《虚拟设计与制造》实验1和2Word格式.docx

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一、实验目的：

了解特征建模的原理和过程。

二、实验设备：

1、硬件设备：

高档微机；

2、软件环境：

工具软件：

Pro/Engineer野火版3.0。

三、实验原理与方法

（一）特征设计

在Pro/E中，特征建模包括特征设计和特征编辑两部分。

对于特征设计具体可分为基础实体特征（包括拉伸、旋转、扫描、混合、扫描混合、螺旋扫描等）、附加实体特征（包括圆角、倒角、钻孔、拔模、抽壳、筋等）、特征操作（线性阵列、圆周阵列、镜向、比例缩放、特征复制、特征移动等）、参考特征（包括基准面、坐标系等）。

特征编辑包括参数修改、重命名以及特征删除等。

下面对常用的特征设计和编辑作简要介绍。

1、拉伸特征

将草图特征沿垂直于草图平面的方向移动一定距离形成的空间扫描体称为拉伸特征，如图1-1所示。

图1-1拉伸特征的形成

生成拉伸特征时，可通过图1-2中的图标控制下列选项和参数。

图1-2拉伸变换的控制选项

（1）特征形式：

可以将草图拉伸为实体特征或曲面特征；

（2）拉伸距离：

可以直接输入距离值。

当在已有特征上建立拉伸特征时，也可通过已有特征面相对确定拉伸距离，这时选项图标如图1-3所示。

图1-3拉伸距离的确定方式

（3）拉伸方向：

可以沿草图的正面或反面两个方向拉伸；

（4）组合方式：

确定拉伸特征与已有特征的“加”或“减”方式；

（5）拉伸为壳体：

将封闭的草图曲线偏移一定距离，将草图拉伸为壳体，如图1-4所示。

图1-4草图拉伸为壳体

2、旋转特征

将草图特征绕草图平面内的某条直线旋转一定角度形成的空间扫描体称为旋转特征，如图1-5所示。

图1-5旋转特征的形成

生成旋转特征时，可通过图1-6中的图标控制下列选项和参数。

图1-6旋转变换的控制选项

可以将草图旋转为实体特征或曲面特征；

（2）旋转轴：

指定旋转轴，可以是草绘内部定义的直线或选择外部参照；

（3）旋转角度：

可以直接输入角度值，也可旋转至选定的点、线、面；

（4）旋转方向：

确定沿顺时针方向或逆时针方向旋转；

（5）组合方式：

控制旋转特征与已有特征的“加”或“减”组合方式；

（6）旋转为壳体：

将封闭的草图曲线偏移一定距离，而将草图旋转为壳体。

3、倒圆特征

倒圆特征是在已有特征的棱边上形成倒圆面。

倒圆特征与已有特征可以是“减”组合（外倒圆），也可以是“加”组合（内倒圆），如图1-7所示。

图1-7倒圆特征的形成

生成倒圆特征时可通过图1-7中的图标控制下列选项和参数：

图1-8倒圆操作的操控面板

控制倒圆为实体特征或曲面特征；

（2）倒圆形式：

设置倒圆为圆柱形、圆锥形等形式；

（3）过渡形式：

设置不同段的倒圆之间的过渡形式（相交、曲面片或拐角球）；

（4）倒圆半径：

设置倒圆的大小。

4、倒角特征

倒角特征有两种类型：

边倒角和拐角倒角，如图1-9所示。

图1-9倒角特征的形成

倒角特征中，边倒角应用比较广泛，下面主要介绍边倒角特征的构建。

构建边倒角特征的操控面板如图1-10所示，其主要的控制参数及选项有：

图1-10边倒角操作的操控面板

控制倒角为实体特征或曲面特征；

（2）倒角形式：

设置倒角形式为D×

D、D1×

D2、角度×

D三种不同的形式；

（3）过渡模式：

设置不同段倒圆角之间的过渡为相交、曲面片或拐角球等形式；

（4）倒角距离：

设置倒角距离的大小。

5、薄壳特征

薄壳特征是指在已有实体特征上选择一个或多个移除面，并从移除面开始掏空特征材料，只留下指定壁厚的抽壳，该抽壳称为薄壳特征，如图1-11所示。

图1-11薄壳特征的形成

生成薄壳特征时的可控制的选项如图1-12所示。

图1-12抽壳操作菜单

（1）抽壳参照：

选择移除面及设置非缺省壁厚；

（2）薄壳壁厚：

设置薄壳的壁厚大小；

（3）厚度方向：

设置厚度方向为向内或向外。

6、拔模特征

注塑件和铸件往往需要设计有拔模斜面以顺利脱模，在实体特征上创建拔模斜面形成的特征称为拔模特征。

拔模特征的形成如图1-13所示。

图1-13拔模特征形成

生成拔模特征时可控制的选项和参数如图1-14所示。

图1-14生成拔模特征时的控制菜单

（1）拔模曲面：

选择要进行拔模的模型曲面；

（2）拔模枢轴：

选择一个平面或者曲线链定义拔模枢轴；

（3）拔模方向：

确定拔模角的方向；

（4）拔模角度：

确定拔模方向与拔模曲面之间的角度；

（5）添加或去除材料：

反转角度以添加或去除材料。

7、其它特征

除了上述常见的特征类型外，还包括扫描、混合以及螺旋扫描等特征，如图1-15所示。

