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基于Pro
第一章基于Pro/E的建模与仿真
第一节软件介绍
美国PTC公司（ParametricTechnologyCorporation，参数技术公司）于1985年在美国波士顿成立。
自1989年公司上市伊始，即引起机械CAD/CAE/CAM界的极大震动，其销售额及净利润连续50个季度递增，每年以翻番的速度增长。
PTC公司已占全球CAID/CAD/CAE/CAM/PDM市场份额的43%，成为CAID/CAD/CAE/CAM/PDM领域最具代表性的软件公司。
Pro/ENGINEER软件产品的总体设计思想体现了机械CAD软件的发展趋势，在国际机械CAD软件市场上已处于领先地位。
Pro/ENGINEER目前共有80多个专用模块，涉及工业设计、机械设计、功能仿真、加工制造等方面，为用户提供全套解决方案。
Pro/ENGINEER软件的特点如下：
PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变了机械CAD的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD领域的新标准。
利用此概念写成的第三代机械CAD产品——Pro/ENGINEER（简称为Pro/E）软件能将产品从设计至生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。
Pro/ENGINEER是基于特征的全参数化软件，该软件所创建的三维模型是一种全参数化的三维模型。
“全参数化”有三个层面的含义，即特征截面几何的全参数化、零件模型的全参数化以及装配体模型的全参数化。
零件模型、装配模型、制造模型以及工程图之间是全相关的，也就是说，工程图的尺寸被更改以后，其父零件模型的尺寸也会相应更改；反之，零件、装配或制造模型中的任何改变，也可以在其相应的工程图中反映出来。
现阶段，Pro/ENGINEER是一款享有极高声誉的计算机辅助设计软件，它能够为工业设计提供一套完整的解决方案。
Pro/ENGINEER功能强大，其系列产品广泛应用于机械、航天航空、汽车制造、工业设计、家电、玩具、通信、电子、模具、有限元分析等领域。
第二节拉伸与旋转
拉伸与旋转是生成三维实体的最基本操作，将草绘截面沿法向拉伸一段距离即可生成拉伸实体特征，将草绘截面沿法指定的中心轴旋转即可生成旋转实体特征。
本节将主要介绍这两个操作的使用技巧。
2.1创建拉伸实体特征
拉伸实体特征是将二维草绘截面沿直线运动而生成的实体特征，是使用最为广泛的操作，也是使用其它方法创建实体的基础。
在介绍拉伸操作之前，首先以“细纱机导纱恒动机构”为例简单介绍一下Pro/E基本操作：
1.双击桌面上的Pro/E图标，打开软件；
2.在“文件”的下拉菜单里选择“新建”选项（如图1）；
图1创建新对象
3.就会出现一个“新建”对话框（如图2）。
默认的是“创建零件”，可以更改文件的名称，注意只能用字母和数字命名，Pro/E在打开文件时不能识别中文名字的文件。
把
“使用缺省模版”前的对勾点掉；
图2“新建”对话框
4.
