(整理)基于烟灰缸的设计设计

基于烟灰缸的设计
学习情境一烟灰缸的设计
【任务描述】
本情境要求创建如下所示的烟灰缸，构建该模型使用拉伸、拔模、实体编辑、抽壳等特征。

【相关知识】
模块1 Pro/ENGINEER Wildfire4.0简介
1．1 Pro/ENGINEER系统概述
三维建模软件Pro/ENGINEER是美国PTC（参数技术）公司创作的。

该软件自1988年问世以来，得到不断发展和完善，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件。

它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。

该软件版本主要经历了98、2000、2000i、2001、Wildfire版本升级过程。

最新Pro/ENGINEER Wildfire 4.0版本在功能加强和软件的易用性上作了进一步的改进。

Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的功能与特点如下：
1．完整的3D建模功能，使用户能提高产品质量和缩短新产品开发周期。

2．通过自动生成相关的模具设计、装配指令和机床代码，可有效提高生产效率，降低技术人员劳动强度，避免人为差错的出现。

3．能够仿真和分析虚拟样机，从而改进产品性能和优化产品设计。

4．能够在所有适当的团队成员之间完美地共享数字化产品数据，避免重复劳动。

5. 与各种CAD工具（包括相关数据交换）和业界标准数据格式兼容，生成模型文件的通用性高，便于相关技术人员的技术交流与合作。

1．2 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的新增功能
相对于旧版本而言，Pro/ENGINEER 4.0的进步主要体现在用户操作效率方面，主要改进
功能介绍如下：
1．增加草绘识别功能
草绘识别功能主要包括着色封闭环、加亮开放端点和几何重叠图元以及建模要求分析等。

利用这些功能，可以对所绘草图的封闭性、开放端点、重叠图元以及是否满足后续建模要求等做出准确判断，从而提高绘图精度，减少不必要的重复操作，以达到提高工作效率的目的。

2．增强移除功能
移除功能可以进一步增强特征编辑功能，从而为开发外形丰富的产品资源奠定基础。

Pro/ENGINEER 4.0的移除功能在原有基础上扩大了移除范围，不仅适用于倒圆角特征，还适于倒角、筋、孔等实体或曲面特征。

3．扩大孔特征操作范例
在Pro/ENGINEER 4.0中，孔特征操控板中包含简单孔、标准孔、草绘孔和锥孔等多种类型的孔的创建，并将放置参考点变为绿色，而且利用草绘孔图标按钮代替原来的下拉框，从而简化了鼠标操作的繁琐步骤。

此外，在简单孔的基础上，新增了标准孔轮廓功能，其孔类型与标准孔一致，在钻孔肩部深度基础上新增钻孔深度功能。

4、优化钣金设计功能
钣金件是指具有均匀厚度的金属薄板零件。

在Pro/ENGINEER 4.0中，创建钣金件的方法与创建实体零件相同，都需要一个毛坯，即首先必须以薄壁特征进行冲孔、折弯、扭转、局部冲型、展开等操作，即可完成钣金设计。

在整个钣金设计过程中，优化功能如下：
(1)草绘截面重复使用
(2)新增钣金壁厚度参数
(3)新增保留变形区域功能
1.3 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的特点如下：
1．完整的3D建模功能，使用户能提高产品质量和缩短新产品开发周期。

2．通过自动生成相关的模具设计、装配指令和机床代码，可有效提高生产效率，降低
技术人员劳动强度，避免人为差错的出现。

3．能够仿真和分析虚拟样机，从而改进产品性能和优化产品设计。

4．能够在所有适当的团队成员之间完美地共享数字化产品数据，避免重复劳动。

5．与各种CAD工具（包括相关数据交换）和业界标准数据格式兼容，生成模型文件的
通用性高，便于相关技术人员的技术交流与合作。

1．4 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 操作界面
当安装了Pro/ENGINEER4.0后可以通过单击桌面上的快捷图标来启动Pro/ENGINEER，
打开其工作界面。