图1-15常见的其它特征

（二）特征关系

特征建模技术具有鲜明的工程性和层次性，加上参数化技术的支持，可以方便地编辑模型，在产品模型的控制和更改方面提供了广泛的潜力。

但是特征建模技术强大的控制能力利用得好，可以使模型维护与更改方便。

而运用不当，缺乏良好规划的特征关系会使设计中点滴之处的微小修改导致整个模型意想不到的结果。

了解特征的层次性和时序性，在特征的各层次之间合理规划建模的策略，逐步完成实体模型的建立。

特征造型的优势并非造型的速度，而是通过对特征关系的调整迅速完成模型的调整。

1、基于特征的CAD系统的建模层次

如图1-16所示，基于特征的产品建模分为四个层次：

草图、特征、零件和产品。

其中特征是三维建模的基本单元。

（1）草图提供生成特征的基本信息，如拉伸特征的截面等，草图中存在着几何约束与尺寸约束。

从草图生成特征需要追加特征构建参数，如拉伸特征中的深度等。

图1-16基于特征的产品造型

（2）在特征层次中，特征之间的关系十分复杂，既包括类似于草图中的尺寸约束和几何约束，还有特征之间的父子关系和时序关系。

（3）一系列的特征经过组合、剪裁、阵列、镜向等操作形成零件模型，零件模型中需要体现设计意图，反映产品的基本特性。

（4）零件按照装配要求生成产品的整体模型，CAD软件不仅支持静态装配，还可以演示产品中零件的相互运动关系。

在产品总体层次体现设计意图，如产品中零件的相互空间位置等。

2、特征关系的类别和影响

在特征之间有如下几种关系：

几何与尺寸关系、拓扑关系和时序关系。

（1）几何与尺寸关系

特征之间的几何和尺寸关系主要在特征草图中设定，几何关系包括特征草图实体之间的相切、等距等几何关联方式。

尺寸关系设定特征草图实体之间的距离和角度关联。

如图1-17所示，当基体发生变化时，凸台也相应的发生改变。

图1-17几何与尺寸关系

（2）拓扑关系

拓扑关系是指几何实体在空间中的相互位置关系。

例如孔对于实体模型的贯穿关系，面之间的相切或者等距关系等。

对于特征而言，拓扑关系主要体现在特征定义的终止条件中，如完全贯穿、到离指定面指定的距离等终止条件方式决定了特征之间的拓扑关系。

这种拓扑关系不会因为特征草图尺寸的变化而发生改变。

如图1-18所示，改变指定面的形状，拉伸特征也随之改变。

图1-18拓扑关系

3、时序关系

特征建立时序是特征建模技术的重要特点。

对于特征建模而言，由于特征关系的问题，使得特征建立的次序成为重要因素。

首先后期的特征需要借用前面特征的有关要素，例如定义草图时借用己有特征的轮廓建立几何和尺寸关系等。

其次，特征的拓扑关系是在已有特征的环境下设定的，而不会影响到其后的特征。

如图1-19所示，当以完全贯穿的方式生成拉伸切除时，后续特征不受影响。

图1-19特征的时序关系

3、特征的父子关系

如果特征B是在特征A的基础上建立的，则称特征A为特征B的父特征，或特征B为特征A的子特征。

如图1-20所示，将草图特征拉伸形成拉伸特征，则草图为拉伸特征的父特征；

再在拉伸特征上分别进行棱边倒圆和钻孔操作，则拉伸特征为倒圆特征和孔特征的父特征，但倒圆特征和孔特征之间没有父子关系；

然后在孔特征的边界上倒角，则孔特征为倒角特征的父特征。

图1-20特征的父子关系

上述模型的父子关系可表示为：

图1-21特征的父子关系图

如果特征之间存在父子关系，则

（1）对父特征的操作会影响到它的子特征。

例如，如果父特征被删除，则它所有的子特征将被同时删除；

（2）在特征模型树中父、子特征的先后顺序不能改变，即必须先有父特征，才能有子特征，子特征必须排列在父特征之后。

如果特征之间无父子关系，则特征的操作不会相互影响。

例如在图1-22中，由于倒圆特征和孔特征没有父子关系，如果删除孔特征或改变孔径，倒圆特征不会受影响。

同时孔特征和倒圆特征在模型树中的位置可以互换，即两者的生成顺序对模型没有影响，可以先生成倒圆，也可以先生成圆孔。

图1-22无父子关系的特征生成顺序的变化

四、实验内容

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成。

（2）简述用Pro/E实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。

（3）在Pro/E中建立该零件的模型，并比较采用不同的形状特征建立该模型的优点和缺点。

1、实验目的：

1、了解当前流行的计算机辅助设计软件及其特点；

2、通过上机实验，掌握机械零件装配的方法、过程及其具体步骤；

3、根据所学的专业知识，学会应用计算机辅助设计软件（如Pro/E）设计机械零件完成图形的绘制。

（一）装配约束

在组件模块工作环境中，单击按钮

