Pro/e,软件在机械设计与制造中的应用
摘要：本文主要介绍了Pro/e 软件的功能以及在机械设计与制造中的应用，并且简要的以该软件在模具设计和模具制造中的应用为例说明Pro/e 软件的重要性。
关键词：Pro/e 软件；机械设计与制造；模具设计与制造
前言
伴随着市场激烈的竞争，机械设计和制造也发生了巨大变化。机械设计和制造的主导地位已经从卖方市场转向买方市场，现在的机械设计和制造应满足客户的需求，这样才能使用市场需求。这种转化在某种程度上增加了设计工作量，是生产制造周期延长。按照传统的设计模式，设计人员往往要在某些问题上花费很多精力却效率很低，并且有的错误设计由于其隐蔽性通常不能及时发现，这样就为生产造成不必要的损失。尤其在诸如推土机、农业机械以及大型挖掘机等产品零部件的设计中，这些运动构件的空间干预问题通常是设计人员的难题，如果我们可以运用计算机三维设计，就可以很有效地解决这些在传统设计模式中不易解决的问题。
目前，市面上应用比较广泛的三维设计软件有很多，主要包括MDT、AutoCAD、以及Pro/e等软件。计算机设计CAD软件的开发，在一定程度上使机械在设计和制造上节约了时间，减少了设计人员的工作量。虽然CAD软件的开发应用已经成为一些企业在产品设计、开发等领域的必备工具，但是，AutoCAD软件在机械设计方面要求设计人员具有较好的空间想象空间，以及结构各方面的尺寸计算能力等等。基于CAD软件的不足，开发人员研发的三维软件Pro/e软件为设计师提供了一个三维设计实体平台。该软件不同于传统的二维软件的设计的枯燥性、空间感以及实体感不足的缺点，用高参数化的设计理念、形象的交互界面以及比较智能化的分析能力，一改传统设计理念，使高效高质开发成为可能，使我们设计更加直观、有效、快捷[1]。因此，Pro/e软件在机械设计以及制造领域的广泛应用可以有效地提高产品的设计质量和效率，并使设计人员的劳动强度降低，
1. Pro/e软件的介绍
Pro/e软件是上世纪美国参数技术公司研发的一种三维工程设计软件，由于三维软件的功能强大，参数化特征成型，使得Pro/e软件在产品零件设计、装配、模具开发产品加工及制造、工业设计、汽车设计制造、玩具等行业得到广泛应用。Pro/e软件是集Pro/Desinger、Pro/M的造型设计和仿真设计于一体的全方位的3D设计软件。可以使设计人员用较短的时间设计开发产品。下面我们就Pro/e软件的特征和主要模块进行简单的介绍。
主要特性：
1.1 全相关性：
所谓全相关性是指Pro/e软件的全部模块是全相关的。这也就是说，如果在开发某种产品时对某处进行更改，就可以扩展到整个产品的设计中，与此同时，诸如包装体、制造数据以及设计图纸等所有工程文档都会更新。由于全相关性在开发周期的任一点进行修改却对设计来说没有一点损失，还可以使并行工程成为可能性，所以Pro/e软件可以实现开发后期的某些功能提前发挥[2]。
1.2 基于特征的参数化造型
Pro/e软件的产品的几何模型的构造要素是以设计人员较为熟悉的特征。而且这些特征都是设计人员较为熟悉的通用机械对象，并且我们可以按照预先设置进行修改。我们通过给在装配、加工、制造和其他学科领域都使用的特征设置参数，然后再通过参数修改，很容易的进行多次设计叠代，从而实现机械产品开发。
1.3 数据管理
为了实现产品尽快投入市场，我们必须在较短的时间内开发最多的产品，为了达到这样的目标，我们需要更多学科的工程师在同一时间对一个产品进行研发。基于此，数据管理模块的研发成功使之成为可能。数据管理模块就是用于管理并行工程中的同一时间进行的所有工作[3]。
1.4 装配管理模式
Pro/e软件可以保证在实现一些直观命令时较容易地把零件装配起来，还可以保持产品设计意图不变。Pro/e软件的高级功能支持大型、复杂装配体的管理以及构造，并且这些装配体中的零件数量不受到约束。Pro/e软件还有一个鲜明的特点就是易于使用，菜单用直观的方式联级出现，并提供逻辑选项以及预先选取的常用选项。
2 Pro/e软件的功能和应用
2.1 Pro/e软件可以直接画出机械零件的三维图
Pro/e软件实现画出三维图形是通过在设计人员画出机械二维图形后，使用该软件把二维截面图进行旋转、拉伸、倒角、放样和布尔运算等操作后形成我们所需要的3D实体模型。这些模型在Pro/e软件界面上可以直接显示，并可以进行尺寸的修改还可以检查结构等方面是否符合设计要求和标准。
2.2 利用Pro/e软件组建设备的三维装配图
设计人员是通过把机械零件组装后，然后形成3D装配图，再通过该软件上的组合键，从任意角度去观察零件抑或装配图的三维视图。并且通过3D装配图，设计人员可以较容易地发觉零件设计的是否合理、规范[4]。假如不合理，或者比例失衡，设计人员可以对其进行及时的修改，这样不仅使零件组装达到合理性、协调性，还可以避免零件出现构造上的干涉，即使出现了干涉，也可以即使修改，使之达到设计规范要求。这比传统的设计方法省力、省时，且效率高。
2.3 Pro/e软件计算零件、组件重量以及表面积
在设计人员完成一个零件或组件后，往往需要确定它的外形尺寸、重量、表面积等，我们利用Pro/e软件就可以很方便地计算出零件或组件的外形尺寸、表面积或重量。
2.4 Pro/e软件生成工程图纸
