Pro/E在模具專業(yè)理論和實(shí)踐教學(xué)中的作用

周 昇

（南通職業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程系，江蘇 南通 226007）

Pro/E功能強(qiáng)大，使用簡單，易學(xué)易用，在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、模具設(shè)計、加工制造、工程分析、機(jī)構(gòu)仿真等方面，都有廣泛的應(yīng)用。除此之外，將其運(yùn)用在模具專業(yè)的教學(xué)上，對于提高模具的教學(xué)品質(zhì)，特別是提高模具實(shí)踐技能，也有著很重要的意義。

1 Pro/E在專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的作用

1.1 在《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中的作用

在機(jī)械制圖的教學(xué)開始階段，學(xué)生普遍遇到的最大困難，是缺乏空間想象能力，即如何將平面圖形轉(zhuǎn)換成空間三維實(shí)體在大腦中成像，以及對空間三維實(shí)體在平面上如何投影情況的理解。老師在教學(xué)過程中，可運(yùn)用各種現(xiàn)有的教具或者要求學(xué)生利用各種材料（如橡皮泥等）制作立體模型，來幫助學(xué)生對空間三維立體零件的認(rèn)識，這些傳統(tǒng)的方法被實(shí)踐證明是行之有效的。Pro/E軟件也提供了一種新的在課堂教學(xué)中便捷和有效的手段和方法。

可以先把教學(xué)中要用到的二維圖形所對應(yīng)的實(shí)體模型用Pro/E繪制成三維圖形，上課時用投影儀演示出來，可以讓三維零件放大、翻轉(zhuǎn)、修改、再生，也可以對零件及裝配關(guān)系進(jìn)行動態(tài)仿真。通過實(shí)體模型和動態(tài)仿真，使學(xué)生能夠更直觀地進(jìn)入真實(shí)的三維空間，從感性上理解了三維體的形狀、結(jié)構(gòu)與相對位置。同時也架起了平面投影視圖與實(shí)體之間的橋梁，增強(qiáng)了學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握，有效地培養(yǎng)學(xué)生思維、想象、創(chuàng)造、構(gòu)形的能力。由于這些虛擬的三維實(shí)體的演示效果有時比真實(shí)的三維實(shí)體演示效果還要清楚。學(xué)生接受起來比較容易，因此可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，不至于對學(xué)習(xí)產(chǎn)生恐懼和厭煩。

在機(jī)械制圖的教學(xué)中，各個基本形體之間的交線（相貫線或截交線）形成與繪制，是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，通常學(xué)生們很難想象出這些相貫線或截交線是如何形成又如何表達(dá)。這時也需要利用三維模型來輔助他的思維過程。利用Pro/E在計算機(jī)上進(jìn)行三維建模時，就自然而然地完成各個形體的相貫和截交。整個過程都自動完成，直觀而又方便。

三維建模完成后，Pro/E能夠很方便地生成二維工程圖。Pro/E中工程圖是模型通過投影生成的平面或者軸側(cè)視圖，而不是像傳統(tǒng)的手工繪圖或者二維CAD用線條畫出來的圖。所以學(xué)生可以通過Pro/E中三維零件圖生成三視圖的過程，比較透徹的理解點(diǎn)、線、面的投影規(guī)律。并在調(diào)節(jié)三視圖時，當(dāng)移動主視圖時，其他兩視圖一起相應(yīng)的移動，而移動其他兩視圖時，俯視圖只能相對于主視圖上下移動，左視圖只能相對于主視圖左右移動。這同時也進(jìn)一步加深了學(xué)生對于主俯視圖“長對正”，主左視圖“高平齊”，俯左視圖“寬相等”這一視圖投影規(guī)律的理解。

