基於三維CAD典型零件庫的創建
（08機電一體化專業）侯春麗
［摘要］本課題“基於三維CAD典型零件庫的創建”，主要是利用三維CAD技術，為在教學中使用的模型創建3D模型庫，使之成為《機械製圖》課程行之有效的媒體，更有助於提高學生空間想象能力、形象思維能力等的基本工程素質，為機械製圖新的課程體係的改革提供了必要的資源，為機械類後續課程的學習奠定堅實的基礎，減少這些零部件的重複設計與繪圖，促進資源共享，實現資源的整體優化。
本文以微型調節支承為例，使用Pro/E軟件創建三維模型庫，並對繪製過程進行介紹，以求真實具體。
［關鍵詞］三維CADPro/E典型零件庫
1緒論
1.1課題背景
課題來源於教學的需求，教學模型作為教學手段的重要組成部分，在幫助學生形象地理解教學內容的過程中，發揮著積極的輔助教學的作用。機械製圖無論是在課堂教學還是在課後作業，都需要大量使用教學模型，以增加學生的感性認識，最終達到空間思維能力的培養。傳統的教學模型因其價高、易損、不便攜帶、不能修改等缺點，已經不能滿足現代教學的需要。應用計算機軟件結合多媒體技術建立基於三維CAD技術的模型庫，不僅可以完全克服傳統教具的缺點，也是實施課程教學改革中的重要組成部分。
“基於三維CAD機械零部件庫的開發”課題即是創建3D模型庫，使之成為《機械製圖》課程行之有效的媒體，更有助於提高學生空間想象能力、形象思維能力等的基本工程素質，為機械製圖新的課程體係的改革提供了必要的資源，為機械類後續課程的學習奠定了堅實的基礎，減少這些零部件的重複設計與繪圖，促進資源的共享，實現資源的整體優化。
另外，除在教學上，在機械零件加工行業，基於三維CAD零件庫開發也有著重要的意義，如在加工零件前使用軟件進行仿真可以大大地減少廢品的數量。
1.2設計任務
1.2.1總體設計方案
機械製圖模型庫實際上是對實物模型進行計算機虛擬化處理，利用計算機軟件及多媒體技術製作形象逼真的虛擬實體模型，取代傳統實物模型的製作、管理和使用。機械製圖虛擬模型庫總體設計方案。
1.2.2課題組總任務
基於三維CAD機械零部件庫的開發設計內容主要包括：利用三維CAD軟件，完成三維模型庫的創建，並將模型庫載入互聯網，使其成為公共資源，方便學生、老師和學習者瀏覽、學習，最後將設計思想和建模過程等內容進行整理，撰寫為設計說明書。
1.2.3個人任務和技術（業務）要求
課題的設計分工如表所示（表略）。
在設計中本人的任務是軸類零件、盤類零件、箱體類、叉架類零件和部分裝配體的設計和建模。
要求：
（1）使用Pro/E軟件進行設計建模；
（2）零部件包括以下內容：
主要完成微型調節支承的底座、套筒、支承杆、調節螺母和千斤頂的起重螺杆、頂蓋、旋轉杆、底座的建模；千斤頂、虎鉗的裝配體。
第一章三維CAD技術
1.1Pro/ENGINEER概述
Pro/ENGINEER係統作為當今最流行的三維實體造型軟件，內容豐富、功能強大，在工業設計中應用得日益廣泛。Pro/E是目前最先進計算機輔助設計、製造和分析軟件，廣泛應用於機械、電子、建築和航空等工業領域，利用Pro/E的強大功能可以很輕鬆地完成絕大多數機械類設計、製造和分析任務。
