Pro/E軟件用于機(jī)械專業(yè)課程的輔助教學(xué)

盧敏+雷新安

【摘要】通過對Pro/E軟件的介紹，探討其在機(jī)械專業(yè)課教學(xué)中的實(shí)際運(yùn)用方法，例如將Pro/ENGINEER三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類課程教學(xué)及實(shí)踐性環(huán)節(jié)，建立三維模型，進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫演示和運(yùn)動(dòng)特性分析，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，更好的完成教學(xué)工作。

【關(guān)鍵詞】Pro/E ； 機(jī)械專業(yè) ； 輔助 ； 教學(xué)

【中圖分類號】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號】2095-3089（2015）2-0016-02

一、Pro/E軟件的基本功能介紹

計(jì)算機(jī)和先進(jìn)制造技術(shù)的高速發(fā)展，使得三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的核心內(nèi)容，各種數(shù)控加工機(jī)械以及相關(guān)三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 因此在教學(xué)實(shí)踐中。找到一種既具有先進(jìn)性，又體現(xiàn)創(chuàng)新性的手段.培養(yǎng)和進(jìn)步學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力是目前的迫切任務(wù)。將Pro/ENGINEER三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類課程教學(xué)及實(shí)踐性環(huán)節(jié)，建立三維模型，進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫演示和運(yùn)動(dòng)特性分析，可以明顯進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，全面進(jìn)步學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力。

Pro/E 軟件是美國PTC公司推出的大型CAD/CAM/CAE一體化軟件。無論是造型設(shè)計(jì)、工程出圖，以及3D裝配等方面，Pro/E 軟件都具有操作容易、使用方便、可動(dòng)態(tài)修改的特點(diǎn)。

Pro/E更是以其基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。另外還具有模具設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)干涉檢查，計(jì)算質(zhì)量特征（如質(zhì)心、慣性矩）等功能模塊。用Pro/E創(chuàng)建的三維參數(shù)化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)觀察結(jié)構(gòu)形體，更可以進(jìn)行方便的動(dòng)態(tài)修改和調(diào)整。進(jìn)行力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)分析、數(shù)控加工等。

Pro/E 是在 Windows 環(huán)境下開發(fā)的，因此已成為目前計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的主流三維設(shè)計(jì)軟件之一。 它不僅是在制造業(yè)，特別是機(jī)械工業(yè)三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，而且在機(jī)械專業(yè)課教學(xué)領(lǐng)域同樣可以發(fā)揮顯著的作用——在教學(xué)過程中通過嘗試運(yùn)用Pro/E的強(qiáng)大功能來輔助教學(xué)，對學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容有著很大幫助。

二、目前教學(xué)過程存在的問題

1.學(xué)生基礎(chǔ)差，缺乏邏輯思維能力和空間想象力。中職學(xué)生多為初中畢業(yè)，數(shù)學(xué)只學(xué)了平面幾何，沒學(xué)立體幾何，空間想象力差。且多為基礎(chǔ)較差的學(xué)生，理解能力差。

2.教學(xué)手段簡單。傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師借助于黑板、掛圖、模型對學(xué)生傳授知識(shí)。展現(xiàn)的圖形是靜態(tài)的，邊講、邊畫。速度較慢，而且對于圖形的演變或機(jī)構(gòu)的工作過程無法全部直觀化，教師很難用語言形象地表達(dá)出來，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械類課程的愛好。

3.教學(xué)輔助條件差。中職學(xué)校教學(xué)投入不足，實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏，多媒體教學(xué)設(shè)施不足，造成學(xué)生感官認(rèn)知差，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

三、PRO/E軟件在機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)中的作用

1.從事機(jī)械專業(yè)教學(xué)的老師一定有過這樣的教學(xué)經(jīng)歷：在機(jī)械制圖課的教學(xué)過程中，可運(yùn)用各種現(xiàn)有的教具或者要求學(xué)生利用各種材料（如橡皮泥等）制作立體模型，來幫助學(xué)生對空間三維立體零件的認(rèn)識(shí)。因?yàn)樵跈C(jī)械制圖的教學(xué)初期，學(xué)生普遍感到比較困難的問題是，如何將實(shí)體在大腦中成像以及對平面投影情況的理解。前面的方法無疑是對教學(xué)很有幫助的，但是現(xiàn)代化的課堂教學(xué)要求我們有更好的手段和方法。