如图4-1所示。

图1.4.1 ProE Wildfire 4.0操作界面
1.4.1 常规界面元素
常规界面元素主要包括菜单栏、工具栏、设计绘图区等，分别介绍如下：
1、菜单栏
和其它标准的窗口化软件一样，Pro/ENGINEER4.0菜单提供了基本的窗口操作命令和模型处理功能。

2、工具栏
Pro/ENGINEER4.0有两种工具栏，标准工具栏和特征工具栏。

标准工具栏一般位于窗口的上方，一些使用频繁的基本操作命令，以快捷图标按钮的形式显示在这里，用户可以根据需要设置快捷图标的显示状态。

不同的模块，在该区显示的快捷图标有所不同。

一般包括：文件管理工具栏、基准显示工具栏、模型显示工具栏等；特征工具栏一般位于窗口右侧，将使用频繁的特征操作命令以快捷图标按钮的形式显示在这里，所以又叫快捷菜单栏，用户可以根据需要设置快捷图标的显示状态。

不同的模块，在该区显示的快捷图标有所不同。

3、设计绘图区
设计绘图区是建模时使用的一个重要工作区域，一般位于界面的中间。

用户操作的结果常常显示在该区域内，用户既可通过草绘环境创建所需要的各种基础实体或曲面，也可通过视图操作或编辑命令对模型执行旋转、平移、缩放、复制、粘贴等各种动态操作。

4、导航器
导航栏隐藏/显示区：位于窗口工作区的左侧。

单击导航栏右侧的符号“>”，显示导航栏，单击导航栏右侧的符号“<”，隐藏导航栏。

导航栏中包括模型树、文件浏览器、个人收藏夹和连接四部分内容。

单击相应选项按钮，可打开相应的导航面板。

如图1.4.2所示。

图1.4.2 导航栏隐藏/显示区
导航器各选项卡的功能说明如下：
（1）模型树
记录特征的创建、零件和组件中所有特征的创建顺序、名称、编号和状态等相关数据，每一类特征名称前都有此类特征的图标。

此外，模型树也是进行编辑操作的区域。

（2）文件浏览器
主要用于查看硬盘或网络上的文件。

在文件浏览器中右击，然后在快捷菜单中选择【展开】，即可展开其中的文件夹，显示其中的全部文件。

此时如果在导航器中选择Pro/ENGINEER 的文件，系统会显示预览窗口。

（3）个人收藏夹
用于保存读者自己常用的网页地址。

通过其上方的【添加】和【组织】按扭，可以收藏网页。

（4）连接
主要用于访问相关网络资源，如连接PTC公司网站，使用户能够在工作的同时通过
Pro/ENGINEER内建的浏览器上网查询数据。

5、信息提示区
位于窗口工作区的底部，对当前窗口中的操作进行记录、简要说明或提示，对于需要输入数据的操作，会在该区出现一文本框，供用户输入数据使用。

图1.4.3 信息显示区
6、过滤器
位于主窗口的右下角，使用该栏相应选项，可以有目的地选择模型中的对象。

利用该功能，可以在较复杂的模型中快速选择要操作的对象。

单击其右侧的按钮，打开其下拉列表，显示当前模型可供选择的项目，如图1.4.4所示。

智能选择如图1.4.5所示，即当光标移动到模型某个特征上时，系统会自动识别出该特征，在光标附近出现该特征的名称，同时该特征的边界高亮显示为蓝色。

图1.4.4 过滤器图1.4.5 智能选择
7、特征操控板
特征操控板是各种特征命令的载体。

在Pro/ENGINEER4.0中，许多复杂的命令都涉及多个操作对象，多个参数以及多种控制选项的设置，这些设置操作均在特征操控板上进行。

特征操控板一般由三部分构成：主设定区、扩展选项区和确认区。

（1）主设定区列出特征操作的主要步骤。

（2）扩展选项区包含其他辅助性的选项设置，其中对于扩展选项区所打开的菜单称为上滑板。

针对不同特征，由扩展选项区打开的上滑板也不同，一般都包括【选项】和【属性】两上滑板。

（3）确认区利用这个区域的【预览】工具可预览操作结果，利用【暂停】、【确认】或【取消】工具可以暂停、确认或取消当前的特征操作。

Pro/E4.0中的特征操控板是对Pro/E旧版本的重要改进，但这种改进并不彻底，仍有很多特征操作沿用传统的瀑布菜单方式，例如混合、扫描、螺旋扫描等特征时，仍然以菜单方式设定操作步骤。

