毕业设计(论文)-proe油缸实体造型设计[管理资料]

摘要
启闭机用于各类大型给排水、水利水电工程。

用于控制各类大、中型铸铁闸门及钢制闸门的升降达到开启与关闭的目的。

启闭机按照类型分为液压启闭机，卷扬启闭机，门机，手轮启闭机，手摇启闭机，螺杆式启闭机等。

液压启闭机由于在设计和制造方面存在精度和用料等方面的限制，故现在基本上采用三维绘图软件设计和装配液压启闭机的各部分零件，随着三维绘图技术的不断完善和成熟，三维技术在工程件检修和设计方面起到了举足轻重的作用。

Pro/E即为一款三维绘图软件，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，得到了大众的认可。

本论文主要介绍如何利用Pro/E软件对液压启闭机油缸的各部分零件进行绘制并装配成实体。

通过对CAD二维图纸的分析、查阅相关资料之后，通过Pro/E软件中的零件模块和装配模块分别对零件进行设计和将零件组合成完整的实体，运用到的主要设计方法多种多样，如运用旋转特征对圆盘类和圆柱类等具有单一对称轴的圆形零件进行操作。

设计中综合运用机械设计基础、机械制图、机械制造基础，在Pro/E搭建的平台上对液压启闭机进行全方位的设计和装配，并可以通过对装配体的修改达到二次开发的效果。

关键词：液压启闭机，三维绘图软件，CAD/CAM，Pro/E
Abstract
Hoister are used for all kinds of large Water and Wastewater Engineering, water conservancy and hydropower for controlling all kinds of big, medium-sized iron gates and steel gate lifting which can achieve the purpose of opened and closed. Hoist according to type into hydraulic hoister, roll Yang hoister, door machine, the handwheel hoister, hand operated hoister, screw headstock gear. Because of the hydraulic hoister existing a limit in design and manufacture of precision and materials etc, so now basically used 3-d graphics software design and assembly of the hydraulic hoister each the 3d drawing technology becoming perfect and mature, 3d technology palyed a pivotal role in the engineeringof a repair and design area. Pro/E namely as a super 3d drawing software, the three-dimensional modeling software occupies an important position field, and as the world mechanical CAD/CAE/CAM domain the new standards and have been recognized and promotion, is now the most successful one of CAD/CAM software, got public recognition.
This thesis mainly describes how to use the software Pro/E to complete each parts of oil cylinder drawing and assembling into entity. Through the analysis of two-dimensional drawing by CAD, access relevant information , useing the parts module and assembly software design of Pro/E for parts modules and parts assembled into complete entities, applied to the main design various ways, such as using the rotating cylinder of the disk type and characteristics such as the axis of sy-mmetry with a single round parts operate. Design comprehensive use of mechanical design basis, mechanical drawing, mechanical manufacturing base in Pro/E, build on the platform of the hyd-raulic hoister carry on the omni-directional design and assembly, and may through the modification of assembly body to second development effect.
Key word: Hydraulic hoister，3d drawing software，CAD/CAM，Pro/E
目录
第一章绪论 (1)
第一节CAD/CAM的发展与应用概况 (1)
第二节CAD/CAM的技术现状 (4)
第三节Pro/E油缸实体造型研究的意义 (6)
第二章Pro/E软件简介及基本操作 (8)
第一节Pro/E概述 (8)
第二节Pro/E软件的主要模块组成 (8)
第三节Pro/E基本操作 (10)
第三章Pro/E油缸零件实体造型 (18)
第一节液压启闭机介绍 (18)
第二节油缸的绘制及技巧分析 (18)
第三节Pro/E液压启闭机油缸零件图 (21)
第四章Pro/E油缸零件装配 (24)
第一节Pro/E装配设计 (24)
第二节Pro/E油缸零件装配 (25)
第五章结论与展望 (33)
参考文献 (34)
致谢 (35)
第一章绪论
第一节CAD/CAM的发展与应用概况
现代社会中无论是哪方面的设计都离不开图形，但是传统的手工图形绘制不仅速度慢，而且质量也不高。

对于传统制图有个最大的缺点就是所花费的精力非常大。

而随着时代的进步，科技的发展，尤其是计算机技术的进步，使得以计算机为辅助系统的绘图工具的优点和效率日渐突出。

也因为如此，CAD/CAM成为计算机在绘图方面应用最广泛的工具。

CAD【1-2】是指计算机辅助设计。

对于CAD的定义,国际信息处理联合会认为：CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，即CAD技术。

到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。

第一次CAD技术革命──曲面造型系统，在60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。

进入70年代，只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。

随着计算机的发展，当三维曲面造型系统出现时，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。

促使了第一次CAD技术革命的发生
第二次CAD技术革命──实体造型技术，从70年代末到80年代初，随着计算机技术的前进，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓，1979年世界上出现了第一个完全基于实体造型技术的大型CAD软件──I-DEAS。

