【正文】 計算機輔助設(shè)計 機電工程系 主講：郭 便 教材： 《 Pro/ENGINEER Wildfire 從入門到精通 》 作 者：鐘日銘 出版社：機械工業(yè)出版社 論壇：三維網(wǎng)技術(shù)論壇 仿真科技論壇（需要邀請碼） 前 言 一、開啟三維新時代 我們本來生活在三維的立體空間中， 我們的眼睛和身體感知到的這個世界都是三維立體的 ，并且具有豐富的色彩、光澤、表面、材質(zhì)等等外觀質(zhì)感，以及巧妙而錯綜復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時空動態(tài)的運動關(guān)系，我們對世界的任何發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的原始沖動都是三維的。但是在人類漫長的歷史進(jìn)程中， 局于技術(shù)的限制 ，只能在沙土、羊皮、紙張的二維平面上表達(dá)和傳遞對這個世界的認(rèn)識和創(chuàng)造， 人們發(fā)明了平面投影方法 ，并基于紙張平面形成了抽象的平面視圖體系 。 隨著科技的發(fā)展，基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的三維（簡稱 3D）技術(shù)終于使人們對現(xiàn)實世界的認(rèn)識重新回歸到了原始的直觀三維的立體境界。無論是虛擬的網(wǎng)絡(luò)還是現(xiàn)實生活中，大到飛機、輪船、大廈、樓宇，小到生活中的每一個小小的工業(yè)產(chǎn)品，到處都能見到電腦制作的三維模型和動畫與仿真。 二、 CAD、 CAM和 CAE的定義 計算機輔助設(shè)計（ ComputerAided Design,CAD）是產(chǎn)品開發(fā)過程中使用計算機系統(tǒng)輔助產(chǎn)品創(chuàng)建、修改、分析和優(yōu)化的有關(guān)技術(shù)。 CAD工具包括了從創(chuàng)建形體的幾何建模工具到諸如分析、優(yōu)化應(yīng)用程序的所有工具。目前可以使用的典型工具包括公差分析、質(zhì)量屬性計算、有限元建模和分析結(jié)果的可視化。 CAD最基本的功能是定義設(shè)計的幾何形狀、模型，設(shè)計可以是機械零件、建筑結(jié)構(gòu)、電子電路和建筑平面布局等的設(shè)計。為 CAE和 CAM奠定基礎(chǔ)。 計算機輔助制造（ ComputerAided Manufacturing,CAM ） 技術(shù)是將計算機系統(tǒng)直接或間接地應(yīng)用于計劃、管理和控制生產(chǎn)作業(yè)的有關(guān)技術(shù)。 CAM最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域之一是數(shù)字控制（簡稱 NC),即使用可編程的指令來控制機床，進(jìn)行磨削、切割、沖壓、成型、車削等作業(yè)，將原材料加工成零件。 計算機輔助工藝設(shè)計（ ComputerAided Process Planning， CAPP ）軟件是 CAM軟件的一種，目前 100%自動化的CAPP軟件現(xiàn)在還沒有。但是，現(xiàn)在有許多通過生成數(shù)控程序來驅(qū)動數(shù)控機床的優(yōu)秀軟件包，如 SIEMENS NX（ UG）的數(shù)控加工模塊， MasterCAM軟件等可以快速、高效的通過三維的模型數(shù)據(jù)及參數(shù)設(shè)定自動生成 NC代碼，并且可以用 NC代碼對加工過程進(jìn)行仿真與驗證。 此外，用于機器人搬運零部件或從事制造活動的編程軟件包、用于檢測產(chǎn)品的坐標(biāo)測量機的編程軟件包也屬于 CAM軟件范疇。 計算機輔助工程（ ComputerAided Engineering， CAE）是使用計算機系統(tǒng)來分析 CAD幾何模型 ，允許設(shè)計者模擬并研究產(chǎn)品的行為，以便進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。最為廣泛應(yīng)用的計算機輔助分析是有限元分析。即用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。