在出现的“新建文件选项”中选择“mmns_part_solid”模版，因为此模版中的单位于国内用的单位一致（如图3）。
确定后就进入了绘图界面了。
Pro/E的界面与OFFICE的界面相似，比较特别的就是右边的“工具栏”（如图4），只要把鼠标放在图标上面停留几秒就会出现它的功能说明，这与OFFICE也是相似的，此处不予介绍了。
我们在绘图时应用最基本的两个工具就是“拉伸”和“旋转”（右上角第1、2个）。
图3新文件选项
图4工具栏
下面就以“细纱机导纱恒动机构”中的一个“销钉轴”为例来讲一下“拉伸”功能的使用：
第一步：
打击选择“拉伸工具”图标，在界面最下端就会出现拉伸的选项（如图5）。
注意：
左数第三个图标是与拉伸方向有关的选项，同学们可以自己看一下。
单击“放置”
——“定义”，就出现“草绘”的定义话框，选择绘图界面中的任意面为绘图面，单击“草绘”进入草绘界面。
关掉出现的两个小对话框。
图5拉伸对话框
第二步：
在工具栏中选择“创建圆”的快捷键，在草绘界面中绘制一个圆，并双击显示的灰色尺寸来更改圆的直径为5cm。
完成后单击右下角的对勾（如图6）；
第三步：
单击“草绘”对话框的“确定”键，在下方更改拉升长度为10cm，然后选择“创建特征”的对勾就完成了（如图7）。
按住鼠标滚轮移动鼠标就可以观看三维造型了。
然后以创建轴的一两个端面为草绘平面进行“拉伸”操作，直径为8cm、长为4cm，就完成了短轴的创建（如图8）。
图6绘制图圆
图7小轴
图8完成的短轴
5.绘制图形的修改：
在我们设计完成或装配时会发现设计的零件存在某些缺陷，这就需要我们在原有实体上加以修改。
具体修改如下：
（1）
在右侧“模型树（如图9）”中选择需要修改的操作步骤，左键选中，单击
图9模型树
右键，再出现的下拉菜单（如图10）中，左键选择相应的命令进行修改，如删除、重命名等。
值得注意的是编辑和编辑定义两个操作，编辑可以用来修改所画图形的尺寸，在尺寸数字双击修改即可；编辑定义尤为重要，选择“编辑定义”后，则会返回到原拉伸界面，与拉伸方法相同，即可进行图元形状上的修改工作。
图10图元修改对话框图11文件的保存
6.文件的保存与再次打开：
零件创建完成就要保存，Pro/E的默认保存在“我的文档”中（如图11）。
所以我们可以在“我的文档”中建立一个文件夹来保存Pro/E文件。
但值得注意的是文件只能用英文字母、汉字组成，Pro/E无法读取中文名字的.Prt文件。
当要再次打开文件时，推荐在启动Pro/E后，用菜单中的“打开”快捷键打开，这样打开会稍快一点。
7.去除材料的拉伸：
这也是Pro/E的一个比较强大的功能，我们先用“拉伸”功能以Front面为草绘平面，建立一个40cm×40cm×40cm的滑块（如图12），用界面上方的工具栏可以分显示线框、隐藏线、无隐藏线（如图13）、着色的实体图形。
图12滑块原料图13无隐藏线实体
再次使用“拉伸”功能，且选择去除材料选项（如图5），选取滑块Front平面作为草绘平面，将图形转为无隐藏线状态，左键选择右侧工具栏中的“通过边创建图元”来点击上下两条边框，这时发现两条线变成黄色，即成为草绘的直线（如图15），这样做是为了使草绘的两条边与滑块的边平齐。
然后绘制两条与中间相距都为5cm的线
段与上下两条边相交（如图16）。
用工具栏中的“动态修剪平面图元”修剪一下上下
边长出来的部分，确定后，输入拉伸长度为25cm，调整下方那个的两个箭头，使其全部
图15激活图元图16绘制直线
朝向所绘图元的内部（如图17），确定后即完成了材料的去除工作（如图18）。
图17调整剪切方向图18剪切后的实体
2.2创建旋转实体特征
旋转实体特征是将二维草绘截面绕中心轴线旋转一周或选定角度而生成的实体特征，与拉伸实体特征相比，旋转特征具有旋转中心线，而且经过中心线的剖面形状关于回转中心线严格对称。
通过旋转的方法来创建实体特征也是非常有效的建模方法。
实体零件的创建用旋转大都可以完成。
下面我们继续上面绘制的滑块来简单的介绍一下“旋转”功能的使用。
