NC程序编制的自动化。数控机床与计算机辅助数控数控程序编制的出现，成为了CAM硬、软件的开端。它将高效率与高柔性融合于一体，实现了单机的柔性自动化，为现代技术柔性制造技术奠定了基础。（2） 第二阶段 20世纪70年代后期，随着几何造型技术、图形显示技术和数控编程后置处理技术的发展和应用，出现了交互式图形编程系统，标志着CAM技术发展到成熟阶段，随后，出现了加工过程仿真和加工程序检验系统，也为CAD/CAM系统集成奠定了基础。1.1.2 CAD/CAM运用状况近20年中，CAD/CAM是发证最迅速的技术和产业之一，也是应用

7、领域最广泛的实用技术之一，它推动了制造领域的革命。根据资料表明：机械、电子、建筑领域已经趋于成熟。航天、造船、机床制造、汽车等是国内外运用CAD/ACM技术较早的工业部门。同时CAD/CAM技术还广泛运用于电子工业；土木建筑领域；以及轻纺服装行业的花纹图案与色彩设计、款式设计、排料放样及衣料剪裁；人文地质领域的地理图、地形图、矿藏勘探图、气象图、等位面图的绘制；电影电视中动画及特技镜头的制作等许多方面。我国的CAD/CAM应用从20世纪90年代进入全面推广阶段，至20世纪90年代后期，已经覆盖了重型机械、矿山机械、工程机械、电工电器、机床、航空航天、兵器、仪表仪器、建筑、服装行业等。如今在国流

8、行CAD/CAM软件有10多种，其中运用广泛的如UG、Pro/E、Solidworks、CATIA等，同时，国内的一些高校、机构也自行研发的CAD/CAM系统如CAXA电子图板、CAXA制造工程师、开目CAD、高华CAD等也得到运用，这使我国的CAD/CAM技术得到了很大的提升。1.2 CAD/CAM技术1.2.1 CAD/CAM技术功能在CAD/CAM系统中，计算机主要帮助人们完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息传输与转化、结构及过程的分析与优化、信息管理与过程管理等工作，因此，作为CAD/CAM系统，应具备图形图像处理、产品与过程建模、信息存储与管理、工程计算分析与优化、工程信息传输与

9、交换、人机交互、信息的输入与输出等功能。1.2.2 CAD/CAM技术特点有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来；减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了设计周期；由于采用了计算机辅助分析技术，可以从多方案中进行分析、比较，选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化；有利于实现产品的标准化、通用化、和系列化；提高了加工效率；提高了产品的质量和设计、生产效率等技术特点。1.2.3 CAD/CAM主流技术 基础造型技术（参数化设计、变量设计及特征造型技术）CAD/CAM的技术发展是一个阶段性的过程，由最初的仅限于计算机辅助绘图，到从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产

10、生的三维线框造型、曲面造型以及实体造型。再到如今的参数化以及变量设计和特征造型技术，成为CAD/CAM的主流技术。 传统的绘图软件都用固定的尺寸定义集合元素，当需要修改绘图时，只有删除线条，重新绘制，这样不仅是工作变得繁复，而且增加了设计时间。所以引入了参数化设计，当需要改动绘图时，仅需要改变尺寸参数，这样使绘图修改更加便捷，大大的缩短了绘图时间。变量化设计是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。变量化设计允许尺寸欠约束的存在，这样设计者便可以采用先形状后尺寸的设计方式，将满足设计要求的几何形状放在第一位而暂不用考虑尺寸细节，设计过程相对宽松。 特征造型

11、是着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。特征(feature)在这里作为一个专业术语，兼有形状和功能两种属性，它包括产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。特征造型技术使得设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。特征的引用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型更容易为人理解和组织生产。1.3 研究Pro/E三维实体造型的意义Pro/E作为当今使用率最高的三维设计软件之一，涉及CAD、CAM和CAE等领域，具有以下特点：1.3.1 全相关性 Pro/E的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某

12、一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档。包括装配体、设计图纸，以及制造数据等。这样使得在开发周期中任意一点进行修改，不会有任何的损失。1.3.2 基于特征的参数化造型 Pro/E使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构建要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置方便进行修改。例如设计特征有弧、圆角、倒角等他们对于工程人员来说是很熟悉的因而易于使用。在装配、加工和制造中通过对这些特征设置参数，很容易进行多次设计选代，实现快速产品开发。1.3.3 数据管理用于管理并行工程中同时进行的各项工作1.3.4 装配管理Pro/E的基本结构能够使设计者使用一些直观的命令，