將幾何模型消除一些不必要的細(xì)節(jié)或減少維數(shù)得到抽象模型，利用軟件生成有限單元網(wǎng)格。軟件有 ANSYS、ADAMS等。 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析 于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與多數(shù) CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAE工具之一。 三、 CAD軟件 三維 CAD是三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的泛稱，其包括像PRO/E、 CATIA、 UG、 SolidWorks、 MasterCAM等等。三維CAD是對二維 CAD技術(shù)的突破和發(fā)展，是數(shù)字化設(shè)計、制造和管理的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新的基本工具，更是影響我國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。 CATIA軟件 覆蓋了產(chǎn)品開發(fā)的整個過程 ，包括風(fēng)格設(shè)計、機械設(shè)計、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機、機械加工、分析和模擬。主要特點是具有很強的三維復(fù)雜曲面造型和加工編程能力。 在國內(nèi)應(yīng)用情況：最先主要應(yīng)用在西飛公司、航空設(shè)計院等高端設(shè)計領(lǐng)域。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，在上汽、一汽、豐田、本田、現(xiàn)代等汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用。 UG軟件 是一個集 CAD、 CAM、 CAE與一體的計算機輔助設(shè)計與制造集成系統(tǒng)。適合于航空航天、汽車、通用機械以及模具等的設(shè)計分析與制造。其 CAM功能被認(rèn)為是業(yè)界中最好和最具代表性的。 在國內(nèi)應(yīng)用情況：最先應(yīng)用于高端的數(shù)控加工領(lǐng)域。隨著通用汽車落戶上海， UGS以其汽車模塊、高級曲面造型、逆向工程、模具、數(shù)控加工以及 PLM系統(tǒng)的強大優(yōu)勢，在長三角地區(qū)通用系汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)、航空發(fā)動機企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。 Pro/E軟件 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念。它的特點表現(xiàn)在基于特征參數(shù)化設(shè)計方面。 在國內(nèi)應(yīng)用情況：隨著 20世紀(jì) 80、 90年代我國對外開放， Pro/E伴隨著 “ 三來加工 ” 從臺、港等地迅速傳入廣東、浙江一帶，并在我國東南地區(qū)輕工行業(yè)的快速發(fā)展中形成較大的影響，廣泛應(yīng)用于輕工、電器及其模具設(shè)計制造等的中小型制造企業(yè)，并隨著發(fā)展壯大不斷向汽車等大型制造領(lǐng)域延伸。 Pro/ENGINEER的特征 Pro/ENGINEER具有如下的特性： ? 3D實體模型 ? 單一數(shù)據(jù)庫，全相關(guān)性 ? 以設(shè)計特征作為數(shù)據(jù)庫存取單位 ? 參數(shù)式設(shè)計 Pro/E Wildfire 著名的三維建模軟件 Pro/ENGINEER是美國 PTC（參數(shù)技術(shù)）公司的大作。自 1988年 Pro/ENGINEER問世以來，該軟件不斷發(fā)展和完善，目前已是世界上最為普及的 CAD/CAM/CAE軟件之一，基本上成為三維 CAD的一個標(biāo)準(zhǔn)平臺。 