Pro/E在三維機械設計中的實戰應用

摘 要：Pro/E是Pro/Engineer操作軟件的簡稱，是美國公司參數化公司（PTC）的一款三維建模仿真軟件。在機械設計領域當中，零件結構設計的復雜性，專業性，難易性以及成本等要求決定了對三維建模軟件的選擇。在當今的市場環境下，機械行業結構設計中所運用到的常規建模軟件有Pro/E、Solidworks、AutoCAD、UG、CATIA、Cimatron以及專長于3D打印領域的3Dxpert等等。由于Pro/E在實際設計當中的操作簡易，界面美觀，裝配與仿真靈活，以及可以與國際公認的ANSYS、Abaqus、hyperworks等專業有限元軟件的無縫連接，則被廣泛運用到實際設計當中。本文將以實戰案例的運用來講解Pro/E在三維結構設計中的部分操作技巧及規范。

關鍵詞：掃描;混合;抽殼;拔模;陣列;螺旋掃描

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.119

1 奔馳標志造型

構造分析：奔馳標志是由兩部分構成，一個以三角形為截面旋轉出來的回轉體，三角形截面可以繞圓形軌跡掃描一周而成;一個在回轉體中間鑲嵌的立體三角星，其中下表面是一個標準的三角星，上表面則匯聚到一個點上。

運用技巧：草繪、掃描、混合

（1）在三維界面中首先點擊“草繪”按鈕，按確認;（2）進入二維草繪界面，選取“圓”特征，起點定位在空間坐標原點，繪制直徑為200mm的標準圓;（3）插入“掃描”→“伸出項”命令，選取軌跡為直徑為200mm的標準圓曲線;（4）屬性選擇“無內表面”，進入草繪界面畫出截面三角形特征;（5）預覽，完成;（6）插入“混合”→“伸出項”命令;（7）選擇截面三角形底邊所在平面;（8）屬性選擇“直”進入草繪界面;（9）調用“調色板”功能，草繪“三角星”特征;（10）右擊切換界面，草繪“點”特征;（11）輸入盲孔深度30mm;（12）預覽，完成。

2 方口工藝茶杯設計

構造分析：方口茶杯實際上是一個杯體有一定錐度的開口空心四方體，外加一個手把相貼，其框架可先由拉伸出四方實體，做出四面有錐度傾斜面及中間空心構造，再繪制手把空間軌跡，以圓形截面掃描出手把。

運用技巧：拉伸、拔模、抽殼、掃描

（1）三維界面單擊“拉伸”命令，“放置”→“定義”選取TOP平面進入草繪;（2）繪制邊長為70mm正方形，確認;（3）對稱拉伸，拉伸長度為100mm，確認;（4）三維界面單擊“拔模”命令，選取長方體一側面為拔模曲面，選取頂面為拔模樞軸，拖拉方向選取平行于頂面的TOP面，拔模角度為6度，確認;（5）以此拔模方式依次做出其余三個側面的拔模效果;（6）三維界面單擊“抽殼”命令，選取頂面為抽殼表面，殼厚度為3.5mm，確認;（7）在三維空間構建新的平面，選擇“平面”命令，按下Ctrl鍵選擇模型側邊對角的兩條直線，建立新平面DTM1;（8）在新建平面DM1上“繪制”空間曲線，進去草繪界面;（9）采用“樣條”命令，繪制手把結構曲線，調整弧度，確認;（10）三維界面下“插入”→“掃描”→“伸出項”;（11）選取手把空間曲線，屬性選擇“合并端”，進入草繪截面界面;（12）在空間曲線起點繪制一個直徑為8mm的標準圓，確認;（13）預覽，完成。

3 手柄滾花工藝造型

構造分析：滾花工藝是做在回轉體外表面的增大摩擦系數的加工工藝，實際加工中是采用一對上下分別是左右螺旋的滾子旋轉擠壓而成，而后再經過熱處理加工增加其硬度。

運用技巧：拉伸、螺旋掃描、陣列

（1）三維界面單擊“拉伸”按鈕;（2）點擊“放置”→“定義”→選取TOP平面進入“草繪”界面;（3）以空間坐標原點為圓心，調用“圓”特征繪制一個直徑為30mm的標準圓;（4）拉伸方向選擇左右對稱拉伸，拉伸長度為80mm，完成;（5）以同樣的拉伸方式作出直徑和拉伸長度不同的其他兩個臺階軸，滾花工藝設計在直徑為30mm的標準圓柱外表面上;（6）單擊三維界面中“插入”→“螺旋掃描”→“切口”命令;（7）螺旋方向選擇“右手定則”，草繪平面選取縱切圓柱體的FRONT平面;（8）進入草繪界面，關閉平面顯示，選擇圖形線框顯示;（9） 單擊“草繪”→“參照”命令，選取外圓柱上側棱線及垂直于它的臺階棱線;（10）選取“中心線”命令畫在圓柱對稱中心，與柱體外表面棱線平行;（11）選取“直線”命令，以“參照”中所選的兩條直線相交的交點為起點，依照圓柱上側棱線為標準畫出一條直線軌跡，單擊完成;（12）輸入節距150mm;（13）進入草繪切口界面，自動選取上一步直線軌跡起點區域，選擇“直線”命令在起點區域繪制三角形切口，單擊“法向”命令，設置三角形開口大小為3（切口開口大小不能大于節距）;（14）默認截面內側方向，完成;（15）預覽，完成;（16）以相同方式制作出一條同規格的左旋的螺旋切口;（17）單擊模型樹，同時選取兩條已做好的左右螺旋切口，右擊合成“組”;（18）選取“陣列”，單擊“尺寸”下拉菜單，選取“軸”參照;（19）在模型中打開軸顯示開關，選取圓柱體回轉軸;（20）輸入陣列個數為20，相鄰特征之間角度為18度;（21）預覽，完成。

4 結語

本文通過對三種模型結構的設計構造，運用了拉伸、混合、拔模、抽殼、掃描、螺旋掃描、陣列等操作技巧，充分體現了Pro/E在三維機械設計中的可操作性，界面逼真美觀，操作簡單易上手等強大優勢。運用Pro/E進行三維建模不僅可以提高操作者的設計能力，也同時擴大了設計者結構思維的設計空間，提升設計的效率和直觀性。所以，在教學實訓當中我們應當多注意培養學生的三維軟件的實際操作能力與空間想象能力，讓學生積極的參與到教學實訓活動中， 充分體現學生的主體地位， 學生通過對實際零件建模方法進行分析討論， 培養學生自主的學習和將理論結合實際的能力。

參考文獻：

[1]林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火5.0中文版模具設計基礎入門[M].北京：電子工業出版社，2011.

[2]曾波霞.Pro/E 三維造型設計案例教學法[J].中國新通信，2014，（13）：304-310.

作者簡介：馮少源（1989-），男，碩士，陜西韓城人，助教，主要研究方向：機械結構動力。