Pro/ENGINEER在曲面體設計中的應用

（云南廣播電視大學 機電工程學院，云南 昆 明 6 50223）

Pro/ENGINEER系統是美國參數公司（PTC公司：Parametric Technology Corporation）開發的軟件，是當今世界著名的三維CAD/CAM/CAE軟件系統，廣泛應用用于機械、電子、航空航天、產品設計、磨具設計等各行各業。Pro/E功能強大，融合了零件設計，大型組件裝配，磨具開發，加工，鈑金件設計，鑄造件設計，造型設計，自動測量，機構仿真設計，有限元分析，數據庫管理，電纜布線以及印刷線路板設計等功能于一體[1]。其中最擅長的是實體造型，加工以及大型組件裝配，管理和磨具結構設計，這些方面的應用在全球都得到普及并且擁有極大的優勢。

1 曲面特征

曲面是構建復雜模型最重要的一個組成部分，曲面技術的發展為創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建比較復雜的表面輪廓，這時曲面的創建復雜表面功能的強大就顯現出來了。在現代設計中，一些高、精、尖產品領域里，如飛機、輪船、汽車的外觀設計，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，常見的設計思路是首先用多種手段創建一組曲面，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，它是沒有質量和厚度的特征，這也是與實體特征的最大區別所在，從創建方法來講，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建實體特征，又可以創建基本曲面特征。

1.1 創建基本曲面特征

創建曲面特征的方法和創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、掃描、混合等常用三維實體建模工具進行創建的曲面特征[2]。

在繪圖區中，曲面特征創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，不僅創建實體的工具，可以用來創建曲面特征，而且曲面還有獨特的創建方法。這些新的創建方法為設計人員設計出結構合理、工藝性強和生產便利的產品帶來了很大的方便，縮短了產品的周期。

1.2 編輯曲面特征

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

1.3 Pro/E可以改善產品的設計方法、縮短產品的開發周期

Pro/E為設計人員提供的協同工作環境極大地改進了產品的設計過程，可以使設計人員在設計過程中并行工作。協同工作的環境可以使設計人員在產品開發的全過程相互保持聯系，以確保與產品開發的所有的設計人員均使用統一的產品設計數據，從而保證產品數據的一致性[3]。

2 曲面體設計舉例

下面我們以茶壺設計為例，對曲面實體建模進行介紹。首先分析該零件的結構由哪些主要特征組成，即壺身旋轉曲面特征、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成。其設計步驟如下：

（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”按鈕，或在菜單欄中選擇插入“旋轉”命令，激活旋轉特征；系統彈出旋轉特征面板后，選擇“曲面”按鈕，創建一個旋轉曲面，進入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。在旋轉操控欄中輸入旋轉角度為360°單擊完成按鈕，完成旋轉曲面。

圖2 旋轉曲面的截面圖像

（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建壺嘴，如圖4所示。然后，通過壺底的平面來創建壺底，單擊“平面特征”按鈕，系統彈出對話框，在圖形中選擇壺底的圓形并進行對話框設置，創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勢，并且具有參數化設計、三維實體模型、特征驅動和單一數據庫功能等特征。

該軟件全部內容包括40多個模塊：機械設計、機械制造、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，從機械設計、結構分析到機械零件加工實現一條龍。將設計好的零件直接送到數控機床加工，省去出圖環節，從設計到零件加工周期很短。

3 結束語

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

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

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

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

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

[4]鄒玉堂，路慧彪，原 彬.Pro/ENGINEER使用教程[M].北京：機械工業出版社，2005.