首先，选择“旋转”功能，在界面下方会出现旋转的一些选项（如图19），我们要选择一个合适的平面来做草绘平面，那么我们就来创建一个。
单击选择“基准平面工具”按钮，就会出现“基准平面”对话框（如图20），选择Front面，在偏距中输入20（如图21），
确定即可完成平面的创建。
图19旋转对话框
图20基准平面对话框图21新建平面
然后，单击“继续”，“位置”——“定义”，选择新建的“DTM1”面为草绘平面。
将实体零件转换为“无隐藏线”模式，在单击“直线”图标的向右箭头出现的菜单里选择“中心线”按钮（如图22），在图框的中心水平绘制中心线，此中心线也就是图元的旋转轴。
然后沿中心线绘制一长为44cm、宽为2.5cm的矩形框，要求两侧比原零件要长（如图23）。
单击“确定”，就创建了一个圆柱体。
因为我们要做的是一个孔以用来插销钉连接滑块和连杆，所以选择去除材料及去除方向，确定后即得到一个完整的滑块零件（如图24）。
保存即可。
图22中心线图标图23绘制旋转剖面
在旋转中，需要注意的是：
所绘的平面必须为封闭的线，且剖面上所有的图形必须在中心线的同一侧。
若剖面上有两条以上的中心线，则系统将会自动确认第一条生成的中心线为旋转轴。
图24
完整滑块零件
第三节装配
Pro/ENGINEER是一款全方位的CAM/CAD/CAE软件，功能强大，模块众多。
它具有一个专门用来进行装配设计的功能模块——组件模块。
在实际设计中，很多产品的设计都可以在组件模块中完成。
现在就简单介绍一下装配的过程：
1.创建新的组件文件：
这一步骤与创建零件文件的方法相似，区别在于在“新建”对话框里选择“组件”选项（如图1），在“新文件选项”中选择“mmns_asm_design”选项；
图1新建组件
2.进行装配：
导入零件用到的一个快捷方式就是工具栏下方的“将元件添加到组件”的快捷方式（如图2）。
这里需要说明一下装配的放置约束的类型，它包含：
匹配、对齐、插入、坐标系、相切、县商店、曲面上的点、曲面上的边及自动（如图3）。
我们应用时系统默认是“自动”，我们只需将两个零件之间的装配关系选择好土自动就会变成对应的装配类型了。
图2导入零件快捷键
图3元件放置类型
但是，按照这种“放置”关系安装出来的整体机构只可以说成是一个实体模型，是无法进行运动仿真分析的。
所以，在这里我们就采用“连接”的关系来装配个零件。
它包含：
图4元件连接类型
刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接、轴承、常规、6DOF等连接类型。
下面以上节课所留的“细纱机导纱恒动机构”的练习来简单介绍一下装配与运动仿真的过程.（所用文件见：
附件文件/PROE/装配）
一、装配过程：
（1）单击导入快捷键，找到PTR007文件将其导入装配界面。
因为底座是这个机构的安装基础，所以只需将其与总坐标系重合即可，即单击“在缺省位置装配元件”的快捷键（如图5），单击“确定”完成安装；
图5放置快捷键
（2）单击导入快捷键，将PRT005导入装配界面，它相对于整体坐标及底座是静止不动的，所以我们可以选用“放置”关系来进行安装，分别选择PRT007上孔的两个相交侧面及上表面与相应的面一一对应进行安装，单击“确定”完成。
安装结果如图6。
图6PRT005安装效果图
（3）导入PRT004文件，因为PRT004与PRT005上的短轴是转动关系，所以我们就选择“连接”类型中的“销钉”连接方式（如图7）。
分别选择轴与孔的中心轴及侧面来进行约束即可。
效果图如图8。
图7销钉连接图8PRT004安装效果图
（4）导入PRT003文件，亦选用“销钉”式连接，此处不予累述。
值得一提的是放置对话框中的“移动”选项（如图9）。
我们经常用到的是平移和旋转两个功能。
在本步简述一下旋转的使用。
两个定位选好后，先不要“确定”。
点击移动选项，选中“旋转”前的空白圈，内部便显示一个蓝点表示选中该选项。
然后将鼠标移至安装界面，按住左键移动鼠标零件就会围绕着选定的安装轴进行旋转。
