（云南廣播電視大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆 明 6 50223）

Pro/ENGINEER系統(tǒng)是美國參數(shù)公司（PTC公司：Parametric Technology Corporation）開發(fā)的軟件，是當(dāng)今世界著名的三維CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用用于機(jī)械、電子、航空航天、產(chǎn)品設(shè)計、磨具設(shè)計等各行各業(yè)。Pro/E功能強大，融合了零件設(shè)計，大型組件裝配，磨具開發(fā)，加工，鈑金件設(shè)計，鑄造件設(shè)計，造型設(shè)計，自動測量，機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計，有限元分析，數(shù)據(jù)庫管理，電纜布線以及印刷線路板設(shè)計等功能于一體[1]。其中最擅長的是實體造型，加工以及大型組件裝配，管理和磨具結(jié)構(gòu)設(shè)計，這些方面的應(yīng)用在全球都得到普及并且擁有極大的優(yōu)勢。

1 曲面特征

曲面是構(gòu)建復(fù)雜模型最重要的一個組成部分，曲面技術(shù)的發(fā)展為創(chuàng)建實體模型提供了更加有效的工具。由于一般的實體建模不能創(chuàng)建比較復(fù)雜的表面輪廓，這時曲面的創(chuàng)建復(fù)雜表面功能的強大就顯現(xiàn)出來了。在現(xiàn)代設(shè)計中，一些高、精、尖產(chǎn)品領(lǐng)域里，如飛機(jī)、輪船、汽車的外觀設(shè)計，必須符合一定的曲面形狀能并能兼顧美觀和性能兩個重要特點，而諸多的實際問題加快了曲面建模技術(shù)的成熟與完善[1]。曲面建模的方法具有很大的彈性，常見的設(shè)計思路是首先用多種手段創(chuàng)建一組曲面，然后通過曲面編輯功能將其整合成一個沒有縫隙的曲面，最后使用該曲面來構(gòu)建模型的外輪廓，將其實體化后，獲得理想的實用的模型。曲面特征不同于實體特征，它是沒有質(zhì)量和厚度的特征，這也是與實體特征的最大區(qū)別所在，從創(chuàng)建方法來講，曲面特征與實體特征又十分相似，所以使用程序提供的拉伸工具即可創(chuàng)建實體特征，又可以創(chuàng)建基本曲面特征。

1.1 創(chuàng)建基本曲面特征

創(chuàng)建曲面特征的方法和創(chuàng)建實體特征的方法具有很大的相似性，但曲面建模所使用的手段比實體建模要豐富得多，基本曲面特征是使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等常用三維實體建模工具進(jìn)行創(chuàng)建的曲面特征[2]。

在繪圖區(qū)中，曲面特征創(chuàng)建完成后并以著色方式顯示，曲面特征以片狀顯示；以線框顯示模型時，則曲面特征只以黑色顯示其邊界線，如圖1所示。

圖1 四邊形曲面

Pro/E所提供的曲面建模功能很強大，不僅創(chuàng)建實體的工具，可以用來創(chuàng)建曲面特征，而且曲面還有獨特的創(chuàng)建方法。這些新的創(chuàng)建方法為設(shè)計人員設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、工藝性強和生產(chǎn)便利的產(chǎn)品帶來了很大的方便，縮短了產(chǎn)品的周期。

1.2 編輯曲面特征

曲面被創(chuàng)建之后，還需要對創(chuàng)建的曲面進(jìn)行編輯和修改，才能達(dá)到實際的要求，主要是對曲面進(jìn)行曲面偏移、曲面移動、旋轉(zhuǎn)、曲面修剪、曲面鏡像、曲面延伸、曲面合并、曲面加厚、曲面拔模、曲面實體化等進(jìn)行操作。

1.3 Pro/E可以改善產(chǎn)品的設(shè)計方法、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期

Pro/E為設(shè)計人員提供的協(xié)同工作環(huán)境極大地改進(jìn)了產(chǎn)品的設(shè)計過程，可以使設(shè)計人員在設(shè)計過程中并行工作。協(xié)同工作的環(huán)境可以使設(shè)計人員在產(chǎn)品開發(fā)的全過程相互保持聯(lián)系，以確保與產(chǎn)品開發(fā)的所有的設(shè)計人員均使用統(tǒng)一的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)，從而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性[3]。

2 曲面體設(shè)計舉例

下面我們以茶壺設(shè)計為例，對曲面實體建模進(jìn)行介紹。首先分析該零件的結(jié)構(gòu)由哪些主要特征組成，即壺身旋轉(zhuǎn)曲面特征、壺嘴、壺把掃描混合特征、壺底平面特征、合并曲面特征、加厚曲面特征以及減切特征構(gòu)成。其設(shè)計步驟如下：