13、如“啮合”、“插入”等，很容易把零件装配起来，同时保持设计意图。1.3.5 易于使用Pro/E中菜单均以直观的方式级联出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简单的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得用户更加容易学习。通过对Pro/E的三维实体造型研究，熟悉Pro/E的功能特点，有利于掌握三维造型的相关知识，才能合理利用软件，提高设计的效率和质量。第2章 Pro/E软件简介及基本操作2.1 Pro/E软件简介Pro/E是美国PTC（参数技术公司）开发的一款三维辅助设计软件，它为用户提供了一套从设计到制造的完整CAD解决方案。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件

14、制造、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用，并且新增人体工程学模块。从目前的市场来看，它所涉及的主要行业包括汽车、航天、电器和玩具等。2.2 Pro/E主要模块2.2.1 工业设计（CAID）模块工业设计模块主要用于对产品进行几何设计。通过使用Pro/E创建实体建模进行设计意图的预览。该模块包括3D建模、动画模拟、概念设计、网络动画合成、图片转三维模型、和图片渲染等子模块。2.2.2 机械设计（CAD）模块机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具。在该模块中可会制任意复杂形状的零件。该模块包括实体装配、电路设计、弯管铺设、应用数据图形显示、曲面设计和焊接设计等

15、模块2.2.3 功能仿真（CAE）模块功能仿真模块主要进行有限元分析。通过该模块是设计者能够了解零件内部的受力状态。该模块包括有限元分析、自定义载荷输入、第三方仿真程序连接等。2.2.4 制造（CAM）模块在机械行业中用到的CAM制造模块中的功能是NC Machining（数控加工）。数控模块包括铸造模具设计、电加工、塑料模具设计、NC仿真、CNC程序生成和钣金设计。2.2.5 数据管理（PDM）模块Pro/E的数据管理模块可以在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，排除产品故障，改进产品设计。该模块包括数据管理和模型图纸评估。2.2.6 数据交换（Geometry Tr

16、anslator）模块在实际中还存在一些其他CAD系统，如UG、CATIA等，通过数据交换模块才能接收这些系统的数据。该模块包括Pro/CAT（Pro/E和CATIA的数据交换）、Pro/CDT（二维工程图接口）等。2.3 Pro/E基本操作2.3.1 Pro/E操作界面Pro/E软件的主窗口界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、特征工具栏、绘图区域、导航器、信息栏、状态栏等组成，其中状态栏还包含了一个选取过滤器。（1） 菜单栏Pro/E的菜单栏提供了基本的窗口操作命令和模型处理功能。（2） 工具栏工具栏将下拉菜单中经常用到的命令以图标按钮的形式提供给用户，并且工具栏上的各个图标按钮都可以在对应的

17、下拉菜单当中找到。根据位置的不同，工具栏又分为主工具栏和特征工具栏。主工具栏一般位于界面的顶部，包括新建、打开和保存等文件操作，以及放大、缩小、定位和刷新模型等视图操作。而特征工具栏主要用于创建模型的各种组合特征，如拉伸、旋转和扫描等类型。（3） 绘图区绘图区是建模时的工作区域，一般位于界面的中央。（4） 导航器主要用于查看硬盘和网络上的文件，主要包括模型树、文件夹浏览器、和个人收藏夹。（5） 信息栏记录当前窗口进行的一切操作和操作结果，并同时现实工作栏图标的功能解释。导航器特征工具栏菜单栏工具栏 信息栏绘图区域 图2-1 2.3.2 Pro/E文件管理（1） 设置工作目录由于Pro/E在运行

18、过程中将大量文件保存在当前目录（默认目录中），而且常常当成当前目录中自动打开文件，所以为了更好的管理文件，在进入Pro/E后，应当首先设置工作目录。图2-2（2） Pro/E主要文件及扩展名“草绘”：创建二维图形，文件扩展名.sec。“零件”：创建实体零件等，文件扩展名.prt。“组件”：创建各类组件，文件扩展名.asm。“绘图”：绘制二维工程图，文件扩展名.drw（3） Pro/E文件保存在Pro/E系统中，保存文件的命令主要有“保存”、“保存副本”和备份。图2-32.3.3 视图控制（1） 设置常用的视角常用的视角包括标准方向、缺省方向、BACK、BOTTOM、TOP、FRONT、LEFT

19、、RIGHT，这些视角的指令都保存在指定的视图列表中。视图列表图2-4（2） 巧用三键鼠标来调整视角在Pro/E系统中，模型视图缩放、旋转或平移等操作可以巧用鼠标三键快速进行，如： 缩放 模型试图可以将光标置于已经定位好的几何区域中，然后滚动鼠标中键，进行大小的缩放，也可以同时按下Ctrl+鼠标中键，并前后移动鼠标来进行缩放。 旋转 将光标置于图形区域，按住鼠标中键，然后拖动鼠标，可以随意旋转模型。 平移 将光标置于图像区域，按住Shift+鼠标中键，然后拖动鼠标，可以实现模型的平移。第3章 基于Pro/E轿车实体造型3.1 轿车壳体造型3.1.1 跟踪草绘在不确定轿车的尺寸时，可以使用Pro

