基于ProE模具设计的二级减速箱

521前言近30年来，计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）和计算机辅助制造（CAM-ComputerAidedManufacturing）技术发展迅速，被誉为自电力发明以来，最具有潜力的工具。CAD/CAM技术是应用计算机改造传统工业、促进企业技术进步的具有战略意义的重要方向，而Pro/E和Mastercam是当前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的CAD/CAM软件。二者的功能各有优缺点,配合使用可提高模具设计及其数控加工的质量和效率。本次设计是基于3D软件设计和PC软件平台，应用其3D造型工具Pro/ENGINEER4.0和加工仿真工具MastercamX，设计一级减速器箱体模型并制作其模具，并且使用仿真系统通过Pro/ENGINEER输出的箱体模具的IGES数据来设计加工路线，并完成选刀、粗加工和精加工等一系列加工过程，最后生成加工NC代码，实现实际机床加工。实例证明，使用该策略可缩短多特征复杂零件的建模和制造周期，提高生产加工效率，并且所使用的建模分析方法，对研究其他大型工程类软件的数控加工策略具有指导意义。5221绪论当前，中国的制造业正在突飞猛进的发展，与此同时，随着计算机技术的发展，与制造相关的模具设计与制造技术已经逐渐实现数字化。国际上也出现了多种CAD/CAM/CAE软件，每种软件都有其各自的特色。其中，美国PTC公司开发的Pro/ENGINEER和CNCSoftware公司开发的Mastercam软件表现的尤为突出。Pro/ENGINEER造型能力强，兼容性好，因而在模具行业中得到广泛的应用，而Mastercam在3D绘图与加工方面都具有强大的功能，并且拥有良好的性价比、易于上手及高可靠的加工性能，使其在模具行业的加工环节中根深蒂固。目前国内大部分技术人员还是喜欢将Pro/ENGINEER中设计的模具转到Mastercam中出加工程序，两者的配合使用是目前模具行业中普遍的工作模式。在现代集成制造系统中，CAD/CAM软件技术是核心，而Pro/ENGINEER和Mastercam无疑是CAD/CAM软件中的两个焦点，两个软件在先进制造技术起着举足轻重的作用。1.1课题的研究背景近30年来，计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）和计算机辅助制造（CAM-ComputerAidedManufacturing）技术发展迅速，被誉为自电力发明以来，最具有潜力的工具。CAD/CAM技术是应用计算机改造传统工业、促进企业技术进步的具有战略意义的重要反向。应用CAD/CAM技术，可以提高效率几倍甚至几十倍，它不仅可以缩短设计周期，而且可以提高设计质量，节约原材料和提高产品的一次合格率，加速产品更新换代的速度。Pro/E和Mastercam是当前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的CAD/CAM软件。二者的功能各有优缺点,配合使用可提高模具设计及其数控加工的质量和效率。阐述了用Pro/E软件进行箱体类的模具设计,然后将图形数据转换到Mastercam中进行数控编程的具体实现方法,并利用Mastercam软件生成数控加工代码并输送到加工中心或数控铣床进行加工的方法和主要工艺。随着计算机技术的进步,机械行业的设计与加工技术发展迅速,工业设计领域的CAD/CAM软件也得到了前所未有的发展,各种三维CAD/CAM软件应运而生,且各具特色。Pro/E及Mastercam是目前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的CAD/CAM应用软件。Pro/E在工业产品设计与模具设计方面有一定优势,但在加工方面因其参数设置较为繁琐,不利于学习和推广。而Mastercam在产品造型及模具设计方面的能力远不如Pro/E,但在数控加工中因性价比高、易于上手及可靠的加523工性能而被广泛使用。目前国内大部分的技术人员还是喜欢将Pro/ENGINEER中设计的模具转到Mastercam中出加工程序。科学、高效地配合使用两者进行模具设计及加工是目前模具行业中普遍的工作模式。1.2课题研究的意义以Pro/Engineer与MasterCAM为例，分析了两种工程类软件的CAD建模技术与CAM驱动模型和加工方式，提出了使用这两类软件进行复杂零件的造型和数控加工的策略。实例证明，使用该策略可缩短多特征复杂零件的建模和制造周期，提高生产加工效率，所使用的建模分析方法，对研究其他大型工程类软件的数控加工策略具有指导意义。1.3课题的主要研究内容基于3D软件设计和PC软件平台，应用其3D造型工具Pro/ENGINEER3.0和加工仿真工具Mastercam9.0及以上版本，设计、加工箱体类产品。该仿真系统能通过Pro/ENGINEER输出箱体类的模具的IGES数据来设计加工路线，并完成选刀、粗加工和精加工等一系列加工过程，最后生成加工NC代码，实现实际机床加工。在这次毕业设计中将以一级减速器箱体为例进行设计。5242课题相关内容简介2.1Pro/ENGINEER简介Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、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。Pro/E的主要特性：1）全相关性：Pro/ENGINEER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。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。2）基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。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叠代，实现产品开发。3）数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，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/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。5254）装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。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。5）易于使用：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，这种形式使得容易学习和使用。6）参数化设计和特征功能：Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。7）单一数据库：Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需求日益增加，使你很难保持市场分额。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）技术得到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD/CAM/CAE技术便榜上有名。在为数众多的CAD/CAM/CAE软件中，主流软件包种类繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是个中极品，但PRO/E工业解决方案地位显赫，它是美国PTC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD/CAM/CAE领域少有的顶尖“人物”。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构模拟、应力分析、逆向工程和产品数据管理等功能于一体，对于CAD/CAM/CAE工程设计人员而言，无疑是极佳的工具。2.2Mastercam简介526Mastercam是美国CNCSoftwareNC公司研制与开发的CAD/CAM一体化软件。自1981年推出第一代产品开始就以其强大的加工功能闻名于世。二十年来在此基础上进行不断地更新与完善，Mastercam是被工业界及学校广泛采用。Mastercam作为众多CAD/CAM软件中的一种，之所以能有第一位的装机量，其优点是显而易见的。它对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可运行；它操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，能使企业迅速使用并取得很好的经济效益。另外，Mastercam的性价比，是其他同类软件所不能比拟的。随着我国加工制造业的崛起，Mastercam在中国的销量逐步提升，在全球的CAM市场份额雄居榜首。因此对每个机械设计与加工人员来说，学习Mastercam是十分必要的。Mastercam包括4大模块：Design、Lathe、Mill和Wire。Design模块用于被加工零件的造型设计，Mill模块主要用于生成铣削加工刀具路径，Lathe模块主要用于生成车削加工刀具路径，Wire模块主要用于生成线切割刀具路径。这4个模块可单独使用，在Mill模块，Lathe模块和Wire模块中也可以进行Design模块中的完整的造型设计，在其中一个模块中就可以实现造型设计与加工过程的统一。Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性。Mastercam可靠的刀具路径校验功能可以模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。它提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统。2.3Pro/ENGINEER模具设计与Mastercam数控加工简介Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。Mast