PRO/E軟件在《機械設計》課程中的應用

趙歆

（天津中德職業技術學院 天津 300191）

PRO/E軟件在《機械設計》課程中的應用

趙歆

（天津中德職業技術學院 天津 300191）

針對《機械設計》課程的教學要求和特點，應用Pro/E軟件可以優化教學過程，加大授課信息量，調動學生學習的主動性和積極性，增強學生的求知欲和自信心，取得更好的教學效果。

PRO/E軟件；機械設計；多媒體；立式數控磨床主傳動系統

《機械設計》是工科院校機械制造及自動化專業的主干課程。該課程涉及知識面廣，信息量大，要求以一定的理論為基礎，廣泛聯系工程實際，例如螺栓組聯接，各種傳動、軸、軸承組合，聯軸器、離合器的選擇、應用、維護與保養等等。該課程的理論性很強、很抽象，但學生的抽象思維尤其是空間思維能力不夠發達，如果采用傳統的教學方式，教師需要花費大量時間和精力在黑板上繪制圖形、進行公式推導，還容易造成“看起來具體，聽起來費解”，學生也會感覺十分枯燥難懂，教學效果不佳。

隨著計算機的普及，多媒體教學手段在課堂中的使用已非常普遍。如果在本課程授課過程中采用Pro/E軟件進行輔助教學，可以把與課程相關的文本、圖形、圖像等相關資料集中在一起，隨時切換、調用，將抽象的理論知識形象化，可有效擴充教學信息，使知識結構更加緊湊，還能啟發學生的思考積極性，發展學生的形象思維，增加吸引力，從而使學生更加全面、深刻地理解和掌握機械設計知識。

Pro/E軟件簡介

Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國參數化公司（PTC）的三維CAD/CAM軟件系統，它采用近幾年CAD方面的一些先進理論，并采用先進的、基于特征的參數化設計技術，使設計工作十分靈活和簡便。在產品信息模型方面，Pro/E把所有的功能模塊建立在統一的數據結構上，提供了所有工程項目之間的全關聯，真正實現了CAD/CAE/CAM的有機集成。還可以同時對同一產品進行并行的設計工作，從而能提高設計質量和縮短開發周期。

參數化設計和特征功能 Pro/E是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統。設計人員可采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型，使設計更加簡易靈活。

單一數據庫 Pro/E建立在統一基層的數據庫上，不像一些傳統的CAD/CAM系統建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作。換言之，整個設計過程的任何一處發生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環節上。

PRO/E建模功能介紹 Pro/E的建模功能是行為建模技術及參數化技術相互滲透的結晶。這里所謂的參數化是指對零件的各種特征施加各種約束形式，各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數的方式來表示。

根據此特點可以實現基于特征的全尺寸約束以及全數據相關和尺寸驅動設計修改，這使得Pro/E與其他沒有應用參數化技術的CAD軟件在建模設計思想上有本質的區別。所以，在應用Pro/E建模時應注意以下事項：（1）找到適當的特征以作為特征驅動（例如：槽、倒角、腔、殼等）；（2）盡量通過零件的特征值之間，約束/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系進行設計；（3）貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。

Pro/E軟件在實際教學中的應用實例

（一）立式數控磨床主傳動系統主要零件及特征

數控磨床主傳動系統由多個零件組成。根據Pro/E建模基于特征的特點，在建模時需要抓住零件相應的特征才能正確建立零件三維實體模型。下面對有代表性的零件的特征進行說明，如表1所示。判斷出組成零件的相應特征之后便可以利用Pro/E軟件創建特征。在創建基礎特征的過程中，對特征的草繪截面需要施加全尺寸約束，應使特征的約束尺寸等于確定形狀所要求的尺寸。創建完基礎特征后再根據具體要求創建工程特征，最后完成三維模型的建立。

圖1 Pro/E建模示意圖

表1 部分零件特征表

（二）建立標準化零件庫

所謂的系列化是指通過對同一類產品發展規律的分析、研究以及對國內外產品發展趨勢的預測，結合本國的生產技術條件，經過全面的技術經濟比較，對產品的主要參數、型式、尺寸、基本結構等特性做出的合理安排與規劃，同時對同一類產品中的一組產品進行標準化的一種形式。而表示產品特性的數值為產品參數，產品參數是產品性能或技術特征的標志，是選擇或確定產品使用范圍，規格尺寸的基本依據。