（3）菜单显示启用此复选框后,菜单栏中的各个命令选项都将以图标形式显示.
1.4.2 定制界面
使用“工具箱”快捷菜单可改变窗口中菜单条和工具栏的布局。

在顶部或右侧工具栏上的任何地方单击鼠标右键，弹出“工具箱”快捷菜单。

如图1.4.6所示
图1.4.6
1、使用“工具箱”快捷菜单，定制布局：
有些按钮用于特殊菜单或功能集的命令，要在工具栏显示这些按钮，在“工具箱”快捷菜单选取相关的选项即可。

如图1.4.7所示
图1.4.7 定制对话框
单击【定制】对话框中的【导航选项卡】按钮可设置导航器在界面中的显示位置、显示宽度等属性，还可以设置模型树相对于导航器的位置。

导航器在界面中可以位于左侧或右侧，而模型树相对于导航器的放置位置有如下3种情况：
（1）作为导航选项卡的一部分将模型树放置在导航器中，这是系统默认的放置方式。

（2）图形区域上方将模型树放置在创建绘图区的上方。

（3）图形区域下方将模型树放置在创建绘图区的下方。

如果打算在每次打开Pro/E软件时都显示定制的工作界面，则选中【定制】窗口的“自动保存到（S）”选项，否则不要勾选此项。

单击【定制】对话框中的【浏览器】按钮，显示【浏览器】选项卡，用于设置浏览器显示的宽度。

若启用【在打开或关闭时进行动画演示】复选框，则系统在打开或关闭浏览器时，将使用动画演示。

单击【定制】对话框中的【选项】按钮，显示【选项】选项卡，用于设置信息栏的放置位置、活动窗口的显示状态和图标工具在菜单中的显示状态等属性。

【选项】选项卡主要包括下列选项。

（1）消息区位置用于设置信息栏的放置位置。

若选择【图形区域上方】单选按扭，则信息栏将放置在创建绘图区域上方；反之，则放置在绘图区域下方。

（2）次窗口在建模过程中，用于设置活动窗口（对话框或菜单）的显示状态，包括
【以缺省尺寸打开】和【以最大化打开】两种方式.
（3）菜单显示启用此复选框后,菜单栏中的各个命令选项都将以图标形式显示.
1.5 新建和管理文件
使用文件菜单中的相应命令选项，可对图形文件执行相应操作。

单击主菜单中的【文件】选项，弹出其下拉菜单，现将该菜单中常用功能选项的使用方法介绍如下：
1.5.1 新建文件
单击文件菜单中的【新建】选项，系统显示【新建】对话框，该对话框包含要建立的文件类型及其子类型。

如图1.5.1所示
图1.5.1 新建对话框
选择任何一种类型（如零件）及子类型（如实体），并设置文件名称。

如果在对话框中启用【使用缺省模板】复选框，则新建文件的模型尺寸单位为英制；如果禁用此复选框，则打开【新文件选项】对话框，在此对话框中可选择所需模板。

注意：新建文件的类型不同，其扩展名也不一样。

如草绘类型的扩展名为.sec，零件类型的扩展名为.prt.读者可以在【新建】对话框中自行指定文件名称，但Pro/ENGINEER4.0不支持汉字和空格。

1.5.2 管理文件
Pro/ENGINEER4.0在管理文件方面有其独特和优势，大部分命令都集中在【文件】菜单中，下面介绍几种常用的文件操作方式。

1. 打开文件
在Pro/ENGINEER4.0中，有两种打开文件的方式，并且通过打开的文件可以查看文件
属性和建模操作过程，还可以在此基础上编辑或重定义模型。

（1）传统方式单击【文件】菜单中的【打开】选项，系统显示【文件打开】对话框，使用该对话框查找到要打开的文件后单击【打开】按扭即可打开文件。

如图1.5.2所示
图1.5.2 文件打开对话框
（2）通过浏览器将导航器切换到【文件浏览器】选项卡，然后从下拉列表中选择要打开文件所在的文件夹路径，双击该文件或者将该文件拖到设计绘图区，系统将打开所选文件。

