PRO/E软件在《机械设计》课程中的应用

赵歆

（天津中德职业技术学院 天津 300191）

PRO/E软件在《机械设计》课程中的应用

赵歆

（天津中德职业技术学院 天津 300191）

针对《机械设计》课程的教学要求和特点，应用Pro/E软件可以优化教学过程，加大授课信息量，调动学生学习的主动性和积极性，增强学生的求知欲和自信心，取得更好的教学效果。

PRO/E软件；机械设计；多媒体；立式数控磨床主传动系统

《机械设计》是工科院校机械制造及自动化专业的主干课程。该课程涉及知识面广，信息量大，要求以一定的理论为基础，广泛联系工程实际，例如螺栓组联接，各种传动、轴、轴承组合，联轴器、离合器的选择、应用、维护与保养等等。该课程的理论性很强、很抽象，但学生的抽象思维尤其是空间思维能力不够发达，如果采用传统的教学方式，教师需要花费大量时间和精力在黑板上绘制图形、进行公式推导，还容易造成“看起来具体，听起来费解”，学生也会感觉十分枯燥难懂，教学效果不佳。

随着计算机的普及，多媒体教学手段在课堂中的使用已非常普遍。如果在本课程授课过程中采用Pro/E软件进行辅助教学，可以把与课程相关的文本、图形、图像等相关资料集中在一起，随时切换、调用，将抽象的理论知识形象化，可有效扩充教学信息，使知识结构更加紧凑，还能启发学生的思考积极性，发展学生的形象思维，增加吸引力，从而使学生更加全面、深刻地理解和掌握机械设计知识。

Pro/E软件简介

Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国参数化公司（PTC）的三维CAD/CAM软件系统，它采用近几年CAD方面的一些先进理论，并采用先进的、基于特征的参数化设计技术，使设计工作十分灵活和简便。在产品信息模型方面，Pro/E把所有的功能模块建立在统一的数据结构上，提供了所有工程项目之间的全关联，真正实现了CAD/CAE/CAM的有机集成。还可以同时对同一产品进行并行的设计工作，从而能提高设计质量和缩短开发周期。

参数化设计和特征功能 Pro/E是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。设计人员可采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型，使设计更加简易灵活。

单一数据库 Pro/E建立在统一基层的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作。换言之，整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

PRO/E建模功能介绍 Pro/E的建模功能是行为建模技术及参数化技术相互渗透的结晶。这里所谓的参数化是指对零件的各种特征施加各种约束形式，各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示。

根据此特点可以实现基于特征的全尺寸约束以及全数据相关和尺寸驱动设计修改，这使得Pro/E与其他没有应用参数化技术的CAD软件在建模设计思想上有本质的区别。所以，在应用Pro/E建模时应注意以下事项：（1）找到适当的特征以作为特征驱动（例如：槽、倒角、腔、壳等）；（2）尽量通过零件的特征值之间，约束/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系进行设计；（3）贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。

Pro/E软件在实际教学中的应用实例

（一）立式数控磨床主传动系统主要零件及特征

数控磨床主传动系统由多个零件组成。根据Pro/E建模基于特征的特点，在建模时需要抓住零件相应的特征才能正确建立零件三维实体模型。下面对有代表性的零件的特征进行说明，如表1所示。判断出组成零件的相应特征之后便可以利用Pro/E软件创建特征。在创建基础特征的过程中，对特征的草绘截面需要施加全尺寸约束，应使特征的约束尺寸等于确定形状所要求的尺寸。创建完基础特征后再根据具体要求创建工程特征，最后完成三维模型的建立。

图1 Pro/E建模示意图

表1 部分零件特征表

（二）建立标准化零件库

所谓的系列化是指通过对同一类产品发展规律的分析、研究以及对国内外产品发展趋势的预测，结合本国的生产技术条件，经过全面的技术经济比较，对产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等特性做出的合理安排与规划，同时对同一类产品中的一组产品进行标准化的一种形式。而表示产品特性的数值为产品参数，产品参数是产品性能或技术特征的标志，是选择或确定产品使用范围，规格尺寸的基本依据。

