Pro/E在航模建模中的应用

江鸿博

（山海关第一中学 河北 秦皇岛 066205）

摘 要：Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三维软件，是现今主流的计算机辅助设计/制造/分析的软件之一，在国内航模设计领域占据重要位置。本文从设计需求出发，研究了Pro/E软件在汽车建模方面的应用。本文阐述了该软件自顶向下的参数化设计技术，列出了航模三维设计流程，并根据航模特点，总结了以骨架为核心的框架设计方案、实体建模规则及出图主要技术方案。

关键词：Pro/E；航模；三维；建模

应用虚拟现实进行航天飞行模拟训练时，虚拟设备精确建模的 实现与优化方法.基于Pro/Engineer，通过虚拟现实标准语言VRML以及3D STUDIO，进行一系列的转换、优化，最后根据实际情况进行初始化，确定各种约束条件，从而建立虚拟设备的精确模型.虚拟设备建模精确，可大大节省虚拟 现实系统开发中建模的工作量.在以设备为主要模拟对象的虚拟现实系统中，可以优先考虑此种建模方法。

1、建模三维设计特点

（1）开拓设计思路

基于Pro/E软件的航模建模中采取自顶向下（Top-Down）的建模理念，先构架航模的总布置图框架模型，再依次进行航模内部空间、航模外形区域及连接部分的详细建模设计。

（2）提高技术含量

在Pro/E模型中，所有特征均可通过可变的参数及约束来控制，此外，航模图的基本图面信息可由三维模型自动生成，例如航模的内部空间，通过改变航模的内部空间的长度参数尺寸，可准确、快速地形成不同长度的航模的内部空间；通过改变骨架尺寸及相关约束，快速驱动相关三维模型及二维工程图的关联性设计变更，与二维CAD设计软件相比，明显增强了设计变更严密性。

（3）增强可视化效果

三维设计是对航模设计、制造及装配过程的数字化模拟，它可将设计思路直接转化为直观的三维数字模型，便于发现和解决航模生产过程中可能潜在的工艺及技术问题。

2、自顶向下（Top-Down）的航模建模三维设计流程

（1）基本要求

在航模建模初期，应对模建进行详细分析，根据使用功能来确定航模的基本性能要求（如动能损失、未被平衡的离心加速度及其增量），进而确定航模主要技术参数（如导曲线半径、航模建模全长及前后长等）。

（2）设计内容

根据相关法律、法规及用户具体技术要求，设计内容包括航模的主要功能、性能、技术指标及主要结构。

（3）通用件

分类统计在航模建模航模中通用的零部件。

3、构造模型

3.1、骨架建模

骨架模型是设计的框架，相当于装配的三维布局。像布局一样，骨架是一个集中储存与装配相关的设计信息的地方。当骨架发生变化时，与之相连的实体模型也将发生变化。骨架模型简化了设计的建立和可视化，另外，可以以任何顺序给装配添加组件。

建立骨架模型的步骤：

建立骨架模型，选择[激活]（Activate），从装配建立骨架或者选择[打开]（Open），在组件级建立骨架。使用数据特征、曲面等，确定组件在装配中的空间占位；它们也可以被用来建立装配中组件间的接触面，或者定义组件间的运动。因为系统要求用户必须在装配方式下才能对这些特征进行各种编辑，所以应避免建立装配级骨架特征。通过一个集中位置把设计数据从装配传递到单个组件，是自顶向下设计方法的一个主要内容。通过定义布局的模型，用户可以分发全局参数和数据；使用几何特征，用户也可以把一个模型的引用复制到另一个模型中。定义布局模型的步骤：[打开文件]（File）> [定义]（Declare），选择[定义布局]，使布局中所有定义的参数和全局数据在模型中都可见。选择模型的一个特征，并编辑它。在布局中选择尺寸和相应的名称来驱动该特征的某尺寸与其对应。选择[DeclareName]，并在模型中选择[基准特征]，再从布局中选择一个相应的全局名称。

3.2、发布几何体：

在顶层骨架模型中，选择[插入]（Insert）>[共享数据]（Shared Data）>[发布几何体]（Publish Geometry）。填写每项内容，提供名称并选择其它骨架模型所需要的任一参考。

3.3、复制几何体：

用上一级装配来约束子装配；激活子装配并为它建立一个骨架模型。在一个单独的窗口中打开；把发布的几何体信息复制到这个骨架模型中（[插入]>[共享数据]）>从其它模型复制几何体）；选择顶层装配框架文件或顶层装配，并定义它的位置；确定发布几何体的要素，并在菜单中选中它。

3.4、建立模型几何体与构建装配：

一旦用户从顶层骨架模型中获得了信息并放在了子装配中，用户就可以使用复制几何体功能来建立零件，并开始构建装配。自顶向下设计有许多优势，其中包括设计时间缩短、质量提高以及可以控制顶层更改等。

4、工程图生成

Pro/E软件具备强大的工程图功能，可将三维模型自动生成所需的各种工程图。工程图与模型之间完全相关，模型变更与工程图变更直接关联，反之亦然。以下为生成工程图步骤：

（1）创建工程图文件并添加零件三维模型对象关联；

（2）生成各角度视图；

（3）完善零件图面信息，包括创建球标、画辅助线、出示意图、标注。

5、Pro/E软件应用结论及工作展望

5.1、应用结论

（1）设计验证

通过建立航模建模三维模型，并对其进行干涉检查验证，可发现采用二维设计时不易发现的设计、工艺问题，对于提高航模质量而言具有非常积极的意义

（2）表达清晰

三维模型拥有较二维图型更为直接的表达形式，更加易于展示和交流

（3）快速变更

自顶向下（Top-Down）的设计理念以及模型与工程图相关联的特性，使得快速变更设计成为可能，提高了设计工作的效率。

5.2、工作展望

（1）骨架模型

本文只建立了两级骨架模型，如何在更深层次的装配级别中定义骨架模型尚需结合航模建模航模特征做进一步的研究。

（2）建模方法

航模建模中有很多结构复杂的航模，需要综合软件功能积极研究建模方法，形成通用的解决方案并加以总结推广。

（3）参数化建模

Pro/E软件以参数化著称，应在下一步工作中研究参数化在航模建模设计中的具体应用。

（4）数控加工与有限元分析

Pro/E软件可直接对模型进行有限元分析；大型有限元分析软件也大多包含与Pro/E软件的接口模块，保证模型导入后具备良好的适应性。模型可通过CAM软件直接进行编程，并输出NG代码用于数控机床加工，因此航模建模航模的数控加工解决方案也是下一步的研究内容。

6、结束语

三维CAD为航模创新提供了技术平台，利用三维设计软件可进行结构设计、强度分析以及优化设计。三维建模平台的搭建对于缩短设计周期、降低开发成本具有积极重要的意义，同时三维平台也是国家信息化的基础工程之一。

参考文献

[1] 丁晓莉.基于ProE转K2型转向架的三维建模与仿真[c]. 十三省区市机械工程学会学术年会，2008：180-182.

[2] 魏少宁，朱育文，薛亮，尹永利，利用Pro/E实现虚拟现实的精确建模.[J].《计算机仿真》，2004，21（12）：62-65.

[3] 曹雪玉 基于proe转K2型转向架的三维建模与基于骨架模型的运动机构的精确设计[j].《企业技术开发：学术版》，2013，32（10）：16-17.

[4].航空模型理论与Proe实战设计演讲，百度文库.