2. 设置工作目录
单击【文件】菜单中的【设置工作目录】选项，打开【选取工作目录】对话框。

在【名称】栏中输入一个目录名称，单击【确定】按钮即可完成当前工作目录的设定。

如图1.5.3所示。

设定当前工作目录可方便以后文件的保存与打开，既便于文件的管理，也节省文件打开的时间。

该对话框与【打开】对话框类似，相应的功能选项也一样。

图1.5.3 选取工作目录
3. 关闭窗口
单击【文件】菜单中的【关闭窗口】命令或单击当前模型工作窗口中的按钮，都可关闭当前模型的工作窗口。

关闭窗口后，建立的模型仍保留在内存中，除非系统的主窗口被关闭，否则仍可在【文件打开】对话框中打开该模型。

4. 保存
单击【文件】菜单中的【保存】命令，可以将当前工作窗口中的模型以增加版本号的方式建立一个新的版本，原来的版本仍然存在。

例如原始文件名为“car.prt.1”的模型，使用【保存】命令保存当前模型后，系统自动将该模型保存为“car.prt.2”。

若要打开不同版本的模型，则在【文件打开】对话框中单击按钮【工具】|【所有版本】，选择所有版本选项
即可显示模型文件的所有版本，然后选择要打开的版本文件即可。

5. 保存副本
【保存副本】命令允许用户修改文件名称、类型和保存路径以保存副本。

如图 1.5.4所示。

图1.5.4 保存副本
6. 备份
【备份】命令允许用户将文件创建备份到不同位置。

既可在当前目录下对当前模型文件同名备份，亦可在其他目录中同名备份。

如图1.5.5所示。

图1.5.5 备份
7. 重命名
使用该命令可实现对当前工作界面中的模型文件重新命名。

如图1.5.6所示
图1.5.6 重命名
8. 拭除
使用【拭除】命令可将内存中的模型文件删除，但并不删除硬盘中的原文件。

如图1.5.7所示。

（1）拭除当前：将当前工作窗口中的模型文件从内存中删除。

（2）拭除不显示：将没有显示在工作窗口中但存在于内存中的所有模型文件从内存中删除。

（3）拭除元件表示：把进程中没有使用的，而且用简化表示的模型，从内存中删除。

图1.5.7 拭除
9. 删除
使用该命令可删除当前模型的所有版本文件，或者删除当前模型的所有旧版本，只保留最新版本。

单击【删除】命令，弹出图1.5.8所示的下拉菜单，若单击【所有版本】选项，弹出图1.5.9所示的确认框，单击【是】按钮，则删除当前模型的所有版本；若单击【旧版本】选项，系统显示如图1.5.10所示的信息提示框，单击按钮或按回车键，则删除当前模型的所有旧版本，只保留最新版本。

10. 打印
单击该选项，系统显示【打印】对话框，如图1.5.11所示。

（1）目的：该栏中显示要使用的打印机名称。

单击按钮，在其下拉列表中选择打印机类型。

（2）配置：单击该按钮，打开【着色图像配置】对话框，设置图纸尺寸和打印分辨率。

如图1.5.12所示。

11. 退出
单击该选项，弹出【确认】对话框，单击【是】按钮，则退出当前系统。

注意：
在默认配置环境下系统退出时并不提示【是否保存尚未保存的文件】，因此使用该命令前应首先保存要保存的文件，然后再单击该命令。

若要使系统退出时有提示保存文件的功能，只需在系统的配置文件中设置“Prompt_on_exit”的值为“Yes”即可。

1．6 视图操作
视图操作是Pro/ENGINEER进行模型设计的前提条件，只有熟练掌握了模型的旋转、缩放，各种视角的切换、设置和保存，了解了模型的显示模式，才能迅速准确地选取编辑对象，正确地预览操作的效果。