或单击菜单【插入】→【元件】→【装配】命令，在弹出的【打开】对话框中选择要装配的零件后，单击【打开】按钮，系统显示如图2-1所示的元件放置操控板。

图2-1为【放置】按钮对应的操控面板，图2-2为【移动】按钮对应的操控面板。

下面对面板中各项功能及意义说明如下：

图2-1装配控制面板

图2-2装配控制面板

移动：

使用【移动】面板可移动正在装配的元件，使元件的取放更加方便。

要移动参与组装的元件，必须封装或用预定义约束集配置该元件。

在【移动】面板中，可使用下列选项：

运动类型：

选择运动类型。

默认值是“平移”。

定向模式：

重定向视图。

平移：

在平面范围内移动元件。

旋转：

旋转元件。

调整：

调整元件的位置。

在视图平面中相对：

相对于视图平面移动元件，这是系统默认的移动方式。

运动参照：

选择移动元件的移动参照。

平移/旋转/调整参照：

选择相应的运动类型出现对应的选项。

相对：

显示元件相对于移动操作前位置的当前位置。

挠性：

此面板仅对于具有预定义挠性的元件是可用的。

属性：

显示元件名称和元件信息。

（二）放置约束

零件的装配过程，实际上就是一个约束限位的过程，根据不同的零件模型及设计需要，选择合适的装配约束类型，从而完成零件模型的定位。

一般要完成一个零件的完全定位，可能需要同时满足几种约束条件。

Pro/ENGINEERWildfire提供了十几种约束类型，供用户选用。

1、用户自定义约束

要选择装配约束类型，只需在元件放置操控板的约束类型栏中，单击按钮

，在弹出的下拉列表中选择相应的约束选项即可，如图2-3所示。

图2-3约束控制面板

（1）匹配

所谓“匹配”就是指两零件指定的平面或基准面重合或平行（当偏移值不为零时两面平行，当偏移值为零时两面重合）且两平面的法线方向相反。

如图2-4所示为使用“匹配”约束方式且偏移值为0的两面配合情况（选择圆台的上端面和直角模型底座的上表面，如图中箭头所示）。

图2-4使用“匹配”约束方式且偏移值为0时的两面配合情况

（2）对齐

使两零件指定的平面、基准面、基准轴、点或边重合或共线。

如图2-5所示为“对齐”方式且偏移值为0时两面配合情况。

图2-5使用“对齐”约束方式且偏移值为0时的两面配合情况

（3）插入

“插入”约束使两零件指定的旋转面共旋转中心线，具有旋转面的模型有圆柱、圆台、球等。

如图2-6所示为“插入”约束方式的一个例子，在选定“插入”约束后，分别选择直角模型中孔特征的内表面和圆柱模型侧表面即可完成“插入”约束组装。

图2-6使用“插入”约束方式的例子

（4）坐标系

使零件装配的坐标系与其装配零件的坐标系对齐，从而完成装配零件的放置，如图2-7所示。

图2-7装配零件的放置

（5）相切

在两个进行装配的零件中，各自指定一个曲面或一个为平面，另一个为曲面，使其相切。

如图2-8所示，选中图中箭头指示的两个面完成相切方式的约束。

图2-8选中箭头指示的两个面完成相切方式的约束

（6）线上点

在一个零件上指定一点，然后在另一零件上指定一条边线，使该点在这条边线上。

如图2-9所示，为两次使用“线上点”约束方式的一个例子。

具体操作：

选择左边模型的一个角点，然后选择右边模型箭头指示的边线；

选择左边模型的另一个角点，然后选择右边模型箭头指示的边线，结果两点在箭头指示的边线上。

图2-9两次使用“线上点”约束方式的例子

（7）曲面上的点

在一个零件上指定一点，然后在另一个零件上指定一个面，则指定的面和点相接触。

如图2-10所示，选择直角模型上的基准点“APNTO”，然后选择圆柱模型中箭头指示的面，结果如右图所示。

该选项常配合“对齐”、“匹配”等选项一起使用。

图2-10一个零件上指定一点，在另一个零件上指定一个面，使指定的面和点相接触

（8）曲面上的边

在一个零件上指定一条边，然后在另一个零件上指定一个面，则指定的边位于指定的面上。

如图2-11所示，选择直角模型中箭头指示的一条边，然后选择圆柱模型下端面，结果如右图所示。

图2-11“曲面上的边”方式的装配

2、移动元件

在【移动】面板中，可使用下列选项来移动元件：

（1）定向模式：

（2）平移：

在平面范围内移动元件，可以有平行和垂直两种方式。

（3）旋转：

（4）调整：

在上述元件移动操作中，注意配合使用CTRL、SHIFT、ALT三者之间组合键。

三、实验内容

（1）如何创建一个新的装配体？

（2）何谓元件，如何向装配体内添加元件？

（3）简述装配体建立的一般过程？

（4）放置约束有哪些类型？

（5）在Pro/E中根据图上尺寸绘制装配所需零件，并将其装配成如下图所示的装配体。

其中A=36°

，B=235°

，C=30°