1.2 在《機(jī)械零件》和《機(jī)械原理》課程教學(xué)中的作用

在《機(jī)械零件》和《機(jī)械原理》的課程教學(xué)中，我們要求學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)的構(gòu)成、運(yùn)動原理、運(yùn)動狀態(tài)，以及影響運(yùn)動情況的因素等。通過Pro/E的虛擬裝配，可以掌握機(jī)構(gòu)的構(gòu)成，同時通過Pro/E的裝配圖中菜單“分析→全局干涉”，能夠檢查機(jī)構(gòu)是否有干涉發(fā)生。利用Pro/E中運(yùn)動分析模塊，能夠?qū)C(jī)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真的校驗(yàn)，如運(yùn)動仿真顯示、運(yùn)動干涉檢測、運(yùn)動軌跡、速度、加速度等。例如可以通過牛頭刨床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)（圖1）的模擬仿真，可以清楚的看到當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，通過滑塊1帶動連桿左右擺動，使得刨刀沿著固定的軌道作直線運(yùn)動。運(yùn)動時刨刀緩慢向前移動，完成一次工作后，急速回到原來的位置。用傳統(tǒng)的平面圖講解機(jī)械零件或部件時，學(xué)生要靠頭腦想象來完成由平面到立體，由靜態(tài)到動態(tài)的轉(zhuǎn)變。這個想象無疑是比較費(fèi)腦的。而用Pro/E講解時，呈現(xiàn)給學(xué)生就是立體的和動態(tài)的，非常直截了當(dāng)，省卻了好多麻煩。

圖1 牛頭刨床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)的模擬仿真

1.3 在《機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)中的作用

Pro/E中的有限元模塊集靜態(tài)、動態(tài)分析于一體，能夠模擬真實(shí)環(huán)境為模型施加約束及載荷，測算模型的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)、模態(tài)、動態(tài)響應(yīng)、振動等分析：通過指定參數(shù)，能夠在給出變化范圍內(nèi)進(jìn)行敏感度分析，并借助優(yōu)化分析為模型找到最佳參數(shù)。在設(shè)計階段就對設(shè)計模型進(jìn)行優(yōu)化，即時發(fā)現(xiàn)問題，降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)計品質(zhì)。例如通過有限元計算，可以得到如圖2中所示的開式壓力機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖，應(yīng)力云圖清楚形象地表達(dá)了應(yīng)力分布情況。

圖2 機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

2 Pro/E在提高專業(yè)實(shí)踐技能中的作用

在模具專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課結(jié)束以后，就應(yīng)該進(jìn)行模具專業(yè)實(shí)踐技能的培訓(xùn)。最好的方法是每個同學(xué)都設(shè)計和制造數(shù)副模具。但是現(xiàn)有的設(shè)備、資金和時間，很難保證每個同學(xué)都有這樣的機(jī)會。這時候，就可以運(yùn)用Pro/E的模具設(shè)計和NC加工功能來進(jìn)行模擬。

2.1 模具設(shè)計3個模塊的應(yīng)用

在設(shè)計塑料模具時，學(xué)生可以運(yùn)用Pro/E軟件中與注射模具設(shè)計有關(guān)的3個模塊，即模具設(shè)計模塊（Pro/MOLDESIGN）、模座設(shè)計模塊（ExpertMoldbase Extension，簡稱EMX）和塑料顧問（PlasticAdvisor）模塊。

（1）運(yùn)用模具設(shè)計模塊（Pro/MOLDESIGN）。學(xué)生可以創(chuàng)建、修改和分析模具元件及其組件（模仁），并可根據(jù)設(shè)計模型中的變化，對其快速更新。還可以設(shè)置注塑零件的收縮率，收縮率的大小與注塑零件的材料特性、幾何形狀和制模條件相對應(yīng)。對一個型腔或多型腔模具進(jìn)行概念性設(shè)計。對模具型腔、型芯、型腔嵌入塊、砂型芯、滑塊、提升器和定義模制零件形狀的其他元件進(jìn)行設(shè)計。在模具組件中添加標(biāo)準(zhǔn)元件，例如模具基礎(chǔ)、推銷、注入口套管、螺釘（栓）、配件和創(chuàng)建相應(yīng)間隙孔用的其他元件。設(shè)計注射流道和水線。拔模檢測（Draft Check）、分型面檢查（Parting Surface Check）等分析工具。

