Pro/E培训

Pro/E软件介绍

Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。与其他同类三维软件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点：

（1）基于特征的（Feature-Based）　Pro/ENGINEER是一个基于特征的（Feature-Based）实体模型建模工具，利用每次个别建构区块的方式构建模型。设计者根据每个加工过程，在模型上构建一个单独特征。特征是最小的建构区块，若以简单的特征建构模型，在修改模型时，更有弹性。（2）关联的（Associative）通过创建零件、装配、绘图等方式，可利用Proe/ENGINEER验证模型。由于各功能模块之间是相互关联的，如果改变装配中的某一零件，系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。（3）参数化（Parametric）　　Pro/ENGINEER为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。如果某一特征参考到其他特征时，特征之间即产生父/子（parent/child）关系。　（4）构造曲面（surface）复杂曲面的生成主要有三种方法：1）由外部的点集，生成三维曲线，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2）直接输入由Pro/desinger（造型设计）产生的曲面。3）利用import（输入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，输入由其他软件或三维测量仪产生的曲面。（5）在装配图中构建实体根据已建好的实体模型，在装配（component）中，利用其特征（平面，曲面或轴线）为基准，直接构建（Create）新的实体模型。这样建立的模型便于装配，在系统默认（default）状态下，完成装配。如图2所示，电饭煲的内锅是在装配图中，以外锅体的轴线为基准，完成设计。

图1产品设计流程图

图2 电饭锅外观示意

二、软件在产品开发过程中的应用

1．产品外观造型设计

在产品进行设计之前，首先要搞清楚利用软件进行设计的步骤或流程。使用Pro/E一般要遵循图1所示的流程。　　下面以电饭煲的外观设计为例，如图2所示，阐述造型的大致过程：

（1）确定产品的基本结构<BR>   分析产品的基本结构，确定将产品分为几部分，根据产品的特征，建立特征曲线；使用pro/E可接受的造型方法，构建产品的主体轮廓。如图2所示，可将电饭煲分为三部分：锅盖总成、按键总成、锅体总成构成。在设计时，可先将锅盖、锅体、按键作为一体来考虑，设计完成后，用分模的方法分为三部分，按键的形状及装配位置要同锅体的曲面配合；因此，该产品应按照锅盖部分、锅体部分、按键部分的顺序进行设计。

（2）建模按照Pro/E建模的规则，使用各种适当的建模方法，建立主体模型。其设计思路是由简到繁，由基本到复杂。复杂的几何体都是由一个简单的几何特征组合构成的。如电饭煲的整机部分分解设计过程如图3所示。

图3 电饭锅整体部分分解设计

（3）修剪曲面<BR>　　使用surface菜单下的各种选项，如merge（融合曲面，包括：join（连接）、intersect（相交）、trim（修剪曲面）、extend（延伸曲面）等，对曲面进行修剪、编辑，完成模型的初步设计。

（4）曲面检测<BR>　　检查曲面光滑度、曲率变化的连续性等项目，来确认曲面是否符合设计要求。一般情况下，对曲面进行渲染render或shading处理，通过visibility（可见度）、transparency（透明度）、light（灯光设置）等手段，产生高清晰度的曲面，判断曲面的光滑性。此外，还可以用Analysis-Surface  analysis工具，对曲面的最小曲率半径、最大曲率半径、高斯曲率（Gauss curvature）等项目进行检测，从曲率图表、彩色图象的颜色变化，可以直观地了解曲面的光滑性，如图4所示。如果曲面的外观质量不符和设计要求，可以修改曲面的参数，以得到效果符合要求的曲面。由于Pro/E软件的基本特征之一就是参数化，通过改变参数实现曲面的变化是很容易的。

图4 曲面光滑性检测

（5）圆顺边角

在建立CAD模型时，特征与特征之间存在父/子关系，如果增加特征或修改特征，则会引起边、面的改变，从而导致圆角特征失败。因此，边、面的圆角或光滑过度一般在模型设计的后期进行。Pro/E提供强大的圆角功能，可以完成单一边界、多边界，单一半径、变半径的圆角。此外利用软件提供的Andvanced Round（高级圆角功能），通过指定圆角的形式、圆角相交时截面的形状，可达到圆顺部分不同的外观效果，是区别于其他三维软件的特色之一。在实际使用过程中，笔者发现倒圆角有一定的先后顺序，遵循由大到小、先凹后凸的原则，一般可获得成功。如果产生失败，采用改变圆角顺序、Boundary（边界曲面）和特征结合使用的方法，往往能得到满意的效果。　

2．产品结构建模　首先要生成壁厚，在外观设计的基础上，有两种产生壁厚的方法：1）如果外观设计产生的是实心体，使用（抽壳）功能，产生等或不等的壁厚。2）如果外观设计产生的是曲面，使用偏移曲面片的方法，产生均匀壁厚。然后根据产品的内部结构、添加特征，如填料（Protrusion）、切除（Cut）、加强筋（Rib）、孔（Hole）等，逐步完成模型的设计。 3．动态仿真该功能是由软件自带的机构模块实现的。机构模块（Mechanisms）主要有两大功能：定义机构和机构仿真运动。由此可见，该模块主要应用于产品结构检测及仿真设计。产品各零件之间的装配关系，可使用仿真模块模拟实际操作。它可快速、准确地检测零部件的干涉、物理特征，模拟使用产品的操作过程，直观显示存在问题的区域及相关的零部件，指导设计者直接、快速地修改模型，从而缩短修改时间，提高设计效率。如图5所示，a为原始位置，b为转过一定角度的位置。

图5 电饭锅上盖与锅体间隙配合示意

三、软件在产品开发后期的应用　

1．生成工程图　

Pro/E可以用来实现基于实体建模的工作流程而生成工程图纸，用户可以轻松地生成和保存2D工程图纸，由于工程图纸和3D零件动态连接，因此当用户修改生成视图的3D模型时，零件视图、尺寸和注释等都自动更新，节约了图纸管理和维护的时间。2．演示市场销售 Pro/E的渲染工具可帮助用户以真实的照片有效地交流其设计。用户完成的高质量的零件、装配图、装配爆炸效果图，可用于演示、设计检查、市场销售、制作说明书等用途。最直观的 Pro/E 抛弃传统 CAD/CAM 软件中的线框和表面模型，而直接签于 3D 实体。这使我们的设计环境完全从 2D 或 2D 与 3D 混合状态上升为纯 3D 模式。产品或模具的描述信息变得更加完整，概念更加清晰，更易于抓住设计意图。设计质量和速度也大大提高，尤其是结合快速原型技术，可以大大缩短产品设计生产上市周期。总之，随着 Pro/E 的不断完善和发展，越来越多的问题将被解决，越来越多的理想将变为现实。 Pro/E 的魅力将更多地体现为生产力水平的极大提高。