1、班 级 学 号 本 科 毕 业 设 计 论 文题 目 基于 PRO/E 的自顶而下设计研究 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及自动化 学生姓名 易 x 导师姓名 邵 xx 摘要摘 要随着 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件的飞速发展， Pro/ENGINEER 成为现代机械设计三维建模的一种重要工具，作为 Pro/ENGINEER 中的传统设计方法，自底向上的设计方法显然满足不了人们对于三维设计由简至繁的要求，自顶向下设计逐渐有了新的应用领域。本文 以Pro/E软件为平台，分析了自顶向下设计与自底向上设计方法的区别。详细的介绍自顶向下的主要设计方法:骨架模型和布局。介绍了骨架模
2、型和布局的概念和特点以及创建方法。通过概念设计、骨架模型设计、产品的布局设计、零件和子组件设计的流程完成模型设计。通过在Pro/E 的环境下,以顶层骨架模型为纽带，采用自顶向下的设计方法设计直齿轮二级圆柱减速器的实例来加以论述。事实证明，基于Pro/E的自顶向下设计方法符合设计者的主观感受，支持协同设计和并行工程，能提高设计的效率，缩短设计周期。关键词：Pro/E 顶层骨架模型 布局 自顶向下 减速器ABSTRACT2ABSTRACTWith the rapid development of CAD/CAM/CAE integration of 3d software, Pro/e incre
3、asingly become a kind important method of modern mechanical design of 3d modeling , and as a traditional design method of the design method and obviously, down-top design cant satisfy the people for requirements of Jane to numerous, top-down design (top-down )gradually a new application field.This p
4、aper first introduced the concept and the development of the Pro/E software, analyzes the difference between the top-down design and the design method of the bottom up. Detailed introduces the top-down main design method, namely the skeleton model and layout. Introduces the concept and characteristi
5、cs of them and create method. And through the concept design, skeleton model design, product design, parts and the layout of the child component design process finish straight gear reducer design the model. Through Pro/E in the environment, to top skeleton model as the link, using the top-down desig
6、n method to design a cylindrical gear reducer gear level 2 straight the examples of the discussed. Facts prove, Pro/E based on the top-down design method conform to the designers subjective feeling, supports cooperative design and concurrent engineering, can improve the design efficiency, shorten th