20、/E中的跟踪草绘功能，在Pro/E环境中直接插入并定位设计图作为造型参考。下图为本次实体造型设计的四视图： 图3-1 通过插入以上的四视图，为建模创建基础。 图3-23.1.2 根据草绘跟踪建立骨架模型（1） 绘制轮廓曲线 根据草绘跟踪，大致绘制轿车的轮廓曲线。利用Pro/E拉伸特征和曲面相交绘制轿车外形大致轮廓线，为后面曲面造型做准备，如图： 图3-3 轿车完整轮廓曲线（2） 通过边界混合造型外壳曲面 边界混合曲面是通过一个或两个方向上的序列曲线来创造曲面。创建边界混合曲面，首先要创造所有参照边界曲线，然后按照顺序选择两个方向上的曲线即可。图3-4 边界混合控制窗口 图3-5边界混合效果图（

21、3） 细节处理通过边界混合后创建的曲面，需要通过合并曲面、修剪曲面和镜像曲面等细节处理，使最终成为曲面造型。合并曲面就是将已有的两个曲面通过合并处理整合为一个曲面；修剪曲面是使用曲面上的曲线、与曲面相交的另一曲面或基准平面，对本体曲面进行修剪或分割；镜像曲面可以以指定的基准平面为镜像平面，将所选曲面进行镜像。3.1.3 轿车外形成型图图3-6图3-73.2 轿车底盘造型Pro/E中最常用的实体造型特征即为拉伸特征：将一个剖截面沿着与截面垂直的方向延伸延伸所形成实体或曲面的特征。大多数零件模型和工业产品的造型都可以看作是由多个拉伸特征相互叠加和切除的结果倒圆角可以圆化零件实体的尖锐边线，从而提高

22、产品外观美感，防止模型由于应力集中造成开裂，保障使用过程安全性。该底盘造型，运用多个拉伸特征的叠加，最后倒圆角处理，设计的简易底盘。图3-8 底盘效果图3.3 轿车轮胎造型3.3.1 轮胎设计轮胎设计的整体思路主要是运用拉伸特征，建立基础特征，通过阵列建立轮胎花纹，然后通过高级特征环形折弯，是轮胎成型。环形折弯可以将实体、曲面或基准曲线折弯成环形。阵列特征是按照一定规律产生多个特征副本。首先建立一系列拉伸特征，构建可以环形折弯的实体。图3-9在通过阵列建立花纹。图3-10 然后通过环形折弯特征建立轮胎。图3-11最后通过镜像特征，形成完整的轮胎造型。图3-123.3.2 轮毂造型旋转特征是将草

23、绘截面围绕一条旋转中心线旋转生成的特征，该工具主要用于生成回转体类型的模型旋转特征是轮毂造型中一种比较实用的造型特征，通过旋转特征，以很好的控制轮毂的直径以及其他尺寸，一次成型初设计。辅以阵列、拉伸、倒圆角等基础特征，可以很好的设计出轮毂外形。 图3-13 3.3.3 轮盘设计简单的拉伸、阵列、倒圆角等特征，就可以完成轮盘的造型。通过拉伸特征，生成轮盘主题，通过拉伸除去材料生成孔等特征，然后拉伸中间突出部分，阵列孔特征，最后倒圆角即可。图3-143.3.4 轮胎装配效果图3-153.4 轿车座椅造型 ISDX曲面模块又称自由交互式曲面设计，ISDX以“自由曲面模型构建”概念作为 出发点，主要具

24、有很高编辑能力的3D曲线做骨架，来建构外观曲面。这些曲线没有尺寸参数，目的是设计师能够直接调整曲线外观，进行高效设计。ISDX曲面模块所构建的特征称为“造型特征”。这是座椅造型的主要特征，基本整个座椅曲面的设计都采用该特征完成，该特征具有以下特征属性：样条架构的曲线；具有多个对象；内部特征编号；与Pro/E特征的链接；支持Pro/E曲面编辑功能。以ISDX为基础构建座椅的骨架曲线，然后实体造型：首先，绘制几个基础的拉伸曲面，限定座椅的几个曲面的大体形状。图 3-16然后进入造型特征，绘制骨架曲线（如图中白色实线），进行曲面造型。图 3-17通过上面的造型特征后，座椅的靠背曲面的造型就差不多完成

