PRO/E軟件在《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用

趙歆

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300191）

PRO/E軟件在《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用

趙歆

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300191）

針對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)要求和特點(diǎn)，應(yīng)用Pro/E軟件可以優(yōu)化教學(xué)過程，加大授課信息量，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲和自信心，取得更好的教學(xué)效果。

PRO/E軟件；機(jī)械設(shè)計(jì)；多媒體；立式數(shù)控磨床主傳動(dòng)系統(tǒng)

《機(jī)械設(shè)計(jì)》是工科院校機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)的主干課程。該課程涉及知識(shí)面廣，信息量大，要求以一定的理論為基礎(chǔ)，廣泛聯(lián)系工程實(shí)際，例如螺栓組聯(lián)接，各種傳動(dòng)、軸、軸承組合，聯(lián)軸器、離合器的選擇、應(yīng)用、維護(hù)與保養(yǎng)等等。該課程的理論性很強(qiáng)、很抽象，但學(xué)生的抽象思維尤其是空間思維能力不夠發(fā)達(dá)，如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教師需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力在黑板上繪制圖形、進(jìn)行公式推導(dǎo)，還容易造成“看起來具體，聽起來費(fèi)解”，學(xué)生也會(huì)感覺十分枯燥難懂，教學(xué)效果不佳。

隨著計(jì)算機(jī)的普及，多媒體教學(xué)手段在課堂中的使用已非常普遍。如果在本課程授課過程中采用Pro/E軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，可以把與課程相關(guān)的文本、圖形、圖像等相關(guān)資料集中在一起，隨時(shí)切換、調(diào)用，將抽象的理論知識(shí)形象化，可有效擴(kuò)充教學(xué)信息，使知識(shí)結(jié)構(gòu)更加緊湊，還能啟發(fā)學(xué)生的思考積極性，發(fā)展學(xué)生的形象思維，增加吸引力，從而使學(xué)生更加全面、深刻地理解和掌握機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)。

Pro/E軟件簡(jiǎn)介

Pro/ENGINEER（簡(jiǎn)稱Pro/E）是美國(guó)參數(shù)化公司（PTC）的三維CAD/CAM軟件系統(tǒng)，它采用近幾年CAD方面的一些先進(jìn)理論，并采用先進(jìn)的、基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，使設(shè)計(jì)工作十分靈活和簡(jiǎn)便。在產(chǎn)品信息模型方面，Pro/E把所有的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，提供了所有工程項(xiàng)目之間的全關(guān)聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM的有機(jī)集成。還可以同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行并行的設(shè)計(jì)工作，從而能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。

參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 Pro/E是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)。設(shè)計(jì)人員可采用具有智能特性的、基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型，使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)易靈活。

單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/E建立在統(tǒng)一基層的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作。換言之，整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。

PRO/E建模功能介紹 Pro/E的建模功能是行為建模技術(shù)及參數(shù)化技術(shù)相互滲透的結(jié)晶。這里所謂的參數(shù)化是指對(duì)零件的各種特征施加各種約束形式，各個(gè)特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示。

根據(jù)此特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)基于特征的全尺寸約束以及全數(shù)據(jù)相關(guān)和尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改，這使得Pro/E與其他沒有應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)的CAD軟件在建模設(shè)計(jì)思想上有本質(zhì)的區(qū)別。所以，在應(yīng)用Pro/E建模時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）找到適當(dāng)?shù)奶卣饕宰鳛樘卣黩?qū)動(dòng)（例如：槽、倒角、腔、殼等）；（2）盡量通過零件的特征值之間，約束/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)；（3）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng)）。

Pro/E軟件在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

（一）立式數(shù)控磨床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要零件及特征

數(shù)控磨床主傳動(dòng)系統(tǒng)由多個(gè)零件組成。根據(jù)Pro/E建?；谔卣鞯奶攸c(diǎn)，在建模時(shí)需要抓住零件相應(yīng)的特征才能正確建立零件三維實(shí)體模型。下面對(duì)有代表性的零件的特征進(jìn)行說明，如表1所示。判斷出組成零件的相應(yīng)特征之后便可以利用Pro/E軟件創(chuàng)建特征。在創(chuàng)建基礎(chǔ)特征的過程中，對(duì)特征的草繪截面需要施加全尺寸約束，應(yīng)使特征的約束尺寸等于確定形狀所要求的尺寸。創(chuàng)建完基礎(chǔ)特征后再根據(jù)具體要求創(chuàng)建工程特征，最后完成三維模型的建立。

圖1 Pro/E建模示意圖

表1 部分零件特征表

（二）建立標(biāo)準(zhǔn)化零件庫(kù)

所謂的系列化是指通過對(duì)同一類產(chǎn)品發(fā)展規(guī)律的分析、研究以及對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，結(jié)合本國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)條件，經(jīng)過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，對(duì)產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等特性做出的合理安排與規(guī)劃，同時(shí)對(duì)同一類產(chǎn)品中的一組產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的一種形式。而表示產(chǎn)品特性的數(shù)值為產(chǎn)品參數(shù)，產(chǎn)品參數(shù)是產(chǎn)品性能或技術(shù)特征的標(biāo)志，是選擇或確定產(chǎn)品使用范圍，規(guī)格尺寸的基本依據(jù)。