7、e design cycle.Keywords: Pro/E Top Skeleton model layout Top-Down gearbox目录目 录第一章 绪 论 11.1 Pro/ENGINEER 软件概述 .11.2 基于 Pro/E 的自顶向下设计 .11.2.1 概念 .21.2.2 主要的设计原理与优点 .21.2.3 设计步骤 .31.3 自顶向下设计的研究现状与方向 .41.3.1 研究现状 .41.3.2 研究的发展方向： .51.4 本文的研究内容与设计框架流程 .6第二章 自顶向下组件设计的方法 112.1 自顶向下组件设计概念简述 112.2 骨架模型 132.2
8、.1 骨架模型的建立方法 132.2.1 第一种骨架类型 .132.2.2 第二种骨架类型 152.2.3 第三种骨架类型 162.2.5 骨架模型的优点 182.3 布局 182.3.1 关于布局 192.3.2 2D 草绘工具 .202.3.3 声明元件与布局的链接 212.3.4 自动组合 22第三章 二级圆柱减速器自顶向下建模 243.1 二级减速器的设计方案 243.2 减速器建模步骤 263.2.1 骨架的建立 263.2.2 下箱体的建立 27基于 Pro/E 的自顶向下设计研究43.2.3 轴的建立 283.2.4 齿轮模型的建立 283.2.5 轴承的建立 293.2.6 上
9、箱体的建立 303.2.7 设计其他零件和特征 303.2.8 布局的建立与紧固件的自动装配 313.2.9 更改骨架参数实验是否能成功再生 333.2.10 对失效零件进行修改 .383.3 减速器建模实例总结 38第四章 总结与展望 394.1 本文总结 394.2 进一步的工作 40致 谢 41参考文献 43第一章 绪论 1第一章 绪 论1.1 Pro/ENGINEER 软件概述Pro/ENGINEER 是美国的参数技术公司 (Parametric Technology Corporation， PTC 公司)公司的产品，在 1988 年被发布。20 多年来，经历 20 多次的改版，已经
10、成为了中国地区乃至世界范围内最普及的 3D CAD/CAM 系统的标准软件，能够广泛应用于机械、电子、工业设计、模具、汽车、家电、航空航天、玩具等行业。功能应用包括实体与曲面设计、零件组装、二维绘图制作、模具设计、同步工程、逆向工程等。目前 Pro/E 最高版本为 Pro/ENGINEER Wildfire 5.0(野火 5.0)。但在目前的市场应用中，不同的公司还在使用着从 Proe2001 到WildFire5.0 的各种版本，其中 WildFire3.0 和 WildFire4.0 是目前的主流应用版本。Pro/E 还提供了高度集成和全面的产品开发环境，它是一套包含了由设计至生产整个过程
11、的机械自动化软件，是一个集参数化、基于特征于一身的实体造型系统，是一套成熟的产品造型设计系统，并且其是具有单一的数据库功能的综合性MCAD 软件。 Pro/ENGINEER 已经成为世界范围内三维建模软件的领头羊，特别是在国内产品设计领域占据重要位置 1。1.2 基于 Pro/E 的自顶向下设计基于Pro/E的自顶向下设计，首先从概念设计阶段入手，首先应该进行功能分解，即通过设计计算将总组件分解成一系列的第一级子组件，确定每个子组件参数，其次进行结构设计，即根据总的组件及各个子组件的要求，设计出总体组件结构(装配)及确定各子组件(子装配体)之间的位置关系、连接关系、配合关系。位置关系、连接关系
12、、配合关系及其它参数通过几何约束或参数约束等来确定。然而产品的实际的设计过程是一个既有创造性又比较复杂的过程 2。它可以分为产品功能设计、产品概念设计、产品详细设计以及设计的分析等阶段，又称为自顶向下设计过程，在设计中首先从整体与全局的设计入手，然后在总体结构设计方案的约束下对各个子组件和零件进行详细的设计，自顶向下设计是一种逐步求精的设计的过程和方法。对将要完成的设计进行分解，首先对最高层次中的目标基于 Pro/E 的自顶向下设计研究2问题进行定义、设计，将其中未能解决的问题作为一个子任务放到下一层中去解决。像这样一层一层、逐一地定义、设计、绘制和检测，直到任意层次上的问题均得到解决，就能设