Pro/ENGINEER廣泛應(yīng)用于電子、機械、模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、航空航天、家電、玩具等行業(yè)，是一個全方位的 3D產(chǎn)品開發(fā)軟件。它集零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、 NC加工、鈑金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)模擬、壓力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能于一體。 該軟件版本主要經(jīng)歷了 202 2022i、202 Wildfire版本升級過程。從 2022版本發(fā)展到 Wildfire版本， Pro/ENGINEER的界面風(fēng)格和易用性發(fā)生了很大變化，特別是以直觀的可交互的特征操控面板替代以往版本的菜單流風(fēng)格，不僅便于用戶快速掌握此軟件的使用，也大大提高了設(shè)計人員的操作效率。 Pro/ENGINEER Wildfire 軟件的易用性上作了進(jìn)一步的改進(jìn)。 Pro/ENGINEER Wildfire ，舉以下幾點進(jìn)行說明： 一、相比其他軟件， PROE的草繪命令品種最少，用得非常不爽，此次 ，這些草繪命令品種其他軟件很早就有了，此次 ，更人性化了。 可以畫傾斜的矩形、傾斜的橢圓和菱形； 以前版本只能偏移外部實體（曲面）邊或外部草圖線條，若要快速偏移剛畫好的線比較麻煩，尤其是要想偏移一條樣條曲線，必須畫完樣條曲線后跳出來重新建一個草圖才能偏移那個樣條曲線，現(xiàn)在不用這么麻煩，在同個草圖環(huán)境下，可以直接偏移剛剛畫好的線； 約束命令：先前版本點個約束要跳出一個框，然后才能選約束。 ，也像其他軟件一樣，點選三角符號，所有約束全部顯示，而且運用后的新約束會智能留在約束工具表面上，可以快速重復(fù)點擊使用。 標(biāo)注多了幾個命令 標(biāo)注好的尺寸可以在強尺寸和參考尺寸之間任意轉(zhuǎn)換，就好比如一條線，可以在實線和建構(gòu)線之間任意轉(zhuǎn)換； 標(biāo)注一個尺寸會直接跳出等待輸入數(shù)值的框，以前版本標(biāo)注一個尺寸，要雙擊該尺寸才能輸入數(shù)值； 二、軟件反應(yīng)速度更快。 三、加強筋功能增強了，畫加強筋不再那么麻 煩，這點其他軟件也早就具有這種功能； 四、工程圖中增加很多工具命令了，不用去菜單里頭找。 五、模型外觀顏色器，顏色更換 快速點選 有改進(jìn)，但還是比不上其他軟件。 第 1章 Pro/ENGINEER Wildfire 本節(jié)詳細(xì)介紹 Pro/ENGINEER Wildfire 面，對文件菜單的使用方法作了詳細(xì)介紹，同時對主菜單和工具欄也作了介紹，此外還介紹了鼠標(biāo)的使用、系統(tǒng)參數(shù)的配置方法以及培訓(xùn)文件的使用方法。 熟悉 Pro/ENGINEER Wildfire ，掌握Pro/ENGINEER Wildfire ，為學(xué)習(xí)后面的內(nèi)容做準(zhǔn)備。 熟悉 Pro/E Wildfire 如下圖所示為 Pro/ENGINEER Wildfire 模塊的工作界面，其他模塊界面的風(fēng)格也大致如此。 這里以零件設(shè)計模塊為對象，介紹 Pro/E W 。 ? 主菜單區(qū)：位于窗口的上部，放置系統(tǒng)的主菜單。不同的模塊，在該區(qū)顯示的菜單及內(nèi)容有所不同。 ? 主菜單工具欄區(qū)：一些使用頻繁的基本操作命令，以快捷圖標(biāo)按鈕的形式顯示在這里，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置快捷圖標(biāo)的顯示狀態(tài)。不同的模塊，在該區(qū)顯示的快捷圖標(biāo)有所不同。 ? 特征命令工具欄區(qū)：位于窗口工作區(qū)的右側(cè)，將使用頻繁的特征操作命令以快捷圖標(biāo)按鈕的形式顯示在這里，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置快捷圖標(biāo)的顯示狀態(tài)。