產(chǎn)品參數(shù)按其特性可分為工況參數(shù)和幾何尺寸參數(shù)兩種。工況參數(shù)指表示產(chǎn)品的工作狀況或性能特征的參數(shù)，如載荷、功率、容量、轉(zhuǎn)速和壓力等。幾何尺寸參數(shù)指表示產(chǎn)品的重要幾何尺寸的參數(shù)。在一個(gè)產(chǎn)品的若干參數(shù)中，表示產(chǎn)品重要性能特性的參數(shù)稱為主參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)的功率、起重機(jī)的起重量、車床的最大加工直徑和長(zhǎng)度等。

產(chǎn)品的工況參數(shù)與幾何尺寸參數(shù)之間，主參數(shù)與其他參數(shù)之間，一般存在某種內(nèi)在聯(lián)系。通過理論推算或試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)這種聯(lián)系的規(guī)律性，有的還可以用某種函數(shù)關(guān)系來標(biāo)志，這對(duì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的相似設(shè)計(jì)（通過設(shè)計(jì)少數(shù)典型產(chǎn)品，然后按相似關(guān)系設(shè)計(jì)出整個(gè)系列的產(chǎn)品）有重要意義。

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)的過程如下：（1）選擇主參數(shù)和基本參數(shù)。選擇主參數(shù)的原則： A.主參數(shù)應(yīng)能反映產(chǎn)品的基本特性；B.主參數(shù)應(yīng)是產(chǎn)品中最穩(wěn)定的參數(shù)；C.應(yīng)從方便使用出發(fā)優(yōu)先選性能參數(shù)，其次選機(jī)構(gòu)參數(shù)。（2）確定主參數(shù)和基本參數(shù)的上下限。確定上下限，就是確定參數(shù)系列的最大、最小值。這個(gè)數(shù)值范圍，一般要通過對(duì)國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、質(zhì)量水平以及同類產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用情況作周密的分析后才能確定。（3）確定參數(shù)系列。主要是確定在上下限之間的參數(shù)如何分檔、分級(jí)，整個(gè)系列安排多少檔，檔與檔之間選用怎樣的公比等等。

圖2 模型系列化設(shè)計(jì)過程圖

Pro/E是參數(shù)化CAD/CAM軟件，所有的特征由參數(shù)和約束作為驅(qū)動(dòng)，所以從中可以很容易地選出主參數(shù)和基本參數(shù)并建立參數(shù)關(guān)系，利用Pro/E可以簡(jiǎn)易快捷地完成系列化設(shè)計(jì)。

總之，多媒體課件和PRO/E軟件有機(jī)結(jié)合起來的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教學(xué)，不需要真正的硬件環(huán)境和實(shí)際資源。在對(duì)立式數(shù)控磨床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，PRO/E有效地建立起了三維模型，可以在課堂上直接進(jìn)行效果演示，使設(shè)計(jì)效果更加直觀易懂，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教師教起來輕松，學(xué)生學(xué)起來愉悅，提高了課堂的教學(xué)效率。

[1]王樹偉，田蕾.Pro/ENGINEER Wildf-ire3.0結(jié)構(gòu)、熱、運(yùn)動(dòng)分析基礎(chǔ)與典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008:1-182.

[2]陳曉波，熊光楞，柴旭東.仿真在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2002，（8）：1034-1039.

[3]彭衛(wèi)東，吳志偉.虛擬制造技術(shù)在模具設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008，（5）.

2010全國(guó)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教育”論壇在天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)召開

11月13日，2010全國(guó) “虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教育”論壇在天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)隆重召開。本次論壇由中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)職教師資專業(yè)委員會(huì)和天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)共同主辦，由天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)信息技術(shù)工程學(xué)院承辦，主題為“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓職業(yè)教育更精彩”。

出席論壇的專家有天津市教委科技處處長(zhǎng)林列、天津大學(xué)孫濟(jì)洲教授、大連海事大學(xué)于雙和教授、中國(guó)教育電視臺(tái)技術(shù)總監(jiān)王濤、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校長(zhǎng)孟慶國(guó)、副校長(zhǎng)苗德華等，與會(huì)的還有天津CBE學(xué)會(huì)全體理事以及來自全國(guó)近110所院校的200余名相關(guān)學(xué)者。會(huì)上，校長(zhǎng)孟慶國(guó)、副校長(zhǎng)苗德華分別致辭講話，林列處長(zhǎng)也發(fā)表重要講話。

此次論壇內(nèi)容充實(shí)，共由8個(gè)報(bào)告組成：孫濟(jì)州教授的《虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用》、于雙和教授的《應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)加快職教現(xiàn)代化》、孟慶國(guó)教授的《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：提高職業(yè)教育質(zhì)量的新契機(jī)》、王濤總監(jiān)的《果實(shí)網(wǎng)（學(xué)習(xí)超市）3D虛擬社區(qū)在職業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用及實(shí)踐》、曼恒數(shù)字科技有限公司高杰經(jīng)理的 《虛擬裝配與虛擬訓(xùn)練》、中視典數(shù)字科技有限公司黎偉經(jīng)理的 《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用》、盧雙盈教授的《職業(yè)教育發(fā)展與信息化問題》、詹青龍副教授的《基于虛擬現(xiàn)實(shí)的培訓(xùn)系統(tǒng)：技術(shù)和案例》。參會(huì)者踴躍提問，與專家積極互動(dòng)，氣氛熱烈。

（本刊編輯部）

G712

A

1672-5727（2010）12-0148-02

趙歆（1979—），女，碩士，天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械自動(dòng)化及制造。