為此，可以嘗試將 Pro/E 的功能運(yùn)用到教學(xué)中來。在機(jī)械制圖課程教學(xué)中，Pro/E軟件的應(yīng)用是全面的。比如：運(yùn)用Pro/E的format模塊幫助學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課中“國標(biāo)圖幅或標(biāo)題欄”等；用曲面創(chuàng)建功能來輔助三維投影面的教學(xué)；用實(shí)體造型輔助點(diǎn)、線、面的投影規(guī)律教學(xué)；用part模塊和drawing模塊輔助三視圖投影教學(xué)和根據(jù)投影想象實(shí)體的訓(xùn)練；用Pro/E的裝配模塊結(jié)合動(dòng)畫、機(jī)械模擬模式輔助裝配圖教學(xué)和組合體視圖教學(xué)等。

這里主要介紹三視圖投影知識(shí)教學(xué)中運(yùn)用Pro/E軟件功能的情況，我們可以從中體會(huì)全面運(yùn)用該軟件的方法及產(chǎn)生的教學(xué)效果了。在機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)階段，學(xué)生普遍感到比較困難的題目是：如何將實(shí)體在大腦中成像以及對工程知識(shí)的理解。利用Pro/ENGINEER的實(shí)體造型和編輯功能，可以幫助學(xué)生形象直觀地理解工程制圖教學(xué)相貫線等難點(diǎn)。只需要造型出兩個(gè)相交的實(shí)體，就可以利用Pro/ENGINEER軟件，通過改變實(shí)體的大小。動(dòng)態(tài)地看到隨著實(shí)體大小的改變，相貫線所發(fā)生的相應(yīng)改變.這樣就可以使學(xué)生很快理解和把握面、體、截交相貫的投影概念，使學(xué)生的想象能力和思維轉(zhuǎn)換能力明顯增強(qiáng)。實(shí)體模型使學(xué)生能夠更直觀地進(jìn)進(jìn)真實(shí)的三維工程實(shí)際中，從感性上理解了三維設(shè)計(jì)的初建模方法。同時(shí)也架起了投影與實(shí)體之間的橋梁.增強(qiáng)了學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解和把握，培養(yǎng)了學(xué)生思維、想象、創(chuàng)造構(gòu)形的能力。

下面通過一個(gè)簡單的例子，來了解 Pro/E在機(jī)械制圖課教學(xué)中的應(yīng)用情況。圖中的組合體為圓錐和圓柱疊加，并有兩個(gè)圓柱相貫貫線，同時(shí)圓錐中切割了圓柱孔。圖一和圖三表達(dá)的是不同直徑圓柱相交的相貫線情況；圖二表達(dá)的是兩圓柱直徑相等時(shí)相交得到相貫線的情況。

由以上3 個(gè)圖對比，就可以很清楚地理解柱柱相交和柱錐相交的相貫線的情況，很容易理解當(dāng)直徑相等時(shí)，主視圖的相貫線表現(xiàn)為直線，而當(dāng)直徑不等時(shí)，相貫線總是趨于拱向直徑大的幾何形體。而這些變化過程只需要在Pro/E中修改相應(yīng)圓柱的值，就可以很容易地得到變化。學(xué)生也可以很清晰地通過動(dòng)態(tài)變化來理解這一部分內(nèi)容。

在Pro/E中由零件圖可直接生成三視圖，并在調(diào)節(jié)三視圖時(shí)，當(dāng)移動(dòng)主視圖時(shí)，其他兩視圖一起相應(yīng)的移動(dòng)，而移動(dòng)其他兩視圖時(shí)，俯視圖只能相對于主視圖上下移動(dòng)，左視圖只能相對于主視圖左右移動(dòng)，加深了學(xué)生對于視圖的形成，以及主俯視圖“長對正”，主左視圖“高平齊”，俯左視圖“寬相等”這一視圖的投影規(guī)律的理解。endprint

2.Pro/E在其他機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)中的作用

a.對機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)的幫助。

在機(jī)械基礎(chǔ)的課程教學(xué)中，我們要求學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及影響運(yùn)動(dòng)情況的因素等。