（1）首先選擇文件，單擊“新建”命令，然后在彈出的對話框中，輸入文件名，如“茶壺”，建立了新文件；單擊特征“旋轉(zhuǎn)”按鈕，或在菜單欄中選擇插入“旋轉(zhuǎn)”命令，激活旋轉(zhuǎn)特征；系統(tǒng)彈出旋轉(zhuǎn)特征面板后，選擇“曲面”按鈕，創(chuàng)建一個旋轉(zhuǎn)曲面，進(jìn)入RFRONT平面的草繪平面，選擇TOP平面為參看面，繪制如圖2所示的截面圖形，單擊“完成”按鈕，完成截面圖形的繪制。在旋轉(zhuǎn)操控欄中輸入旋轉(zhuǎn)角度為360°單擊完成按鈕，完成旋轉(zhuǎn)曲面。

圖2 旋轉(zhuǎn)曲面的截面圖像

（2）在菜單欄中選擇插入→掃描→曲面命令，激活掃描混合曲面特征。在草繪中，繪制如圖3所示的掃描軌跡線，單擊完成按鈕，完成軌跡線的繪制。

圖3 壺嘴掃描軌跡線

（3）在菜單欄中選擇插入→混合掃描→曲面命令，激活掃描混合曲面特征來創(chuàng)建壺嘴，如圖4所示。然后，通過壺底的平面來創(chuàng)建壺底，單擊“平面特征”按鈕，系統(tǒng)彈出對話框，在圖形中選擇壺底的圓形并進(jìn)行對話框設(shè)置，創(chuàng)建出一個通過壺底的平面，然后在菜單欄中單擊編輯→填充命令，激活填充特征。在系統(tǒng)彈出的填充操控欄中，單擊“草繪”按鈕，選擇草繪平面，TOP平面為參考平面，單擊“確定”按鈕，進(jìn)入草繪。在草繪器中單擊“實體”按鈕，選擇茶壺底面的圓邊作為填充邊界，單擊“完成”按鈕，完成茶壺底面的繪制。

圖4 壺嘴截面圖像

（4）在繪制完壺身、壺底平面和壺嘴后，進(jìn)行合并壺身和壺嘴操作，在樹模型中，同時選中壺身和壺嘴特征進(jìn)行壺身和壺底的合并，單擊菜單欄中的編輯→合并命令。在系統(tǒng)彈出的合并特征操作欄中，選擇使用相交方式來合并曲面。用同樣的方法對壺底平面和壺身合并，如圖5所示。

圖5 合并后的曲面

（5）選中合并后的曲面，在菜單欄中單擊編輯—加厚，激活加厚曲面命令。在操作欄中，輸入厚度3，單擊操作欄上的“完成”按鈕，生產(chǎn)實體特征。

（6）在菜單欄選擇插入→掃描命令，激活掃描實體特征來創(chuàng)建壺把，然后選擇FRONT平面為草繪平面，繪制如圖6所示的壺把掃描軌跡線。

圖6 壺把的掃描軌跡線

創(chuàng)建壺把后，在屬性命令菜單中選擇合并，再在菜單中選擇插入→拉伸命令，在拉伸特征操控欄上按下減切按鈕，設(shè)置特征為減切特征。選擇FRONT平面為草繪平面，選擇TOP平面為參考平面，繪制如圖7所示的茶壺圖形。

圖7 茶壺

從上面的這個例子來看，Pro/E軟件在曲面實體的建模及編輯方面具有一定的優(yōu)勢，并且具有參數(shù)化設(shè)計、三維實體模型、特征驅(qū)動和單一數(shù)據(jù)庫功能等特征。

該軟件全部內(nèi)容包括40多個模塊：機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、有限元分析、動畫仿真、流場分析、溫度場分析、電場分析等。

國外用此軟件，從機(jī)械設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析到機(jī)械零件加工實現(xiàn)一條龍。將設(shè)計好的零件直接送到數(shù)控機(jī)床加工，省去出圖環(huán)節(jié)，從設(shè)計到零件加工周期很短。

3 結(jié)束語

Pro/E軟件提供了完整的設(shè)計工具及簡潔美觀的操作界面，采用易學(xué)易用的后參數(shù)化約束，具有更強的三維造型和曲面造型功能，其優(yōu)越性大大高于平面設(shè)計軟件，使設(shè)計過程簡化、快捷、精確，很大程度上提高了工作人員的設(shè)計效率，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，為新產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場提供了有力的保證[4]。

Pro/E軟件具有零件設(shè)計、產(chǎn)品組合、NC加工、鑄件設(shè)計、造型設(shè)計和應(yīng)力分析等功能，推廣應(yīng)用Pro/E軟件是提高新產(chǎn)品設(shè)計能力的重要手段之一。要設(shè)計出高品質(zhì)的新產(chǎn)品，設(shè)計人員必須盡快熟悉和掌握三維概念性數(shù)字樣機(jī)設(shè)計模式，掌握CAE、CAM技能，以適應(yīng)全新的設(shè)計理念，不斷設(shè)計出高新科技產(chǎn)品。

[1]凱 德.精通Pro/ENGNEER基礎(chǔ)入門篇[M].北京：中國青年出版社，2007.

[2]彭國希.Pro/ENGINEER曲面設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]丁錦宏，吳國慶.Pro/E軟件在新產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用[J].2006，(2)：88-89.

[4]鄒玉堂，路慧彪，原 彬.Pro/ENGINEER使用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.