Pro/E软件在包装机械设计中的技术应用

合肥通用机械研究院 李善为 吴玉月 李金禄

安徽丰乐农化有限责任公司 陆广美

一、引 言

如今包装机械种类繁多，日新月异，开发和研制速度成为竞争的主要内容，传统方法已不能满足市场的需要。二维软件如AutoCAD在包装机械设计中的应用较多，但存在着设计周期长，效率低，偏差大，设计图样也不够直观，设计过程中前期潜在问题无法提前发现，甚至返工。诸多问题已很难适应当今快速、多样化的制造需求。

三维软件特别以Pro/E为例，以它形象生动的交互界面，高参数化的设计理念，智能化的分析能力，摆脱了二维设计的枯燥、实体感和空间感不强的缺点，为高效高质开发提供了可能性，改变了传统的设计理念，为我们提供了一条更直观、更有效、更快捷的设计途径。

因此大力推广Pro/E在包装机械设计中的应用，有利于提高产品的设计质量和效率，降低技术人员劳动强度，避免人为差错的出现。

二、Pro/Engineer软件的介绍

Pro/Engineer软件是美国PTC（参数技术公司）公司推出的工程设计软件，简称Pro/E。其功能强大，参数化特征造型使其占据的三维设计领域的软件市场份额越来越大，广泛应用了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业，Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真）、集合工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程。

Pro/E还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。下面就Pro/E的特点及主要模块进行简单的介绍。

主要特性

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。

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，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。

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/E独特的全相关性功能，因而使之成为可能。

装配管理：Pro/E的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“贴合、对齐和定向等”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。

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。

三、建模过程

建立包装机械的三维模型是系统中工作量最大的部分，三维模型的建立，主要由拉伸、旋转、扫描、混合等方法完成，设计的原理构思是非常重要的环节，其传统设计流程（如图1），方案设计的质量直接影响到三维模型的建立及后续装配。通过建立检测三维模型是否达到要求，检查其存在的问题。

图1 设计流程

为了在总体参数变化时，所有零部件都能保持正确的几何尺寸和约束，必须采用三维参数化技术。Pro/E的各个设计模块都是相关的，设计过程中任一处的修改，都能够扩展到整个设计中，可自动更新所有的工程文档、装配和设计图纸、制造数据等。因此，可采用Pro/E为主要支撑软件，建立包装机械所有零部件的实例库，并根据零部件的几何形状和相互关系的约束条件，建立参数关系，使得包装机械部件之间在设计过程中始终保持正确的相对位置和装配关系。

四、装配仿真

对一个产品来说，每个零件的加工工艺较容易简单，但对于一个很复杂的产品，由于零件数目较多，装配关系复杂，Pro/E装配模块（Assemb lies）使用指针链接零件，产品各零件之间的装配关系，可采用贴合、对齐和定向三种方式约束相互配合，即使某个零件作了修改，这种约束关系也依然存在。例如辊道辊子装配中，首先绘制三维零件图，如轴承、辊道辊子、双链轮、卡簧等单个零件，通过Pro/E装配模块将各零件装配在一起，组装成部装件（如图2）。如果文件异常庞大，如本例中辊道输送线，有上千个零件，可将小部件独立装配，然后将小部件装配成大部件，最后由大部件装配成完整的设备（如图3），这种装配方式不但极大的降低了工作量，而且可快速、准确地检测零部件的干涉、物理特征，模拟使用产品的操作过程，可以清楚反应出辊道输送机各个部件之间状态以及是否存在干涉，直观显示存在问题及相关区域，指导设计者直接、快速地修改模型，从而缩短修改时间，提高设计效率。

图2 辊道辊子部装图

图3 辊道输送线装配图

五、工程制图

Pro/E可以用来实现基于实体建模的工作流程而生成工程图纸，用户可以轻松地生成和保存二维工程图纸，由于工程图纸和三维零件动态连接，因此当用户修改生成视图的三维模型时，零件视图、尺寸和注释等都自动更新。如辊道输送线装配图的二维模型可以在当前的三维图形下，通过文件新建图形，选择绘图（.d rw），将打开的图形或通过浏览得到三维图，选择图幅，点击确定后，即可得到二维图形（如图4）。三维图形的修改，其二维图形也会自动更新，杜绝了传统二维工程制图设计的尺寸矛盾，保证了二维工程图的正确无误，节约了图纸管理和维护的时间。

图4 二维图

六、结论

通过以上分析及三维模型的建立，可清楚地看到Pro/E软件优越性能，尤其在包装机械设计过程中通过三维软件设计的模型，更好的体现、验证、丰富、完善设计人员的设计意图，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的成本获得较高的设计质量，而且极大地提高了在新产品开发过程中的柔性和敏捷性。

因此，将Pro/E技术应用于包装机械设计上，将有利于提高包装机械产品的设计能力，更好地为生产服务，促进我国包装机械工业的发展。