产品参数按其特性可分为工况参数和几何尺寸参数两种。工况参数指表示产品的工作状况或性能特征的参数，如载荷、功率、容量、转速和压力等。几何尺寸参数指表示产品的重要几何尺寸的参数。在一个产品的若干参数中，表示产品重要性能特性的参数称为主参数，如电动机的功率、起重机的起重量、车床的最大加工直径和长度等。

产品的工况参数与几何尺寸参数之间，主参数与其他参数之间，一般存在某种内在联系。通过理论推算或试验统计，可以发现这种联系的规律性，有的还可以用某种函数关系来标志，这对实现产品的相似设计（通过设计少数典型产品，然后按相似关系设计出整个系列的产品）有重要意义。

对产品进行系列化设计的过程如下：（1）选择主参数和基本参数。选择主参数的原则： A.主参数应能反映产品的基本特性；B.主参数应是产品中最稳定的参数；C.应从方便使用出发优先选性能参数，其次选机构参数。（2）确定主参数和基本参数的上下限。确定上下限，就是确定参数系列的最大、最小值。这个数值范围，一般要通过对国内外的标准，该产品的生产情况、质量水平以及同类产品的生产和使用情况作周密的分析后才能确定。（3）确定参数系列。主要是确定在上下限之间的参数如何分档、分级，整个系列安排多少档，档与档之间选用怎样的公比等等。

图2 模型系列化设计过程图

Pro/E是参数化CAD/CAM软件，所有的特征由参数和约束作为驱动，所以从中可以很容易地选出主参数和基本参数并建立参数关系，利用Pro/E可以简易快捷地完成系列化设计。

总之，多媒体课件和PRO/E软件有机结合起来的《机械设计》教学，不需要真正的硬件环境和实际资源。在对立式数控磨床主传动系统的设计中，PRO/E有效地建立起了三维模型，可以在课堂上直接进行效果演示，使设计效果更加直观易懂，同时也提高了学生的学习兴趣，使教师教起来轻松，学生学起来愉悦，提高了课堂的教学效率。

[1]王树伟，田蕾.Pro/ENGINEER Wildf-ire3.0结构、热、运动分析基础与典型范例[M].北京：电子工业出版社，2008:1-182.

[2]陈晓波，熊光楞，柴旭东.仿真在复杂产品设计中的应用及其面临的挑战[J].系统仿真学报，2002，（8）：1034-1039.

[3]彭卫东，吴志伟.虚拟制造技术在模具设计及制造中的应用[J].机电工程技术，2008，（5）.

2010全国“虚拟现实技术与职业教育”论坛在天津职业技术师范大学召开

11月13日，2010全国 “虚拟现实技术与职业教育”论坛在天津职业技术师范大学隆重召开。本次论坛由中国职业技术教育学会职教师资专业委员会和天津职业技术师范大学共同主办，由天津职业技术师范大学信息技术工程学院承办，主题为“虚拟现实技术，让职业教育更精彩”。

出席论坛的专家有天津市教委科技处处长林列、天津大学孙济洲教授、大连海事大学于双和教授、中国教育电视台技术总监王涛、天津职业技术师范大学校长孟庆国、副校长苗德华等，与会的还有天津CBE学会全体理事以及来自全国近110所院校的200余名相关学者。会上，校长孟庆国、副校长苗德华分别致辞讲话，林列处长也发表重要讲话。

此次论坛内容充实，共由8个报告组成：孙济州教授的《虚拟现实与增强现实技术及其应用》、于双和教授的《应用虚拟仿真技术加快职教现代化》、孟庆国教授的《虚拟现实技术：提高职业教育质量的新契机》、王涛总监的《果实网（学习超市）3D虚拟社区在职业培训中的应用及实践》、曼恒数字科技有限公司高杰经理的 《虚拟装配与虚拟训练》、中视典数字科技有限公司黎伟经理的 《虚拟现实技术在职业教育中的应用》、卢双盈教授的《职业教育发展与信息化问题》、詹青龙副教授的《基于虚拟现实的培训系统：技术和案例》。参会者踊跃提问，与专家积极互动，气氛热烈。

（本刊编辑部）

G712

A

1672-5727（2010）12-0148-02

赵歆（1979—），女，硕士，天津中德职业技术学院讲师，研究方向为机械自动化及制造。