Pro/ENGINEER在曲面体设计中的应用

（云南广播电视大学 机电工程学院，云南 昆 明 6 50223）

Pro/ENGINEER系统是美国参数公司（PTC公司：Parametric Technology Corporation）开发的软件，是当今世界著名的三维CAD/CAM/CAE软件系统，广泛应用用于机械、电子、航空航天、产品设计、磨具设计等各行各业。Pro/E功能强大，融合了零件设计，大型组件装配，磨具开发，加工，钣金件设计，铸造件设计，造型设计，自动测量，机构仿真设计，有限元分析，数据库管理，电缆布线以及印刷线路板设计等功能于一体[1]。其中最擅长的是实体造型，加工以及大型组件装配，管理和磨具结构设计，这些方面的应用在全球都得到普及并且拥有极大的优势。

1 曲面特征

曲面是构建复杂模型最重要的一个组成部分，曲面技术的发展为创建实体模型提供了更加有效的工具。由于一般的实体建模不能创建比较复杂的表面轮廓，这时曲面的创建复杂表面功能的强大就显现出来了。在现代设计中，一些高、精、尖产品领域里，如飞机、轮船、汽车的外观设计，必须符合一定的曲面形状能并能兼顾美观和性能两个重要特点，而诸多的实际问题加快了曲面建模技术的成熟与完善[1]。曲面建模的方法具有很大的弹性，常见的设计思路是首先用多种手段创建一组曲面，然后通过曲面编辑功能将其整合成一个没有缝隙的曲面，最后使用该曲面来构建模型的外轮廓，将其实体化后，获得理想的实用的模型。曲面特征不同于实体特征，它是没有质量和厚度的特征，这也是与实体特征的最大区别所在，从创建方法来讲，曲面特征与实体特征又十分相似，所以使用程序提供的拉伸工具即可创建实体特征，又可以创建基本曲面特征。

1.1 创建基本曲面特征

创建曲面特征的方法和创建实体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实体建模要丰富得多，基本曲面特征是使用拉伸、旋转、扫描、混合等常用三维实体建模工具进行创建的曲面特征[2]。

在绘图区中，曲面特征创建完成后并以着色方式显示，曲面特征以片状显示；以线框显示模型时，则曲面特征只以黑色显示其边界线，如图1所示。

图1 四边形曲面

Pro/E所提供的曲面建模功能很强大，不仅创建实体的工具，可以用来创建曲面特征，而且曲面还有独特的创建方法。这些新的创建方法为设计人员设计出结构合理、工艺性强和生产便利的产品带来了很大的方便，缩短了产品的周期。

1.2 编辑曲面特征

曲面被创建之后，还需要对创建的曲面进行编辑和修改，才能达到实际的要求，主要是对曲面进行曲面偏移、曲面移动、旋转、曲面修剪、曲面镜像、曲面延伸、曲面合并、曲面加厚、曲面拔模、曲面实体化等进行操作。

1.3 Pro/E可以改善产品的设计方法、缩短产品的开发周期

Pro/E为设计人员提供的协同工作环境极大地改进了产品的设计过程，可以使设计人员在设计过程中并行工作。协同工作的环境可以使设计人员在产品开发的全过程相互保持联系，以确保与产品开发的所有的设计人员均使用统一的产品设计数据，从而保证产品数据的一致性[3]。

2 曲面体设计举例

下面我们以茶壶设计为例，对曲面实体建模进行介绍。首先分析该零件的结构由哪些主要特征组成，即壶身旋转曲面特征、壶嘴、壶把扫描混合特征、壶底平面特征、合并曲面特征、加厚曲面特征以及减切特征构成。其设计步骤如下：

（1）首先选择文件，单击“新建”命令，然后在弹出的对话框中，输入文件名，如“茶壶”，建立了新文件；单击特征“旋转”按钮，或在菜单栏中选择插入“旋转”命令，激活旋转特征；系统弹出旋转特征面板后，选择“曲面”按钮，创建一个旋转曲面，进入RFRONT平面的草绘平面，选择TOP平面为参看面，绘制如图2所示的截面图形，单击“完成”按钮，完成截面图形的绘制。在旋转操控栏中输入旋转角度为360°单击完成按钮，完成旋转曲面。