13、计出来有层次有结构的组件造型。进行自顶向下的设计方法时,设计师先对所设计的组件要有一个全面深刻的理解。然后从顶端层次开始,连续地，逐层地向下分解,直到系统的所有模块都小到便于设计为止 3。1.2.1 概念基于 Pro/E 的自顶向下设计是利用三维造型软件 Pro/ENGINEER 的组件设计方法，在实际的设计案例中，处理对象往往不会局限于单一零件，而是数个具有组合关系的零件。因此，再设计产品时往往需要规划出产品的初步整体结构，然后再进一步设计其中的原件，而比较少会遇到零件已经设计好了，但是整个产品结构却还未规划好的情况。例如在素描学生在绘制作品时会先勾勒出图像的外形轮廓，再绘制图像细节。由此可
14、以实现由上至下、由简至繁的设计。1.2.2 主要的设计原理与优点产品的设计过程是一个产品信息从抽象到具体、逐步细化、反复迭代的复杂过程, 它包括从产品需求到产品功能的映射、从产品功能到几何结构的映射, 是一种自顶向下(Top-down )的设计过程 4。首先从概念设计阶段入手，应进行功能分解，即通过设计计算将组件分解成一系列的第一级子组件，确定每个子组件参数，其次进行零件设计，即根据总的组件及各个子组件的要求，设计出总体组件(装配)及确定各子组件(子装配体)以及零件之间的位置关系、连接关系、配合关系。位置关系、连接关系、配合关系及其它参数通过几何约束或参数约束等来确定。基于PRO/E的自顶向下
15、设计有下列优点：(1)首先符合产品的实际设计过程和设计人员的思维结构。在设计产品时，先要考虑的是产品所应该实现的功能。然后才考虑实现这些功能的几何结构，因此产品的设计过程是一个由抽象到具体的渐进过程，需要由浅入深的设计。(2) 便于实现多个子组件的协同设计，实现其并行设计。在此产品设计的初级阶段，即概念设计的阶段，要将产品的功能、关键约束、配合关系等重要信息第一章 绪论 3先确定下来，在进行任务的分配时，这些关键约束也同时分配给各子组件，只有如此，各子组件和零件才能很好地相互配合，避免发生约束的冲突。(3) 可以将已经画好的零件或子组件的关键约束传递到后续的子组件和零件的设计阶段，在后续设计中
16、就可根据前期设计的约束要求进行参照，从而实现更改骨架就能再生整体产品结构的自顶向下设计。1.2.3 设计步骤（1）产品的方案设计在产品设计初期，使用Pro/E中的布局功能，用简单的 2D草绘工具进行绘制草绘图，来描述零件和子组件之间的位置和装配关系，用来明确设计的意图。在布局中能定义关键的设计参数，并且为这些相关参数建立关系式，然后将这些参数与零件中的尺寸相互关联，便可以利用布局用控制子组件和零件的相关尺寸。使用者可根据整体布局图来进行详细的零件设计（2） 设计产品的结构设计产品的结构可以帮助设计者组织规划总的装配设计，方便管理和分配任务到项目组成员，有利于并行设计和设计者之问的更好的沟通。P
17、roE可以创建不含任何零件的子组件以及不含任何几何特征的空零件，而己经存在的子装配或零件也可以添加到产品的结构中去。（3） 三维骨架模型三维骨架模型是产品设计的总规划，用来帮助处理大型的组件工具。面向三维设计的“顶层基本骨架”(Top basic skeleton，TBS )概念 5。用以支持在三维设计环境下设计信息的动态传递 6。动态传递是指：设计信息不仅能够自顶向下传递，且能够自下而上的传递；不仅能够纵向传递，而且能够横向传递；还能够实现对设计信息的共享、控制和信息变更的传递它既可以用来分析产品的设计造型、规划基本的空间设计需求、决定重要的约束，也可指定出产品中各零、组件的位置与空间关系，
18、既可以直接用于零件装配，也可以直接在骨架结构上绘制零件与子组件。此外，通过修改三维骨架模型还可以驱动零件的相关运动，检测零件间是否存在过度约束。（4） 传递设计信息 最顶层的设计相关信息，比如重要的空间位置和装配位置需求，可以通过布基于 Pro/E 的自顶向下设计研究4局中的声明将此信息传递到子装配(或子组件)和零件中去。这样每个子组件都包含与该子组件的相关位置空间信息，使得每个子组件的独立设计团队可以相对独立的进行相关设计工作 。子组件的信息也可以通过复制几何特征功能将自身的信息传递到下一级的子骨架或零件中，或利用零件与零件之间建立父子关系，相互约束，最后一级一级的传递其设计信息（5） 零件