（2）運(yùn)用模座設(shè)計模塊（EMX）。學(xué)生可以將模具元件直接裝配到標(biāo)準(zhǔn)或是定制的模座中，對整個模具進(jìn)行更完全、更詳細(xì)的設(shè)計，從而大大地縮短模具的研發(fā)時間。該模塊提供大量標(biāo)準(zhǔn)的模座、滑塊和斜銷等附件?？蛇M(jìn)行開模操作的動態(tài)仿真，并進(jìn)行干涉檢查。

（3）運(yùn)用塑料顧問（Plastic Advisor）模塊。通過學(xué)生簡單的設(shè)定，系統(tǒng)將自動進(jìn)行塑料射出成形的模流分析，于是學(xué)生在模具設(shè)計階段，就可對模具進(jìn)行制件澆口位置分析、成型工藝條件分析、塑料流動分析、冷卻質(zhì)量分析以及縮痕分析，便于及早發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計。

2.2 加工模塊（Pro/ENC）的加工模擬

模具零件設(shè)計出來后，就可以進(jìn)行加工，比如凹模型腔需要數(shù)控銑床加工。在數(shù)控銑床數(shù)量不足的情況下，也可以用Pro/E的加工模塊（Pro/ENC）進(jìn)行加工模擬。利用Pro/ENC生成數(shù)控加工程序的過程和實(shí)際產(chǎn)品加工過程的流程相似，如要定義機(jī)床、定義夾具、定義加工坐標(biāo)系、定義起始點(diǎn)和返回點(diǎn)、定義加工材料、定義退刀平面、設(shè)置加工刀具、設(shè)置加工工藝參數(shù)、選擇加工區(qū)域、定制刀具路徑、最后利用檢測模塊模擬刀具的運(yùn)動過程，觀察實(shí)際加工時的切削狀況，預(yù)測誤差及檢查過切，并根據(jù)它來修改相應(yīng)的操作過程，減少廢料的產(chǎn)生，避免加工失敗，實(shí)現(xiàn)加工流程最佳化的目的。

通過上述步驟的設(shè)計和加工模擬，就可以加深學(xué)生對模具設(shè)計理論的理解，增強(qiáng)了學(xué)生對數(shù)控加工工藝的掌握，提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)用知識的能力。

3 結(jié)束語

運(yùn)用Pro/E軟件功能，進(jìn)行模具專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的輔助教學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐，可以提高學(xué)生的空間想象能力和對課程內(nèi)容的理解和掌握，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，也因此能極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。同時，在客觀條件不足的情況下，可運(yùn)用Pro/E軟件功能來模擬和代替部分模具設(shè)計與制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)，提高教學(xué)效率，提高學(xué)生的實(shí)踐技能。但運(yùn)用Pro/E軟件功能來模擬模具設(shè)計與制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)時，也存在一些缺點(diǎn)，例如利用Pro/E的裝配模塊來進(jìn)行模具的虛擬裝配時，沒有包含模具裝配的工藝知識以及缺少真實(shí)裝配時的手感。另外在大量把Pro/E軟件功能運(yùn)用于模具教學(xué)過程中，要防止學(xué)生出現(xiàn)重視三維而輕視二維，以及重視軟件學(xué)習(xí)輕視理論學(xué)習(xí)的傾向。

[1]林清安.Pro/ENGINEER零件設(shè)計基礎(chǔ)編Wildfire[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]林清安.Pro/ENGINEER零件設(shè)計進(jìn)階編Wildfire[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3]徐國斌.Pro/ENGINEERWildfire在企業(yè)中的實(shí)施與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]祝凌云.Pro/ENGINEER運(yùn)動仿真和有限元分析[M].北京：人民郵電出版社，2004

[5]馮如設(shè)計在線.Pro/ENGINEER野火版3.0數(shù)控加工從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2008.