旋转至合适位置松开鼠标即可。
也可以在安装完成后，在模型树中选中要更改的零件右击，选择“编辑定义”回到“放置”对话框进行修改。
PRT003安装效果如图10。
图9元件移动对话框
图10PRT003安装效果图
（5）导入PRT001文件，销钉起的是固定作用，所以可以把它与PRT004采用刚性连接固定在一起。
效果如图11。
图11PRT001安装效果图
（6）导入PTR002文件，由于它要完成的是沿底板的滑动，所以我们要选择“滑动杆”来约束它。
在装配时选用“滑动杆”关系，选择PRT002上的A-5轴（如图12）与PRT007上的A-1轴（如图13）对齐，“平移”选项则选择PRT007的上平面与PRT002的TOP面对齐即可。
图12PRT002基准轴
图13PRT007的基准轴
然后单击绿色加号即“添加新约束”按钮，添加一个“销钉”约束。
分别选择PRT002和PRT003的孔中心线和PRT002的RIGHT面与PRT003的DTM1面来完成约束。
最后仿照第5步完成PRT006的安装。
效果如图14。
图14PRT002、006效果图
经过以上步骤，就完成了“细纱机导纱恒动机构”的装配。
装配图如15。
图15装配图
第四节运动仿真
使用运动分析可获得一下信息：
（1）几何图元和连接的位置、速度以及加速度随时间变化的情况；
（2）元件间的干涉情况；
（3）机构运动的轨迹曲线；
（4）被捕捉机构运动的运动包络轨迹。
运动分析的步骤：
（1）创建图形：
定义主体，生成连接，定义连接轴设置，必要时创建特殊连接；
（2）检查模型：
拖动组件，检验所定义的连接是否能产生预期的运动；
（3）加入驱动器：
设定伺服电动机；
（4）准备分析：
定义初始位置及其快照，创建测量；
（5）分析模型：
定义运动分析，然后运行分析过程；
（6）结果获得：
结果回放，干涉检查，查看测量结果，创建轨迹曲线，创建运动包络。
要想使组装的机构动起来，我们用的是“连接”的方式把各部件组装起来。
与以上间的装配的唯一区别就是约束的类型不同，它主要包含：
刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、
图1连接的种类
焊接、轴承、常规等等（如图1）。
具体方法与上面已经讲过了。
下面以“动态”仿真为例讲一下仿真的过程：
1.从“应用程序”——“机构”，进入仿真界面，其与正常界面主要区别就是右边的工具栏，其分为三段，右上至下的功能分别是：
建立运动模型、建立机构分析和设置运动环境（如图3）。
我们首先定义一下伺服电动机及各构件之间的关系，如凸轮关系等。
再定义一下弹簧、执行电动机、重力、零件的材料密度等必要条件就可以进行运动仿真了。
2.在“机构”主菜单中选取“分析”选项打开分析对话框，单击“新建”按钮打开“分析定义”对话框（如图4）。
图3仿真工具栏
图4分析定义对话框
（1）在“分析”分组框里可选取5种分析类型：
运动学、动态、静态、力平衡、重复组件（如图5）。
其中动态分析是在考虑力、质量和惯性的情况下对机构进行仿真分析的。
（2）在“优先选项”选项卡中设置运动的起止时间及定义动画时域。
（3）在“电动机”选项卡中可以设置用于分析的电动机。
（4）
分析定义完成后，单击“运行”按钮将执行分析操作，最后产生一个分析结果集。
图5运动分析的类型
３．“回放”是用来查看机构中零件的干涉情况，显示力和扭矩对机构的影响以及在分析期间跟踪测量值，还可以将不同的分析结果组合成一段影片。
在“机构”主菜单中选取“回放”选项打开“回放”对话框（如图6），首先在“结果集”分组框中选择一个用于回放的运动分析结果集。
设置好相应的参数后，单击“回放”对话框左上角的“播放”按钮，打开“动画”对话框（如图7）。
可以按图上设置对回放结果进行动画设置。
单击“捕捉”按钮打开“捕捉”对话框，可将动画结果保存为ＭＰＥＧ动画文件。
图6回放对话框
图7动画窗口