19、或子组件的详细设计在后部分的设计中，可以直接在组件环境下进行零件设计，设计时可以运用参照方法建立与组件体的父子关系，以确定必要的外部参照关系。也可以在组件中修改已经存在的零件，只需要激活该零件即可，设计时可以利用复制、阵列等特征操作进行零组件的复制，或以合并及切除来设计配合组件，比如螺钉的顶部就需要用到合并实体化和复制来完成。（6） 设计的更改当完成整个组件的设计后，ProE即可依据骨架模型图的规划上进行变更；若设计变更涉及多个零件的相对位置或整个组件的骨架模型时，就可在骨架模型上进行必要的修改。当骨架或者布局变动后，则组件也会自动再生，这种由骨架模型和布局驱动产品自动装配及更新的功能能使产品
20、设计者着眼于整体产品结构的规划与更改，而不仅仅是单一的零件的设计与零件之间简单的装配关系 7。1.3 自顶向下设计的研究现状与方向1.3.1 研究现状自顶向下设计所涉及技术的研究, 包括自顶向下设计系统、装配模型的表达、模型建立、模型分析, 以及装配顺序规划等方面。自顶向下设计系统研究现状自顶向下设计系统设计的主要研究者及现状见表1.1。说明如下:( 1) 交互式设计系统WAYT , 是由自顶向下（Top- Down）的早期研究人员、芬兰赫尔辛基大学的M.Mantyla提出的, 并在1990年在IBM研发中心研制了一套原型系统。主要由功能的设计、几何结构的选择和约束的求解三部分组成。( 2)
21、基于功能理解的设计系统Delta, 是Jin-Kang Gui等在WAYT 基础上, 于1993 年开发的一套原型系统。该系统改进了产品模型的表达方法,增强了产品功能模型的建模方法, 将装配模型分为功能视图和结构视图两部分。增加了专家第一章 绪论 5系统推理功能。( 3) 功能与特征集成的产品建模系统GNOSIS,由英国、芬兰、日本、美国等多所大学合作, 于1996年研制的智能制造系统( IMS) 的一部分, 由功能设计系统SYSFU ND 和子结构设计系统MCOES两部分构成。( 4) 基于面向对象表达的Top-Down设计系统CONGEN , 是由美国国家标准与技术委员会( NIST )
22、组织, S.R. Gorti 等人提出的, 1998年实现了一个原型系统, 主要实现产品的概念设计, 并对产品的功能、结构、行为进行统一建模。( 5) PTC公司的 Pro/Top- Down设计系统, 先通过Pro/ LAYOUT 模块在二维环境下定义产品的装配约束, 并将这些约束传递到产品三维装配设计及分析中, 是一个实用的产品。表1.1 自顶向下设计的研究现状序号 系统名称 装配模型 推理方法 系统特点 研究人员1 WAYT 关系 手动交互式 最早的原型系统 M.Mantyla82 WAYT 层次模型 专家系统，CBR侧重功能的理解 Jin-Kang Gui93 WAYT 层次模型 专家
23、系统 实现抽象结构表达 MerviRanta104 WAYT 面向对象模型专家系统 侧重产品的建模 SreenivasaRGorti115 Pro/Top- Down层次模型 手动交互式 侧重约束传递 PTC121.3.2 研究的发展方向：产品自顶向下设计已经取得了一定的成果,笔者认为还需要在下列方面作进一步的研究:( 1) 研究产品装配模型的表达方法, 建立具有从概念模型到参数化模型再到详细模型演化能力, 支持产品Top-Down 设计, 能在并行设计中使CAD、 CAPP、CAM 进行信息交换的装配模型。( 2) 分析产品概念模型中的语义信息与参数化模型中的结构信息间的对应关系, 找出一种
24、实现概念模型到参数化模型演化的有效推理方法, 实现功能到结基于 Pro/E 的自顶向下设计研究6构的转换。( 3) 分析零件的结构与装配特点, 建立产品零件装配特征分类编码表, 并找出多个特征同时参与匹配时, 求解产品零件装配位置的解析方法。( 4) 分析工程约束、尺寸约束在参数化结构模型转化到详细模型过程中的作用, 建立工程约束转化成尺寸约束的方法, 以及在模型修改优化时保持参数化装配模型尺寸一致性的方法, 为参数化装配模型到详细模型的演化提供约束保证。( 5) 研究模型中零件的力传递和位置, 限定功能在装配顺序规划中的作用, 建立一个基于零件功能的装配顺序规划方法, 并与已有的装配规划方法
25、相结合, 以达到较好的效果 13。1.4 本文的研究内容与设计框架流程产品功能要求建立模型设计方案建立零件和子组件的设计方案建立装配设计模型（ 骨架和布局 ）建立零件和子组件的详细设计方案设计方案分析产生设计方案修改零件和子组件的设计方案修改模型设计方案修改装配关系模型修改零件和子组件的详细设计方案图1.1 设计流程产品设计是一个从无到有的过程，都是要先进行概念设计，然后再设计装配第一章 绪论 7结构和零部件。概念设计的过程是创造性思维过程，设计的是产品实现其功能的原理和方法。在实际应用中，将概念设计中的设计思想完整正确地传达到每个零件当中，使这些零件最终装配起来能够实现概念设计预期的目标，一