在生成二维工程图纸前，我们设计人员是在建立了3D实体模型后，利用Pro/e软件对三维实体图进行各个方位的观察，如果图形符合设计要求就可以利用此三维实体模型，在生成三维视图后，设计人员还可以生成任意位置的剖面视图，然后对其进行一些修改和尺寸标注。
2.5 利用Pro/e软件可以生成真实感较强的动画图像
在设计人员完成3D实体模型后，我们可以将该模型和3DMAX等软件结合起来，通过调整灯光布置场景并加以一些材料等，可以生成真实的机器模型动画图像。
另外，我们利用Pro/e软件可以对设计的机械零部件进行动力学以及动力学的分析，通过分析得到每个点的运动学和动力学的参数，并且通过对机械零部件的曲率以及应力挠度进行分析从而得到机械机构的优化设计[5]。
另外，Pro/e软件还建立了统一的且较为完善的数据管理模型。Pro/e软件通过本身的极其强大的统一数据管理和参数设计特点，实现了特征的尺寸驱动与三维实体和二维工程图的双方关联驱动、标准件建立、零部件的组装、动态仿真、实体模型的建模等功能，克服了2D图像不能包含机械产品设计信息的缺点。
3.Pro/e软件3D实体造型的过程
3.1 零件模型的建立
我们以机械中的减速器为例子来说明零件模型的建立。减速器零件包括齿轮、轴、轴承、轴盖以及箱体等。我们在建模时，首先要依据它的结构特点，然后选择合理的建模方法。对于轴以及轴盖等回转件，我们先画出草图，然后使用轮廓回转的方法生成，再通过倒角、键槽部位的布尔运算等得到轴以及轴盖的三维实体模型。我们应根据参数画出齿形草图，再把草图文件调入并对参数进行修改最后得到渐开线齿轮的实体模型。对于箱体，由于其复杂性，我们需要经过多次的草图拉伸和布尔运算。为了在总参数变化时，可以保证所有零件的都能保持正确的几何约束和尺寸，我们必须使用三维参数化技术，因此，我们要建立机械所有零部件的实例图，还要依据零部件的几何形状和相互关系约束条件建立参数关系，使得机械各个零部件间在设计时保持正确的位置关系和约束。
生成了零件的方法有很多种，比如在生成轴时，我们可以使用轮廓回转的方法得到，也可以采用分段拉伸方法得到；对于箱体的形成同样有很多方法，比如可以选取草图不同、布尔运算次序不同等都可以建立箱体的3D实体模型。由于考虑到设计变量的合理性和修改便捷等因素，我们在实际设计时就要选择合理的建模方法。
3.2 零件的装配
对于减速器来说，零件的装配是指把在建模期间的轴、轴盖、齿轮以及轴套等零件的3D模型按照需求经过添加装配约束，放入箱体的3D实体模型中。由于轴和齿轮孔、轴盖和孔的配合、轴承和轴的配合都是轴和孔的配合，所以我们添加的约束应该是插入约束；而键和键槽的约束是表面配合约束。我们在零件的装配时要注意装配的基准的选取要统一。
在所有零件模型装配完成后，我们设计人员就可以利用Info菜单下的模型分析对任意两个零件间的间隙进行干涉检查。通过干涉检查我们可以很精确的测量出零件间的最小缝隙并得到客户所需要的零件组装。此外，我们还可以进行诸如质量特性，计算零件质量、体积、惯性矩等装配分析。设计人员还可以通过把装配后的零件分开，重新设定零件间的相对位置，再次通过模型分析显示零部件间的结构和装配关系，这样来建立零部件的分离图，也就是爆炸图。
3.3 二维工程图的获取
设计人员在零部件的装配设计中，如果确定了零件间的运动关系和给定主动件的运动形式，就可以运用Pro/e软件模拟显示这个机构的运动，再通过动态仿真就可以看出机器每个零部件间的位置约束情况和运动关系的合理性[6]。
上述简要叙述了减速器3D实体模型的具体步骤，机械设计和制造中的其他产品的建模过程同样可以按此步骤进行。我们在设计3D实体模型时，可以和其他软件结合使用，对产品的计算机辅助工程、数据管理、计算机辅助制造等进行运用。以此使机械设计的周期缩短、提高效率，减低设计成本。因Pro/e软件拥有对极其复杂零件的实体模型造型的能力、具有产品装配和干涉检查能力、具有设计分析和数据管理系统的高密集性，我们在机械设计和制造中应大力推广Pro/e软件的应用并使该软件为工程设计做出贡献。
4结语
通过上文的分析和3D实体模型的建立，我们可以清楚的知道Pro/e软件的功能优越性，特别是Pro/e软件在机械设计过程中用此软件进行三维实体模型的设计，最能体现、丰富和完善设计人员的设计意图。通过对所建立的模型进行产品分析，可以高效的获得高质量的设计产品。因此，我们把Pro/e软件应用于机械设计和制造上有助于提高机械产品的设计能力和质量，这也是机械设计和制造发展的大趋势。
参考文献：
[1]李幕.Pro/E软件在机械设计中的应用[J]，2004.
[2]丁锦宏、吴国庆. Pro/E软件在新产品设计中的应用[J]，2006.
[3]何辉、石晶.应用Pro/E软件实现零部件的参数化设计[J]，2004.
[4]关雄朝. Pro/E软件在压膜设计制造中的应用[J]，2006.
[5]陈冰冰、安磊.基于Pro/E软件的模具CAD/CAM技术[J]，2008.
[6]孙英时、孙贵臣.基于Pro/E软件的机械零件三维仿真设计[J]，2008.
作者简介：
叶彦君，（1991.1.6—）男 ，籍贯：福建揭阳，本科生，江汉大学，机械设计制造及其自动化。
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