图2 旋转曲面的截面图像

（2）在菜单栏中选择插入→扫描→曲面命令，激活扫描混合曲面特征。在草绘中，绘制如图3所示的扫描轨迹线，单击完成按钮，完成轨迹线的绘制。

图3 壶嘴扫描轨迹线

（3）在菜单栏中选择插入→混合扫描→曲面命令，激活扫描混合曲面特征来创建壶嘴，如图4所示。然后，通过壶底的平面来创建壶底，单击“平面特征”按钮，系统弹出对话框，在图形中选择壶底的圆形并进行对话框设置，创建出一个通过壶底的平面，然后在菜单栏中单击编辑→填充命令，激活填充特征。在系统弹出的填充操控栏中，单击“草绘”按钮，选择草绘平面，TOP平面为参考平面，单击“确定”按钮，进入草绘。在草绘器中单击“实体”按钮，选择茶壶底面的圆边作为填充边界，单击“完成”按钮，完成茶壶底面的绘制。

图4 壶嘴截面图像

（4）在绘制完壶身、壶底平面和壶嘴后，进行合并壶身和壶嘴操作，在树模型中，同时选中壶身和壶嘴特征进行壶身和壶底的合并，单击菜单栏中的编辑→合并命令。在系统弹出的合并特征操作栏中，选择使用相交方式来合并曲面。用同样的方法对壶底平面和壶身合并，如图5所示。

图5 合并后的曲面

（5）选中合并后的曲面，在菜单栏中单击编辑—加厚，激活加厚曲面命令。在操作栏中，输入厚度3，单击操作栏上的“完成”按钮，生产实体特征。

（6）在菜单栏选择插入→扫描命令，激活扫描实体特征来创建壶把，然后选择FRONT平面为草绘平面，绘制如图6所示的壶把扫描轨迹线。

图6 壶把的扫描轨迹线

创建壶把后，在属性命令菜单中选择合并，再在菜单中选择插入→拉伸命令，在拉伸特征操控栏上按下减切按钮，设置特征为减切特征。选择FRONT平面为草绘平面，选择TOP平面为参考平面，绘制如图7所示的茶壶图形。

图7 茶壶

从上面的这个例子来看，Pro/E软件在曲面实体的建模及编辑方面具有一定的优势，并且具有参数化设计、三维实体模型、特征驱动和单一数据库功能等特征。

该软件全部内容包括40多个模块：机械设计、机械制造、有限元分析、动画仿真、流场分析、温度场分析、电场分析等。

国外用此软件，从机械设计、结构分析到机械零件加工实现一条龙。将设计好的零件直接送到数控机床加工，省去出图环节，从设计到零件加工周期很短。

3 结束语

Pro/E软件提供了完整的设计工具及简洁美观的操作界面，采用易学易用的后参数化约束，具有更强的三维造型和曲面造型功能，其优越性大大高于平面设计软件，使设计过程简化、快捷、精确，很大程度上提高了工作人员的设计效率，缩短了产品开发周期，为新产品快速占领市场提供了有力的保证[4]。

Pro/E软件具有零件设计、产品组合、NC加工、铸件设计、造型设计和应力分析等功能，推广应用Pro/E软件是提高新产品设计能力的重要手段之一。要设计出高品质的新产品，设计人员必须尽快熟悉和掌握三维概念性数字样机设计模式，掌握CAE、CAM技能，以适应全新的设计理念，不断设计出高新科技产品。

[1]凯 德.精通Pro/ENGNEER基础入门篇[M].北京：中国青年出版社，2007.

[2]彭国希.Pro/ENGINEER曲面设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3]丁锦宏，吴国庆.Pro/E软件在新产品设计中的应用[J].2006，(2)：88-89.

[4]邹玉堂，路慧彪，原 彬.Pro/ENGINEER使用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.