26、直是设计人员竭力追求的。本文根据自顶向下的设计流程见图1.1，通过利用Pro/E 这个平台对二级圆柱式减速器进行3D模型的建立，来研究自顶向下设计在复杂组件中的应用的优点。首先给减速器方案和结构的一个整体的模型设计方案见图1.2，设计装配结构和零部件的布局排列，设计产品的功能。将概念设计中的设计思想正确地传达到每个零件中，使这些零件装配在一起能够实现概念设计预期的目标，其介绍二级圆柱齿轮减速器的传动布置。减速器本体内的传动零件由低速级和高速级2对齿轮组成 ,其中高速级为直齿轮传动,低速级采用直齿轮传动(这里, 齿轮的端面齿形选为最常用渐开线曲线 ) ,其模型设计的大致顺序应为(1) 上下箱体的
27、造型设计; (2) 传动件设计;（3）轴、键和轴承组合零部件的设计; (4) 螺母、螺钉、螺塞与油标等其他附件设计。其中箱体、传动件和轴、键、轴承、均可以通过设计好的骨架模型直接在骨架上绘制其零件或者子组件。而对于螺母、螺钉一类装配量大的零件，则选用布局设计来实现自动装配。能初步实现对二级圆柱减速器的自顶向下设计。基于 Pro/E 的自顶向下设计研究8图 1.2 二级圆柱减速器的设计方案图 1.3 骨架模型图然后介绍了该 3D 模型的骨架结构见图 1.3，设计好每个零件在空间中的静止位置。骨架模型是一个独立的 prt 文件，他是在零件新建命令中的骨架模型命令新建的，骨架模型中不存在实体造型，只
28、有基准平面、基准点、基准坐标、基第一章 绪论 9准轴以及草绘等。例如其中确定齿轮齿形的基圆、分度圆、齿顶圆、齿根圆和齿形的卡笛尔方程曲线。图 1.4 骨架模型如图 1.4 所示，其中矩形框架代表了上箱体与下箱体相交的面，可以控制下箱体的长度与宽度，而上箱体可以根据左侧的两个圆与和两个圆相切的直线参照绘制出上箱体侧边的轮廓，而其中 A1、A2、A4 代表了减速器中的轴的中心轴，中间的将绘制 2 个面来控制四个齿轮的参照平面 DTM7 与 DTM3 见图 1.4，再根据其中草绘出的曲线，通过拉伸、阵列等特征绘制出齿轮。设计好结构图后，可以利用结构将每个零件装配或者直接在其上面绘制，以避免不必要的装
29、配限制冲突。从而实现更改骨架即可使最后的 3D 图改变的效果，减少修改每个零件的装配或特征的时间。 根据骨架模型和已画零件的参照依次对下箱体、上箱体、轴、齿轮、轴承、端盖进行绘制，初步建立了零件和子组件的详细设计见图 1.5。基于 Pro/E 的自顶向下设计研究10图 1.5 没有上箱体和紧固件的方案图再根据画好的零件，建立父子关系，添加约束，绘制出螺栓、螺母、顶盖、以及油标等零件。由于螺母与螺栓绘制比较繁琐，本文使用了先建立单个实体零件，然后绘制布局图，通过布局图与螺钉、螺母、螺栓等紧固件的声明联系，并将油标，螺塞等附属零件利用布局自动装配进行自动装配，实现提高建模效率的目的。根据存在的问题
30、，对设计方案中的布局与骨架进行修改，完成最后的零件与组件的详细设计方案。最后检查是否有未实现的特征并且添加，完成整个二级圆柱减速器的基于 Pro/E 的自顶向下设计。并根据设计的需要更改骨架模型和布局来实现整体模型的修改与再生。最后通过二级减速器设计实例，总结自顶向下设计对于整个三维产品造型设计的突出作用与优势以及对未来研究方向的总结与展望。第一章 绪论 11基于 Pro/E 的自顶向下设计研究12第二章 自顶向下组件设计的方法2.1 自顶向下组件设计概念简述自顶向下设计有力而稳定地扩展了参数设计，使产品设计更为有效。自顶向下设计见使您可以在产品组件的环境中创建零件，并在创建新零件特征时参照现
31、有几何。该设计方法不同于传统的自底向上设计方法，在自底向上设计方法中，各个元件是独立于组件进行设计的，然后再将这些元件组合到一起来开发顶级组件。产品定义在计算机中形成产品功能模型功能模型分析形成产品参数化结构模型产品分析形成产品详细几何模型修改零件模型修改调整功能模型产品定义在头脑中形成概念模型设计产品中 c a d 模型将零件装配成产品产品分析调整头脑中的概念模型更改每一个零件（A） (B)图2.1 自顶向下与自底向上产品的设计是一个渐进的过程, 一般经过概念设计、参数化设计和详细设计三个阶段。这种渐进的设计过程, 称为自顶向下( Top- Down) 设计, 而当前的CAD 系统还不能支持