該課程的實(shí)踐性強(qiáng)，教材中運(yùn)動(dòng)原理，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多為平面圖形，傳統(tǒng)教師授課時(shí)采用的方法是實(shí)物模型幫助學(xué)生理解，這種教學(xué)方法對運(yùn)動(dòng)特性分析困難，學(xué)生很難將課堂上講授的知識(shí)掌握。

通過 Pro/E可以很容易很清楚地理解這一運(yùn)動(dòng)過程。在Pro/E的裝配圖中菜單“分析→全局干涉”提供了干涉檢查，能夠檢查機(jī)構(gòu)是否有干涉發(fā)生，并可以進(jìn)行簡單的運(yùn)動(dòng)模擬。利 用Pro/E強(qiáng)大的三維機(jī)械設(shè)計(jì)功能和動(dòng)畫功能的結(jié)合，來表現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)輕而易舉。就拿齒輪運(yùn)動(dòng)來說，通過Pro/E模擬變速箱體中齒輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以很清楚地表達(dá)運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)關(guān)系。機(jī)械原理中的各種機(jī)械傳動(dòng)，如平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)等。機(jī)械設(shè)計(jì)中各種聯(lián)接、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、離合器、軸及轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)軸承等。在Pro/ENGINEER中可以方便地設(shè)計(jì)出所見即所得的三維實(shí)體產(chǎn)品模型.再利用Pro/ENGINEER提供的組件模塊實(shí)現(xiàn)模型的組裝，按照一定的約束條件或連接方式，將各零件組織成一個(gè)整體，便完成了一個(gè)完整機(jī)構(gòu)的組裝，輕松實(shí)現(xiàn)零件模型的虛擬裝配。

b.對工程力學(xué)教學(xué)的幫助。

Pro/E提供了質(zhì)量特征的功能，它可以自動(dòng)地提供模型的一些物理特性，如密度、質(zhì)量、體 積、表面積、重心、慣性力矩和慣性主軸等。Pro/E與其獨(dú)立的分析軟件包，可以非常方便地對實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。新一代的有限元分析軟件，其載荷和邊界條件完全提取于Pro/E模型，并隨著Pro/E幾何特征的改變而更新，同時(shí)可以快速求解計(jì)算結(jié)果，如應(yīng)力、應(yīng)變、形變等計(jì)算。

c.對金工實(shí)習(xí)教學(xué)的幫助。

Pro/E提供了專門的工具進(jìn)行模具設(shè)計(jì)， 并提供了設(shè)計(jì)模具的的一般方法。通過 Pro/E可以讓學(xué)生直觀地體會(huì)什么是“拔模斜度”，什么是“分?！钡?， 金屬工藝學(xué)的理論和金工實(shí)習(xí)的實(shí)踐，可以讓學(xué)生初步了解鑄造車間的主要工作流程和鑄造件形成的步驟，學(xué)習(xí)如何合理地對鑄造件進(jìn)行分模，以及澆口和冒口的合理設(shè)置。但由于學(xué)?？陀^條件的限制，沒辦法實(shí)現(xiàn)鑄件的模具的實(shí)際加工，這時(shí)就可以運(yùn)用 Pro/E的模具設(shè)計(jì)功能來模擬，通過模擬設(shè)計(jì)某一鑄件的模具，加深學(xué)生對模具設(shè)計(jì)理論的理解，提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的能力。

結(jié)束語

通過運(yùn)用 Pro/E軟件功能進(jìn)行課程的輔助教學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐。它在機(jī)械專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。通過它，可以提高學(xué)生對很多課程內(nèi)容的理解和掌握，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，也因此極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的積極性和創(chuàng)造性，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極的促進(jìn)作用。

相信隨著教學(xué)改革的深入與計(jì)算機(jī)在學(xué)校的普及應(yīng)用，Pro/E等軟件在教學(xué)中將越來越廣泛的被我們所運(yùn)用。同時(shí)，也期待著更多的教學(xué)工作者能有更好的探索，總結(jié)更多的經(jīng)驗(yàn)和方法，在更多課程的教學(xué)中得到有效的運(yùn)用。

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