20世紀80年代，美國CV公司的一批技術人員率先提出了參數化造型技術，其最主要的特點是基於特征、全尺寸約束、單一數據庫、尺寸驅動設計修改等。但是該技術在CV公司並沒有受到重視，在公司決策層正式否決了這一新的技術後，這批技術人員決心離開CV公司，獨自創立公司來推廣這項技術。1986年，以這批技術人員為研發核心的PTC公司正式成立了。它雖然成立時間晚，但由於沒有沉重包袱，設計思想先進，在短短的幾年裏很快就開發了一個麵向機械工程的三維CAD/CAM/CAE集成軟件——Pro/EGINEER係統。1989年，PTC公司推出了Pro/E軟件的第一個版本。它一經麵世，就以它的尺寸驅動、基於特征設計的實體造型軟件而深受用戶歡迎。Pro/E軟件很快就被廣泛應用於自動化、機械、電子、模具、汽車、航空航天和醫療器械等多個領域。該產品在市場上的巨大成功，給了PTC公司以巨大的鼓舞來不斷完善軟件。PTC公司在花大力氣進行技術開發的同時，不斷收集用戶反饋回來的信息，逐步在軟件中增加各種實用的模塊和功能，使之不斷地擴大應用範圍。
1.1.1Pro/E的主要功能模塊
（1）草繪模塊。
草繪模塊用於繪製和編輯二維平麵草圖。絕大部分的三維模型都是通過對二維草繪截麵的一係列操控而得到的。所以，二維草圖繪製在整個三維實體建模的過程中具有非常重要的作用，是使用零件模型進行三維建模的重要步驟。在使用零件模型進行三維實體特征時，在需要進行二維草圖繪製時，係統會自動切換到草繪模塊。另外，在零件模塊中繪製二維平麵草圖時，也可以直接讀取在草繪模塊下繪製並存儲的文件。
（2）零件模塊。
零件模塊用於創建和編輯三維實體模型。在大多數情況下，創建三維實體模型是使用Pro/E軟件進行產品設計和開發的主要目的，因此零件模塊也是參數化實體造型最基本和最核心的模塊。
Pro/E建模方法更接近於真實的機械加工過程：首先創建基礎特征，這相當於在機械加工之前先加工毛坯；然後在基礎特征之上創建各種放置特征，如創建圓孔、倒角和筋等，每添加一個放置特征就相當於一道機械加工工序。
利用Pro/E軟件進行三維實體造型的過程，實際上就是使用零件模塊依次進行創建各種類型特征的過程。這些特征之間可以相互之間存在一定的參考關係，例如各特征之間存在的父子關係等。在產品的設計過程中，特征之間的相互聯係不可避免，所以對初學者來說，最好盡量減少特征之間複雜的參考關係，這樣可以方便地對某一特征進行獨立的編輯和修改，而不會發生意想不到的設計錯誤。
（3）裝配模塊。
裝配就是將多個零件按照實際的生產流程組裝成一個部件或整的產品的過程。零件裝配模塊是一個參數化組裝管理係統，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝係列及可自動地更換零件。當然，用戶也可以根據需要添加新零件或對已有零件進行編輯和修改。
使用Pro/E軟件的零件裝配模塊進行產品的組裝將是一項輕鬆的工作。在裝配過程中，按照裝配要求，用戶不但可以臨時修改尺寸參數，而且可以使用爆炸圖的方式來顯示已組裝零件相互之間的位置關係，非常直觀。
（4）曲麵模塊。
曲麵模塊用於創建各種類型的曲麵特征。使用曲麵模塊創建曲麵特征的基本方法和步驟與使用零件模塊創建三維實體特征非常類似。曲麵特征雖然不具有厚度、質量、密度和體積等物理屬性，但是通過對曲麵特征進行適當的操作就可以方便地使用曲麵來圍成實體特征的表麵，還可以進一步把由曲麵圍成的模型轉化為實體模型。
曲麵造型功能在創建形狀特別複雜的零件時具有舉足輕重的地位。
（5）工程圖模塊。
使用零件模塊和曲麵模塊創建三維模型後，下一步就要在生產第一線將三維模型轉變為產品，這時，設計人員必須將二維工程圖送到加工現場，用於指導加工生產。
Pro/E軟件可以通過工程圖模塊直接由三維實體模型生成二維工程圖。係統提供的二維工程圖包括一般視圖（通常所說的三視圖）、局部視圖、剖視圖和正投影視圖等。用戶可以根據零件的表達需要靈活選取需要的視圖類型。