４．当仿真分析顺利完成后，再使用“测量”工具对机构各部分的运动情况进行测量，进而检测机构是否满足设计的要求并提供改进的参考，然后分析系统在整个运动过程中的各种具体参数，如位置、速度和力等。
在“机构”主菜单中选取“测量”选项或单击右工具栏中的快捷方式打开“测量结果”对话框（如图8）。
图8测量结果对话框
（1）图形类型：
在“图形类型”分组框中包含“测量与时间”和“测量与测量”两个选项，我们一般采用“测量与时间”，即用测量结果随时间的变化曲线来绘制图形。
（2）测量：
在“测量”分组框中单击“创建新测量”按钮创建一个新的测量，在“名称”分组框中为测量命名；在“类型”分组框中包含了“位置”和“速度”等１２个常用的测量类型（如图9）；在“评估方法”分组框中列出了“每个时间步长”、“最大”、“最小”、“整数”、“平均”、“均方根”和“时间位置”等７个选项（如图10），分别代表测量结果的不同计算方法，其中以
“每个时间步长”最为常用。
图9测量类型
图10评估方法
（3）选择结果集：
创建了测量变量后需要选取一个分析结果作为结果集，系统将先前的分析结果作为参考计算出当前变量的测量值。
（4）测量结果集：
当选取了分析结果集后测量的结果便会显示在“测量结果”对话框的测量分组框中。
同时选取测量变量和分析结果后，对话框上部的“绘制选定结果集所选测量的图形”的按钮就会处于激活状态，单击便可绘制出测量变量的变化曲线。
下面，就组装好的“细纱机导纱恒动机构”装配图，做一下运动仿真分析，具体步骤如下：
（1）在菜单中选择“应用程序”——“机构”，进入运动分析界面；
（2）在工具栏中选择“定义伺服电动机”，单击“新建”，点击“连接轴”选项下方的箭头，然后选择ＰＲＴ００５上方的轴作为旋转轴。
这时在界面上就会出现转向等的箭头。
单击对话框中的反向即可改变电动机的方向。
点击“轮廓”，在“规范”的选项中，选择“速度”。
在“模”中选择“常熟”，在“Ａ”后填入“５０”。
在最下面的“速度”、“加速度”、“位置”、“在单独图形中”前的方框中点击选中，单击
就可以绘制出电动机的运动曲线了。
单击“确定”，则电动机创建完成。
然后关闭对话框。
（3）单击工具栏中
图标，将图形调整好位置后，单击
后，则在下面会出现Snapshot1后，关闭。
（4）单击
按钮，单击“新建”，在“类型”中选择“运动学”，在下面“初始配置”中选择“快照”。
单击“运行”，然后单击“确定”。
（5）单击
，在出现的对话框中选择“播放当结果集”。
在出现的“动画”的对话框中可以观看动画。
单击“捕捉”即可保存。
关闭“动画”对话框。
选择“将当前结果集保存到磁盘”保存结果。
（6）单击
进入“测量结果”窗口。
单击
，在滑块上选择一个角点。
在出现的测量名称上双击，就会出现“测量定义”的对话框。
在“类型”中可以选择需要的测量量。
然后点击
，就会绘制出相应的图形。
至此，运动仿真分析结束。
备注：
在绘制完图形后，“图形工具”里的图形就可以以Excel或txt格式向外输出，以备汇总、分析之用。
另外，Excel中的图形稍加修改就可以应用到论文中了。
下面就简述一下图形的导出预后处理的过程：
（1）在“图形工具”对话框选择“文件”——“输出Excel”，保存到适当的位置；
（2）
打开上一步保存的Excel文件（如图11），首先选择绘图区的阴影部分及横向虚线，“Delete”将其删除，结果如图12；
图11Excel图形
图12删除底纹的图形
（3）双击图中曲线会出现一个“数据系列格式”对话框（如图13），在“线形”中选择“自定义”，在其下面的选项中选择适当的颜色及要求的线形粗细。
“数据标记”中选择“自定义”，且“前景色”、“背景色”均选择“无”。
（4）双击坐标轴，弹出“坐标轴格式”对话框。
坐标轴的颜色和线形粗细的修改与（3）相同。
在图中可以看出，纵坐标的数值出现的很多小数，则在“刻度”选项中，将“自动设置”中的各数值后的小数删除即可（如图14）。
对于标注数字的字体可在“字体”一选项中进行修改。
注意：
把“字体”对话框的最下面的“自动缩放”选项点掉。