32、这种设计, 只能支持先设计零件, 然后将零件组装成产品的设计方式, 即自底向上( Bottom- Up) 设计图2.1（B） 。产品的自底向上设计与自顶向下设计过程如图2.1（A）所示。第二章 自顶向下组件设计的方法 13在实际的设计案例中，处理对象往往不会局限于单一零件，而是数个具有组合关系的零件，因此，在设计产品时往往需要先规划处产品的初步整体结构，然后再进一步设计其中的原件，而不较少会遇到零件已经设计好然而整个产品结构仍然未规划好的情况。ProENGINEER软件提供了一整套的自顶向下设计方案，通过定义顶层的设计意图并从产品结构的顶层向下将信息传递到有效的子装配体或零件中。自顶向下设计在
33、工作方式上具有以下几个主要设计理念：确定设计意图，规划、创建产品结构。产品的三维空间规划，通过产品的结构层次共享设计信息，装配中的零件设计。在进行产品的概念设计时，自顶向下设计技术是驾御和控制ProE软件相关性设计工具最好的方法。(1) 顶层骨架模型(Top Skeleton Mode1)：一种在骨架上挂原件的组件设计概念。首先在布局中以基准曲线或者基准轴绘制骨架图，然后再将已完成的元件外挂到骨架上，或者直接顺着骨架外形绘制元件，如此一来，只要改变骨架的几何外型，整个组件也随之改变。骨架模型作为产品装配的三维空间规划，可以被用来描述元件的空间需求、重要的安装位置或运动，也可用来在子系统之问共享
34、设计信息，并作为这些子系统之间一种参考控制手段。仅仅对总体布局进行设计，使设计更加明了，加强了组件之间设计数据的沟通，支持组件之间设计数据的共享和传递，容易确认、控制和观察设计全局，使设计数据的沟通无阻碍，设计出的产品更加柔性化。 (2) 布局(Layout )：一种先规划好组件结构再进行元件设计的组件设计概念。在布局中，记录着重要设计参数、元件初步外形与元件组合关系草图。通过创建布局与元件之间的关联，就可以经过修改布局来改变元件与组件的状态。它提供一个2D的草绘环境，让设计者在装配零件时，可以先针对零件装配的约束条件来做规划，将每个装配零件之间的关系与约束先定义出来，以帮助设计者在装配零件时
35、可以不必为了每次加人一个新的零件时都要考虑约束条件，因为利用Layout文件就可以将零件自动地装配起来。如果要修改零件，也只需修改所绘制的Layout文件，就可以自动地将变更的地方加至装配文件中。(3)装配环境下的零件设计与编辑：在进行产品装配的过程中，根据已设计计算好的零、部件和标准件的形状及尺寸，利用零件间的约束条件产生新的零件或对原有零件进行修改。而开始零件的修改只要在组件环境下激活该零件即可。基于 Pro/E 的自顶向下设计研究142.2 骨架模型利用一个顶层骨架模型辅助元件的组合或者结构，它只包换基准特征而不添加实体特征。2.2.1 骨架模型的建立方法有在装配件中用新建骨架模型的方法
36、创建骨架模型文件， 系统才能把它自动识别为骨架模型。虽然可以像普通的零件那样，通过“文件”“新建” “零件”命令的方式创建 prt 文件，然后把它当作骨架模型使用，但是系统不能自动地把它识别为骨架模型，而应当按照如下步骤创建：（1）在装配模式下单击（新建元件）按钮，新建零件。（2）元件创建对话框中选择“骨架模型”，如图 2.2。图 2.2 骨架的新建2.2.1 第一种骨架类型这种类型的元件已经构建完成，只使用骨架模型控制元件的组合状态。此种方式如同肌肉依附在骨头上，将已完成的元件组合到骨架上，不仅可以简化组合的静态位置定义，往后只要更改骨架模型的外形就可以改变组合状态。但是骨架外形的修改只限于
37、相对位置的变更（角度） ，并不能修改骨架的长度尺寸，因为元件的长度已经被其本身的尺寸限制住，无法随着骨架进行更新再生。因此，此技巧常用于连杆之类的组件中。简易操作步骤：(1)先画好所有实体元件。第二章 自顶向下组件设计的方法 15(2)以零件架构骨架模型，但是只含有基准特征，并且长度与实体元件相符。新建一个“组件”文件。(3)以“将元件添加至组件”的方式加载已经绘制完成的骨架文件如图 2.3。(4)以“增加元件至组件”的方式依序加载元件，并组合到骨架上（以骨架为参考对象）如图 2.4。图 2.3 第一类骨架模型基于 Pro/E 的自顶向下设计研究16图 2.4 第一类骨架模型的装配2.2.2