不同的模塊，在該區(qū)顯示的快捷圖標(biāo)有所不同。 ? 工作區(qū)： Pro/E軟件的主窗口區(qū)。用戶操作的結(jié)果常常顯示在該區(qū)域內(nèi)，用戶也可在該區(qū)域內(nèi)對模型進(jìn)行相關(guān)的操作，如觀察模型、選擇模型、編輯模型等。 ? 導(dǎo)航欄隱藏 /顯示區(qū)：位于窗口工作區(qū)的左側(cè)。單擊導(dǎo)航欄右側(cè)的符號“ ”，顯示導(dǎo)航欄，單擊導(dǎo)航欄右側(cè)的符號 “ ”，隱藏導(dǎo)航欄。導(dǎo)航欄中包括模型樹、資源管理器、收藏夾和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源四部分內(nèi)容。單擊相應(yīng)選項按鈕，可打開相應(yīng)的導(dǎo)航面板，如圖所示。 ? 信息顯示區(qū)：位于窗口工作區(qū)的頂部，對當(dāng)前窗口中的操作作出簡要說明或提示，對于需要輸入數(shù)據(jù)的操作，會在該區(qū)出現(xiàn)一文本框，供用戶輸入數(shù)據(jù)使用，如圖所示。 ? 過濾器欄：位于主窗口的右下角，使用該欄相應(yīng)選項，可以有目的地選擇模型中的對象。利用該功能，可以在較復(fù)雜的模型中快速選擇要操作的對象。單擊其右側(cè)的按鈕 ，打開其下拉列表，顯示當(dāng)前模型可供選擇的項目，如圖所示。 所謂 “ 智能選擇 ” ，是指當(dāng)光標(biāo)移動到模型某個特征上時，系統(tǒng)會自動識別出該特征，在光標(biāo)附近出現(xiàn)該特征的名稱，同時該特征的邊界高亮顯示為藍(lán)色，如圖所示。此時，單擊鼠標(biāo)左鍵，便選中該特征，其邊界高亮顯示為紅色。 關(guān)于選取 選取對象是應(yīng)用 Pro/E軟件最基本的操作。必須選取設(shè)計項目（基準(zhǔn)或幾何）才可在模型上工作。用戶可以在激活特征工具之前或之后選取項目。要選取項目，將鼠標(biāo)指針置于圖形窗口中要選擇的項目附近，項目預(yù)選加亮后，單擊它。如果特征復(fù)雜，或選擇的對象不易捕捉時，則可查詢該項目或使用過濾器選擇方式選擇對象。 ? 如果同時選擇多個對象，應(yīng)使用 Ctrl鍵或 Shift鍵。按 Ctrl鍵同時雙擊鼠標(biāo)可選取或移除項目，并激活 “ 編輯 ” （ Edit），以更改選定項目的尺寸值和屬性。如下圖，左圖所示為按下 Ctrl鍵，依次點擊要選擇的特征，同時選中三個特征；右圖所示為按下 Shift 鍵，依次點擊首尾兩個特征，同時選中這兩個特征之間的所有特征。 圖 26 定制窗口布局 使用 “ 工具箱 ”快捷菜單可改變窗口中菜單條和工具欄的布局。在頂部或右側(cè)工具欄上的任何地方單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出如右圖所示的 “ 工具箱 ” 快捷菜單。 使用 “ 工具箱 ” 快捷菜單，可定制如下布局： ?有些按鈕用于特殊菜單或功能集的命令，要在工具欄顯示這些按鈕，在 “ 工具箱 ”快捷菜單選取相關(guān)的選項即可。 ? 單擊 “ 工具箱 ” 快捷菜單中的 【 命令 】選項，打開如右圖所示的 〖 定制 〗 對話框。使用 〖 定制 〗 對話框的 〖 命令 〗 選項卡可以添加或刪除菜單項目和按鈕。 ? 單擊 〖 定制 〗對話框中的【 工具欄 】 按鈕，顯示如右圖所示的 〖 工具欄 〗 選項卡，在該選項卡中設(shè)定菜單或按鈕在窗口的放置位置。 注：如果打算在每次打開 Pro/E軟件時都顯示定制的工作界面，則選中 〖 定制 〗 窗口的 “ 自動保存到（ S） ” 選項，否則不要勾選此項。 使用多個 Pro/E窗口 在 Pro/E中如果打開多個窗口，那么一次只能激活其中一個（即處于工作狀態(tài)）；不過，在非活動窗口中仍可以執(zhí)行某些功能。要激活一個非活動窗口，只需單擊菜單【 窗口 】 → 【 激活 】 命令或在鍵盤上按 “ Ctrl+A”鍵。 在 Pro/E窗口輸入數(shù)據(jù) Pro/E窗口常用的快捷菜單 Pro/E窗口常用的快捷鍵 常用快捷鍵及其用途 工具欄 使用三鍵鼠標(biāo) 文件的管理 使用文件菜單中的相應(yīng)命令選項，可對圖形