產品參數按其特性可分為工況參數和幾何尺寸參數兩種。工況參數指表示產品的工作狀況或性能特征的參數，如載荷、功率、容量、轉速和壓力等。幾何尺寸參數指表示產品的重要幾何尺寸的參數。在一個產品的若干參數中，表示產品重要性能特性的參數稱為主參數，如電動機的功率、起重機的起重量、車床的最大加工直徑和長度等。

產品的工況參數與幾何尺寸參數之間，主參數與其他參數之間，一般存在某種內在聯系。通過理論推算或試驗統計，可以發現這種聯系的規律性，有的還可以用某種函數關系來標志，這對實現產品的相似設計（通過設計少數典型產品，然后按相似關系設計出整個系列的產品）有重要意義。

對產品進行系列化設計的過程如下：（1）選擇主參數和基本參數。選擇主參數的原則： A.主參數應能反映產品的基本特性；B.主參數應是產品中最穩定的參數；C.應從方便使用出發優先選性能參數，其次選機構參數。（2）確定主參數和基本參數的上下限。確定上下限，就是確定參數系列的最大、最小值。這個數值范圍，一般要通過對國內外的標準，該產品的生產情況、質量水平以及同類產品的生產和使用情況作周密的分析后才能確定。（3）確定參數系列。主要是確定在上下限之間的參數如何分檔、分級，整個系列安排多少檔，檔與檔之間選用怎樣的公比等等。

圖2 模型系列化設計過程圖

Pro/E是參數化CAD/CAM軟件，所有的特征由參數和約束作為驅動，所以從中可以很容易地選出主參數和基本參數并建立參數關系，利用Pro/E可以簡易快捷地完成系列化設計。

總之，多媒體課件和PRO/E軟件有機結合起來的《機械設計》教學，不需要真正的硬件環境和實際資源。在對立式數控磨床主傳動系統的設計中，PRO/E有效地建立起了三維模型，可以在課堂上直接進行效果演示，使設計效果更加直觀易懂，同時也提高了學生的學習興趣，使教師教起來輕松，學生學起來愉悅，提高了課堂的教學效率。

[1]王樹偉，田蕾.Pro/ENGINEER Wildf-ire3.0結構、熱、運動分析基礎與典型范例[M].北京：電子工業出版社，2008:1-182.

[2]陳曉波，熊光楞，柴旭東.仿真在復雜產品設計中的應用及其面臨的挑戰[J].系統仿真學報，2002，（8）：1034-1039.

[3]彭衛東，吳志偉.虛擬制造技術在模具設計及制造中的應用[J].機電工程技術，2008，（5）.

2010全國“虛擬現實技術與職業教育”論壇在天津職業技術師范大學召開

11月13日，2010全國 “虛擬現實技術與職業教育”論壇在天津職業技術師范大學隆重召開。本次論壇由中國職業技術教育學會職教師資專業委員會和天津職業技術師范大學共同主辦，由天津職業技術師范大學信息技術工程學院承辦，主題為“虛擬現實技術，讓職業教育更精彩”。

出席論壇的專家有天津市教委科技處處長林列、天津大學孫濟洲教授、大連海事大學于雙和教授、中國教育電視臺技術總監王濤、天津職業技術師范大學校長孟慶國、副校長苗德華等，與會的還有天津CBE學會全體理事以及來自全國近110所院校的200余名相關學者。會上，校長孟慶國、副校長苗德華分別致辭講話，林列處長也發表重要講話。

此次論壇內容充實，共由8個報告組成：孫濟州教授的《虛擬現實與增強現實技術及其應用》、于雙和教授的《應用虛擬仿真技術加快職教現代化》、孟慶國教授的《虛擬現實技術：提高職業教育質量的新契機》、王濤總監的《果實網（學習超市）3D虛擬社區在職業培訓中的應用及實踐》、曼恒數字科技有限公司高杰經理的 《虛擬裝配與虛擬訓練》、中視典數字科技有限公司黎偉經理的 《虛擬現實技術在職業教育中的應用》、盧雙盈教授的《職業教育發展與信息化問題》、詹青龍副教授的《基于虛擬現實的培訓系統：技術和案例》。參會者踴躍提問，與專家積極互動，氣氛熱烈。

（本刊編輯部）

G712

A

1672-5727（2010）12-0148-02

趙歆（1979—），女，碩士，天津中德職業技術學院講師，研究方向為機械自動化及制造。