38、第二种骨架类型与第一种骨架类型的概念类似，但是有两点差异：一是元件尚未创建;二是元件的添加和元件的特征都是在组件模式下完成的。图 2.5 第二类骨架模型以图 2.5 为例：该组件共有 4 个元件，第一个元件是骨架模型，后面 3 个是实体模型。ASM0004_SKEL.PRT:骨架元件，包含一个曲线特征，他决定其他 3个元件的形状与位置，该曲线由 3 条直线与一个圆组成。PRT0008.PRT、 PRT0009.PRT、PRT0010.PRT：添加元件，各包含一个拉伸特征，特征的形状、位置与大小都是由骨架曲线控制的。其中 PRT0008.PRT 与PRT0010.PRT 的特征都是参照一条直线，
39、而 PRT0009.PRT 则是同时参照一条直线与圆。在“组件”模块下创建元件的好处为：方便与骨架模型进行参照，当骨架模型的大小、形状产生变化时,元件的外形也可以同步更新再生，这是一种骨架类型所无法实现的。以图 2.6 为例：更改骨架曲线的大小时，元件的外形可以实时产生变化，这是第一种骨架模型所欠缺的。第二章 自顶向下组件设计的方法 17图 2.6 第二类骨架模型此种设计概念的操作步骤如下（所有的操作都是在组件模式下完成）：（1） 新建一个组件文件。（2） 添加骨架文件。（3） 创建估计模型的外形，通常骨架模型的外形都是由基准特征组成（曲线、点或轴） 。（4） 添加元件，并开始创建特征，特征的
40、创建一样是参照骨架模型。为每一个元件建立特征时，必须先“激活”该特征，即指定该特征为工作处理目标。2.2.3 第三种骨架类型在第二种骨架类型的概念中，元件特征的创建都是参照于骨架模型，所以在骨架与实体元件之间就会产生父子关系，让实体元件的设计完全由骨架模型而定。但是在之前的方法中，由于元件都是参照骨架模型，所以元件之间并没有父子关系。在产品设计的过程中，常常会遇到需要相互配合的零件。以往对于这种配合基于 Pro/E 的自顶向下设计研究18的零件组，都是先算好尺寸，再分别打开零件进行编辑，当需要更改设计时，就必须手动更新所有尺寸，这样做很不方便。对于大型的配合组件，先创建一个完善的骨架模型是比较
41、适当的，而对于只有两三个元件的小型组件，创建一个骨架模型或许是一种多余的负担，不一定每个人都可以接受，因此第三种骨架类型就派上用场了，在创建元件特征时直接相互参照，不仅达到创建父子关系的目的，也省下创建骨架模型的步骤。 以图 2.6 的模型为例，该组件只有两个元件（盒子与上盖） ，盒子与上盖是需要紧密配合的，此时就可以现在另加模式下构建盒子的外形，再加载到组件中，然后直接在组件模式下创建上盖，此时上盖的外观轮廓就可以直接参照盒子的内侧便捷，从而达到紧密配合的目的。图 2.6 第三类骨架模型2.2.4 应用骨架模型时应该注意事项(1）骨架文件的两个主要作用：可以为产品装配建立装配基准，产品中重要
42、的装配式依靠骨架模型装配的。为零部件设计建立形状基准，重要的外形在骨架模型中确定，零部件设计参考骨架模型完成。比如零件中需要参照的基准面，轴类部件旋转需要的中心轴线等等。完成了这些基准特征的创建，在后面的装配过程中，只要以骨架文件中的基准特征为参照，零件能快速得到相应的参照约束。第二章 自顶向下组件设计的方法 19(2）骨架模型文件的默认名称为“ASM_NAME_SKEL0001” ，其中 ASM_NAME 是装配件的名称，建议保留默认的名称，至少保留名称中的 SKEL，以便区别骨架模型文件与其它 prt 文件。(3）只有采用上述方法建立的骨架模型文件才能被系统自动识别为骨架模型文件， 具备骨
43、架模型的所有属性和功能。(4）骨架模型中只能增加参考点、线、面和坐标系，不能再在架中建立实体特征。2.2.5 骨架模型的优点（1）集中提供设计数据：骨架模型就是一种 prt 文件。在这个 prt 文件中，定义了一些非实体单元，例如参考面、轴线、点、坐标系、曲线和曲面等，勾画了产品的主要结构、形状和位置等，作为装配的参考和设计零部件的参考。（2）零部件位置自动变更：零部件的装配是以骨架模型中基准作为参考的，因此零部件的位置会自动跟着骨架模型变化。（3）减少不必要的父子关系：因为设计中药尽可能的参考骨架模型，不去参考其他的零部件，所以可以减少父子关系。（4）可以任意确定零部件的装配顺序：零部件的装