由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。

它代表着未来CAD技术的发展方向。

第三次CAD技术革命─—参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时，CAD技术的研究又有了重大进展。

在80年代中期，人们提出了参数化实体造型方法。

进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。

第四次CAD技术革命──变量化技术，由于计算机技术的不断成熟，使得现在的CAD 技术和系统都具有良好的开放性。

图形接口、图形功能日趋标准化。

在CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。

智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专
家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。

在CAD发展历史中我们可以看到其技术一直处于不断的发展与探索之中，促使了CAD技术的繁荣。

目前CAD技术仍在不断发展，未来的CAD技术将为新产品设计提供一个综合性的环境支持系统，它能全面支持异地的，数字化的，采用不同的设计哲理与方法来设计工作。

CAD系统既可以按系统的功能分类，也可以按系统中使用的计算机的性能和类型分类。

目前，CAD 已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

CAM是指计算机辅助制造。

它是计算机应用于生产设备管理控制和操作的系统，其核心是计算机数值控制(数控)。

CAM作为整个集成系统的重要一级，向上与CAD实现无缝集成，向下智能、高效地为数控生产提供服务，这是CAM技术在今后发展的主要理论依据。

CAM技术从产生发展到现在，无论是在硬件平台，还是在系统结构上，CAM在其功能和特点上都发生了较大的变化。

从CAM的发展历程看，CAM在其基本处理方式与目标对象上主要可分为两个主要发展阶段：
第一阶段的CAM：APT。

20世纪60年代CAM以大型机为主，在专业系统上开发的编程机及部分编程软件如：FANUC、Semems编程机，系统结构为专机形式，基本的处理方式是以人工或计算机辅助式直接计算数控刀路为主，而编程目标与对象也都是直接数控刀路的。

因此其缺点是功能相对比较差，而且操作困难，只能专机专用。

第二阶段的CAM：曲面CAM系统。

在第一阶段缺陷的基础上，人们又不断完善，创造出了曲面CAM系统。

系统结构一般是CAD/CAM混合系统，同时较好地利用了CAD模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成加工刀路。

于是在此基础上，自动化、智能化程度取得了较大幅度的提高，具有代表性的是UG、DUCT、Cimatron、MarsterCAM等。

其基本特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接的相关关系。

科技在不断的发展，因此CAM技术也是一个不断发展的过程。

通过提高CAM的技术，其自动化，智能化水平也不断提高。

由于第二阶段的CAM存在一定的缺陷性，人们正在酝酿最新一代的CAM。

可以认为是第三阶段的CAM：新一代的CAM系统不仅可继承并智能化判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率更高。

同时面向整体模型的形式也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，使工艺知识积累、学习、运用成为可能。

无论是CAD还是CAM，都是我们需要学习并且运用在专业知识上的辅助工具。

通过了
解了CAD和CAM的发展史，更好的了解了CAD和CAM系统的功能，更加便于以后对它们的运用。

CAD是一个包括范围很广的概念【3-6】，概括来说，CAD的设计对象【7】有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。

而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。

CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。

采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员'甩掉图板'，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。

如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CADCAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CADCAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

计算机辅助建筑设计(ComputerAidedArchitectureDesign，简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。

随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD技术已开始被广为采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。

CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。

以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。

采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。

如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。

电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。

这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境，获得极大的票房收入。

比如美国的《星球大战》、《外星人》、《侏罗纪公园》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》，都取得了极大的成功。

轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作，用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。

此外，动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术，实质上也是一种虚拟现实技术。

虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。

近十年来，在CIMS工程和CAD应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。

目前，我国从国外引进的CAD软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAD软件，并投放市场，我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。

第二节CAD/CAM的技术现状
一CAD技术的特点
CAD技术【7】是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。

CAD技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈，而且投资大、风险高、产出高。

现代有名的CADCAM软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂，所以投资大、开发周期长，难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展，以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。

二CAD系统的硬件环境
当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。

工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器(CPU)，广泛采用精简指令(RISC)，超标量、超流水线及超长指令技术，具有Unix操作系统和X窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。

目前流行的工作站主要有：Sun公司的SPARCStation10工作站，美国惠普(HP)公司的HP-PA工作站，DEC公司的Alpha工作站，SGI工作站及IBM公司的RS6000工作站。

工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价格却十分昂贵，这在当前一定程度上限制了CADCAM技术的推广。

以前，个人计算机和工作站相比在计算、图形、网络及并行处理等方面均有较大的差别。

个人计算机上运行的DOS及Windows等系统软件在可靠性、安全性及效率等方面也不如工作站上的系统软件。

然而，随着计算机硬件技术的飞速发展，个人计算机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善，使其与专业RISCUnix工作站的性能差距逐渐缩小。