以防止字体随图形的缩放变换而变得模糊；
（5）横纵坐标的名称只需单击即可进行更改。
亦需要把字体的“自动缩放”选项点掉；
图13数据系列对话框
图14坐标轴格式的更改
（6）将图形缩小到需要的大小，此时可能会出现坐标轴上标注刻度减少的现象（如图15）。
此时双击X轴，在出现的“坐标轴格式”对话框中进行修改。
以本图为例，只需将“刻度”对话框中的“主要刻度单位”适当的缩小即可（如图16），例如改为“2”，结果如图17。
图15缩小后的图形
图16坐标刻度修改对话框
图17成品图
第五节装配图转零件图
在今日三维计算机画图日新月异的时代，立体的造型模型是先画出来的，这就是共同的原始立体模型，然后以此模型为基础，各种工程图面的绘图者就可以各取所需，来绘制各种工程图面，并在图面上画出各种角度的立体等轴测图。
这样，就可以让施工者更清楚地知道，应该制造出什么样的产品。
本节就以前面所画的“细纱机导丝机构”的零件图为例来简要的介绍一下二维工程图的生成：
1.新建二维工程图：
首先打开PRT002零件图（生成的平面图默认为当前打开的零件的平面图），然后单击“新建”快捷方式进入“新建”对话框。
在“类型”中选择“绘图”，点掉“使用缺省模版”前的对勾（如图1），单击“确定”。
在出现的“新制图”对话框中，“指定模版”选择“空”，在“标准大小”的下拉菜单中选择“A4”（如图2），单击“确定”，进入平面图绘制界面。
图1“新建”对话框
2.绘图界面简介：
平面图的工作界面与三维零件图的界面大致相同，不同的地方主要有：
最上面的菜单多了几个选项，例如：
表、格式等；新增了上工具栏（如图3），对应的是一些平面图投影、标注的功能；右工具栏略有变化，其主要用于绘制图形。
3.绘制前的属性设置工作：
（1）单击“文件”，在下拉菜单中选择“属性”，弹出“菜单管理器”对话框，选择“绘图选项”，弹出“选项”对话框（如图4）。
在下面的“选项”中输入“text_orientation”，在“值”的下拉菜单中选择“parallel”，单击后面的“添加”、“应用”。
这个是使尺寸放置在尺寸线上方的命令；再输入“projection_type”，在“值”的下来菜单中选择“first_angle”，单击“添加”、“确定”。
这个是设定投影为第一视角的命令。
然后单击“完成”即可。
图2“新制图”对话框
图3上工具栏
图4“选项”对话框
（2）在“工具”的下拉菜单中，选择“选项”。
在出现的“选项”对话框下方的“选项”中填入“tol_display”，在“值”中选择“yes”，然后单击“添加”；再输入“tol_mode”，在“值”中选择“plusminus”。
以上两个选项是用来控制公差显示的。
4.插入一般视图：
单击上工具栏中的“创建一般视图”
快捷键，然后在绘图界面选取绘制视图的中心点，左键点击即可在绘图平面生成零件的一般视图（如图5）。
同时会出现一个“绘图视图”的对话框。
图5一般视图
5.定义主视图：
由于绘图时选择的基准面的不确定性，所以在“视图方向”中选择“几何参照”来定义主视图。
以本图为例，在“参照1”中，选择“后面”，选择“Front面”为基准平面；在“参照2”中选择“DTM1面”为基准平面（如图6）。
单击“应用”，生成平面图主视图。
选择“类别”中的“视图显示”，进入“视图显示”对话框。
在“显示线形”的下拉菜单中选择“无隐藏线”选项，在“相切边显示样式”的下拉菜单里选择“无”。
单击“确定”，退出对话框。
6.移动视图并选择适当比例：
单击上工具栏中的“禁止用鼠标移动绘图视图”
选项，以解除对视图的锁定。
这时单击绘图界面上的视图，视图边框会变成红色，将鼠标移动至图形中间，会出现一个移动图标，按住左键就可以移动视图了。
移动到适当的位置，再单击一次
按钮，将视图锁定就可以了。
在绘图界面的左下方有一行文字，简单介绍了当前界面的部分信息，例如：
比例、零
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