44、配是以骨架模型作为基准装配的，而不是依赖其它的零部件为装配基准的，因此可以方便的更改装配顺序。（5）改变参考控制：通过设计信息集中在骨架模型中，零部件设计以骨架作为参考，可以减少对外部参考的依赖。2.3 布局在设计产品时，通常会用笔在纸上涂鸦，希望使用一些简单的线条和符号来描绘产品的大概轮廓。而在 Pro/E 中实现这些操作的工具就是 “布局” 。布局和骨架模型都是一个组件的整体规划，通过对布局规划的修改，对于组件的结构装配也能起到修改的作用。和骨架不同的是，布局中的草绘工具仅仅提供一个非常简单的布局操作，而没有骨架中的详细约束与参数，只是对整体的产品有一个宏观的设计方向，因此也符合了快速构思
45、，快速布局的设计思想。基于 Pro/E 的自顶向下设计研究202.3.1 关于布局布局和刚刚提到的涂鸦一样，都是用来进行产品的初步规划，但是功能更强，因为布局不仅可以提供产品的初步设计规划，对于往后产品的组合或者修改，都有相当便利的地方，所以布局的功能可以一直延伸到产品开发完成为止。布局的功能如下：（1） 使用绘图草绘工具描绘出产品的外形。 （2D 的非参数规划设计）（2） 给描述的产品外形批注，使得设计概念更清晰。（3） 在工程图中创建参数，借以控制各个零件的几何外形（尺寸） 。（4） 创建关系式，控制参数之间的关联性。（5） 在布局中创建全域基准特征，让产品的各个零件按照布局的规划进行自动
46、装配，而不需要手动组合，即一旦规划布局相当于完成了大半的装配。布局的新建：（1） 在 Pro/E 的环境下，点击新建，弹出对话框。（2） 在对话框中选中新建“布局” ，并命名即可如图 2.7。图 2.7 布局的新建布局的工作界面布局是一个独立的模块，和绘图一样，在进入布局工作环境之前，会要求设置图纸大小，见图 2.8。第二章 自顶向下组件设计的方法 21进入布局工作环境之后，可以发现其操作界面和“绘图”十分相似，左侧是2D 工作区，右侧为草绘工具栏。图 2.8 布局的标准模板2.3.2 2D 草绘工具产品草绘所需要 3 组工具：基本绘图工具。辅助表示工具、图纸设置工具。这些工具与绘图模块提供的
47、一样。下面就介绍这几种布局中所用到的绘图工具。（1）基本绘图工具在不居中，创建的所有的产品几何外形是属于“2D 草绘”而不是 3D 模型。因为只能使用绘图的 2D 草绘工具进行产品外形的创建。在 2D 草绘过程中，虽然有修剪与转换等辅助工具可以进行修改，但是并没有明显的尺寸修改以及再生等功能，因此无法创建出精准的产品外形。但是这个并没有关系，因为“简单并且快速”就是快速规划的原始要求，此时的目标是整体的规划，而不是产品的详细设计，所以只要将产品的大致轮廓表现出来即可。（2）辅助标示工具只使用草绘工具来创建产的外形规划是不够的，因为不够明了，借助一些辅助标示工具的帮助，可以让产品的草绘更容易了解
48、。在此介绍三相辅助标示工具：注释、球标、填充。注释：创建文字注释，分为“无方向指引”与“方向指引”两种。基于 Pro/E 的自顶向下设计研究22无方向指引煮熟的使用方法：选择“插入”“注释”命令，在菜单管理器里选择“无方向引导”“制作注释”选项，点选注释要放置的地方，输入注释的内容就可以显示注释。方向指引注释的使用方法：选择“插入”“注释”命令，在菜单管理器里选择“方向引导”“制作注释”选项，点选方向指引要指向的对象，选择“完成” ，点选注释要放置的地方，再输入注释内容，即可显示注释。球标：为指定的对象创建数字型的注释，Pro/E 会将注释内容显示在适当的角落。图标的使用方法：选择“插入”“球
49、标”命令，在菜单管理器里选择“方向指引”“制作注释”选项，点选球标方向指引要指向的对象，选择“完成” ，点选球标要放置的地方，再输入注释内容，即可显示球标与注释。填充：在封闭的区域内，加上泡面先或者填入实体颜色以方便识别.(3)图纸设置工具和“绘图”模块一样，在“布局”里往往需要一次创建许多张图纸，来分别处理众多的对象，以达到清晰的视觉效果。常用的图纸操作命令都位于菜单栏里，操作如下：添加图纸：选择“插入”“页面”命令。删除图纸：选择“编辑”“移除”“页面”命令。跳至某一张图纸：选择“视图”“转到页面” ，弹出“转至页面”对话框。改变图纸的顺序：选择“编辑”“移动页面” ，弹出“移动页面”对话框。2.3.3 声明元件与布局的链接在布局中创建参数后，必须与组件的参数进行链接，使逐渐的参数与布局的参数产生相依的关系，因此只要更改布局的参数值就可以直接控制组件的参数值。声明链接的步骤如下：（1）切换至组件的工作窗口。第二章 自顶向下组件设计的方法 23（2）指定要声明的布局（每个模型只需操作一次）：选择“文件” “声明”命令，选择菜单管理器的“声明放置”