25、了，然后需要对曲面进行合并等细节处理，并且封闭为封闭的面，最后镜像整个曲面完成靠背的造型。图3-18用同样的方式处理座椅的坐垫，护颈部分。图3-19接下来运用扫描特征，建立座椅各部件之间的连接部分。扫描特征是将一个截面沿着指定的轨迹曲线掠过而创建的实体或曲面特征。图3-20如图3-19，首先绘制一条曲线，连接需要连接的两个部分，然后进入扫描特征，创建需要扫面的截面，如图沿箭头方向，进行扫描。最终完成座椅的造型，如图3-21。图3-21图3-22（座椅效果图）3.5 方向盘造型方向盘的造型可以通过Pro/E的多种方式造型，本次通过运用旋转，拉伸去除、倒圆角等特征，创建方向盘模型。但是通过这种方式

26、创建方向盘，在一些过度细节和一些细微处理上仍有不足之处。图3-233.6 元件装配元件装配就是准确指定实体模型之间的装配约束关系，并将各个模型快速组装成产品。装配约束包括放置、移动和挠性3种类型。将已经建立好的有关轿车的各个元件装配到一起是三维实体造型的一个重要部分。通过各种约束条件，最后装配好轿车。图3-24图3-253.7 渲染效果渲染是造型的最后一步，通过渲染可以使造型的效果达到最佳，到达画龙点睛的效果。并且，通过运用渲染的设置，采用不同光源，背景，使得设计完善。使设计效果更加逼真。图3-26 图3-27图3-28第4章 结 论通过本次毕业设计，使我获益匪浅！首先，是有关Pro/E的知识

27、积累。Pro/E是一个强大的设计制造辅助软件。通过借阅相关的Pro/E教程，使我在运用Pro/E绘图上有了很大进展。不仅巩固了一些基础的操作内容，还从本次设计中学习到了许多以前未曾用过的功能，如曲面造型、边界混合等高级特征。这些都使我对Pro/E有了全新的认识。同时，也提高了自身的绘图能力和设计方面的知识。学习一个绘图软件不是仅仅掌握了一些基本的东西就算完了，是需要不断的积累，通过不断的实践才能学好的。同时，也需要不断的积累一些设计相关的知识。其次，随着计算机技术的不断发展，CAD/CAM技术的不断进步，三维绘图因为其设计效率高、设计质量好等特点必将取代原有的手工绘图。通过本次毕业设计，在三维

28、实体造型方面，更是如此。一些比较复杂的异形曲面或者特殊形状的造型，如果运用传统的方式进行制造，也许根本没有图纸作为参照。而通过辅助软件的三维实体造型，首先先建立三维的模型，这样对于设计更加直观，不仅提高了设计的质量，而且提高了设计的效率。最后，在本次设计中，遇到了一些困难，如对Pro/E软件运用的不熟悉，一些设计上的不足等，这些都需要在日后的工作中不断改进。致谢语我要感谢我的指导老师葛卫国老师！本论文在选题以及研究过程中，正是因为葛老师的耐心指导和谆谆教诲，才使本论文能够顺利完成！我要感谢我的实习单位：重庆开元松下焊机销售有限公司。在那里我不仅锻炼了自己能力，同时正因为在那里实习，我开始接触P

29、ro/E软件，并且最终完成本次论文！我要感谢我的室友们，因为朝夕相处的日子里，他们给我提出了很多宝贵的意见以及建议，使我在本次论文中不是孤单的前行！我要感谢学校，因为学习不仅提供了优良的环境，而且正是因为学校图书馆里丰富的相关书籍，给了我更多参考资料！最后，我要感谢我的父母，因为是他们一直在默默的支持我，谢谢！参考文献1 高长银,杨学围等.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 曲面设计入门与精通.北京：兵器工业 出版社 北京科海电子出版社,2007.2 詹友刚.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0曲面设计教程.北京：机械工业出版社,2010.3 黄光辉，楼洪献.Pr

30、o/ENGINEER Wildfire 造型设计项目案例解析.北京：清华大学出版社,2010.4 麓山文化.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0基础入门与范例精通.北京：机械工业出版社,2010.5 张瑞萍等.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0中文版 标准教程.北京：清华大学出版社,2011.6 姚英学,蔡颖.计算机辅助设计与制造.北京：高等教育出版社,2002.7 丁淑辉.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0高级设计与教程.北京：清华大学出版社,2010.8 黄卫东,郝用兴.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0实用教程.北京：北京大学

31、出版社,2011.Based on the Pro/E three-dimensional molding DENG RuiMechanical Engineering Dept.Chongqing Three Gorges University,ChongqingWanzhou404000Abstract: CAD/CAM as core and key technology manufacturing, its fundamentally changed the mechanical design personnel way of working for a design more convenient, more visual part assembly, and gr