尤其是Intel的PentiumPro和PentiumⅡ芯片以及Microsoft的WindowsNT的发布，使得个人计算机在性能上完全具备了与中低档工作站竞争的实力，加之个人计算机价格低廉，这使其在普及CAD应用中起到了工作站所不能代替的作用。

三当今CADCAM领域的主流技术
（一）基础造型技术(参数化设计、变量化设计及特征造型技术)
在CAD技术发展的初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，CAD技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之也就产生了三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术。

而如今参数化及变量化设计思想和特征造型则代表了当今CAD 技术的发展方向。

传统的CAD绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而新产品的打样设计不可避免的要进行多次的修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化，而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进。

因此，新的CAD系统都增加了参数化和变量化设计模块，使得产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而自动修改图形，这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工作量。

参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。

生产中最常用的系列化标准件就是属于这一类型。

变量化设计(V ariationaldesign)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。

约束方程可以是几何关系，也可以是工程计算条件，设计结果的修改受到约束方程驱动。

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。

变量化设计可以用于公差分析、运动机构协调、设计优化、初步方案设计选型等，尤其在做概念设计时更显得得心应手。

（二）CAD的数据交换格式及标准化(DXF格式、IGES格式及STEP标准)
目前，在微机和工作站上用于数据交换的图形文件标准主要有：AutoCAD系统的DXF(DataExchangeFile)文件，美国标准IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification即初始图形交换规范)及国际标准STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)。

其他一些较为重要的标准还有：在ESPRIT(欧洲信息技术研究与开发战略规划)资助下的CAD-I标准(仅限于有限元和外形数据信息)；德国的VDA-FS标准(主要用于汽车工业)；法国的SET标准(主要应用于航空航天工业)等等。

AutoCAD的DXF文件是具有专门格式的ASCII码文本文件，它比较好读，易于被其它程序处理，主要用于实现高级语言编写的程序与AutoCAD系统的连接，或其他CAD系统与AutoCAD之间的图形文件交换。

由于AutoCAD在世界范围内的应用极为广泛，已经深入到各行各业之中，所以它的数据文件格式已经成为一种事实上的工业标准。

DXF图形数据交换文件为推广应用CADCAM技术提供了很大的便利，但由于DXF文件开发较早，从现在的目光来看，它当然存在很多的不足：它不能描述产品的完整几何模型，难以进一步发展；其信息定义不完整，它仅保留了原有系统数据结构中的几何和部分属性信息，而大量的拓扑信息
已不复存在；其信息描述方面也有许多缺陷，致使一些信息量过分冗长；文件格式比较复杂，而且也不尽合理。

所以，Autodesk公司近来强调了用二进制的DWG和网络上的DWF格式作为它的数据传输标准，但二者的格式都不公开，因此很难再作为工业标准为其他CAD系统所利用。

IGES标准最早是ANSI于80年代初制定的，是建筑在波音公司CADCAM集成信息网络、通用电气公司的中心数据库和其他各种数据交换格式之上。

其最初版本仅限于描述工程图纸的几何图形和注释，随后又将电气、有限元、工厂设计和建筑设计纳入其中。

(ConstructiveSolidGeometry，意译为体素构造法)和装配模型，后经扩充又收入了新的图形表示法、三维管道模型以及对FEM(有限元模型)功能的改进。

而B-rep(边界表示法)。

产品模型数据交换标准STEP是国际标准化组织(ISO)所属技术委员会TC184(工业自动化系统技术委员会)下的“产品模型数据外部表示”(ExternalRepresentationofProductModelData)分委员会SC4所制订的国际统一CAD数据交换标准。

所谓产品模型数据是指为在覆盖产品整个生命周期中的应用而全面定义的产品所有数据元素，它包括为进行设计、分析、制造、测试、检验和产品支持而全面定义的零部件或构件所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，另外，还可能包含一些和处理有关的数据。

产品模型对于下达生产任务、直接质量控制、测试和进行产品支持功能可以提供全面的信息。

第三节Pro/E油缸实体造型研究的意义
Pro/E【8】现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有如下特点和优势：
参数化设计和特征功能Pro/E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。

单一数据库Pro/E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。

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。

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“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。

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。

第二章Pro/E软件简介及基本操作
第一节Pro/E概述
1985年，PTC【9】公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。

1988年，。

经过10余年的发展，Pro/E已经成为三维建模软件的领头羊。

目前已经发布了Pro/E （中文名野火6)。

PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。

Pro/E还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。

是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。

第二节Pro/E软件的主要模块组成
一Pro/E主体
Pro/E是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）.Pro/E是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。

这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。

这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。

造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。

Pro/E还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/E软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。

它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。

【10】
二Pro/E其他基本模块及部分模块的功能
（一）Pro/E其他基本模块
1．Pro/ASSEMBL Y
Pro/ASSEMBL Y是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系。