1.6.1 模型查看
缩放、旋转、移动模型的目的是为了在不同的视角下清晰地表现模型的设计特点，以方便用户的设计工作。

在了解模型查看知识前，先来了解鼠标的妙用。

1. 鼠标的妙用
在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中使用的鼠标必须是三键鼠标，否则许多操作不能进行。

下面对三键鼠标在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中的常用操作说明如下：左键：用于选择菜单、工具按钮，明确绘制图素的起始点与终止点，确定文字注释位置，选择模型中的对象等。

中键：单击中键表示结束或完成当前操作，一般情况下与菜单中的【完成】选项、对话
框中的【确定】按钮、特征操控板中确认按钮的功能相同。

此外，鼠标的中键还用于控制模型的视角变换、缩放模型的显示及移动模型在视区中的位置等，具体操作如下：按下鼠标中键并移动鼠标，可以任意方向地旋转视区中的模型。

对于中键为滚轮的鼠标，转动鼠轮可放大或缩小视区中的模型。

同时按下Ctrl键和鼠标中键，上下拖动鼠标可放大或缩小视区中的模型。

同时按下Shift键和鼠标中键，拖动鼠标可平移视区中的模型。

右键：选中对象（如工作区和模型树中的对象、模型中的图素等），单击右键，显示相应的快捷菜单。

2. 缩放模型
打开一零件或组件模型，然后单击工具栏上的【放大】按钮，按住鼠标左键，拖动要放大的矩形区域。

单击【缩小】
按钮，可缩小模型。

单击按钮或使用ctrl+D组合键恢复到默认状态。

3. 旋转模型
旋转模型主要通过鼠标中键来实现，单击工具栏中的【旋转】按钮，按住鼠标中键进行旋转。

如果打开工具栏上的【旋转中心开/关】按扭，在进行模型旋转时，模型将以默认的模型中心为旋转中心。

4. 平移模型
平移模型也要通过鼠标中键来实现。

在绘图区按下中键作为平移中心。

按住中键，同
时按下shift键，移动鼠标，模型即以此点为中心平移。

1.6.2 视角设置
1. 方向菜单命令
选择【视图】|【方向】命令，弹出【方向】命令的子菜单：
【方向】命令各子菜单的作用和说明见表1-1所示。

表1-1 【方向】命令各子菜单说明
子菜单名称说明
标准方向使用该命令可以回到系统默认视角，其快捷键为ctrl+D
上一个返回到前一个视角
重新调整模型经过缩放、旋转、移动后，使用此命令可以重新调整为默认显示状态，显示整个模型
重定向在重定向有3种类型可选，下面将做详细说明
活动注释方向使用该命令可以回到将要用来创建下一个注释或注释元素的注释方向
定向模式使用此命令和单击工具栏上的旋转按扭具有同等的效果，使用此命令后定向类型选项成为可用状态
定向类型有动态、固定、延迟、速度4种选项类型
选择【重定向】命令，弹出【方向】对话框。

在类型【类型】下拉列表框中选中【动态定向】选项，在此对话框中可以通过使用移动滑块和输入值方式改变模型大小和方向，到适当视角后，在【已保存的视图】下的名称文本框中输入该视角名称，单击【保存】按扭，在使用过程中单击按扭按Enter键保存当前视图即可。

单击【编辑】按钮，在弹出的下拉菜单中选择相应的选项可以修改视图名称、重新定向、更新或者删除视图设置，
1.6.3 模型显示设置
在Pro/ENGINEER4.0中，模型的显示设置主要包括模型的显示模式、颜色设置、光线设置和模型的渲染等内容。

1. 模型的显示模式
Pro/ENGINEER4.0提供了四种模型的显示模式，它们是：线框、隐藏线、无隐藏线和着色4种显示效果。

2. 模型的颜色设置
系统默认的模型着色显示为灰色，有时候默认的颜色不能表现出零件模型的特点，可以把模型自定义为其它颜色。

选择【视图】|【颜色和外观】命令，弹出【外观编辑器】对话框，该对话框主要包括以下3部分内容：
（1）材质面板
通过材质面板可以选择并设置应用到模型的材质球，还可以利用【添加】+或【删除】-工具向材质面板中添加新材质或删改选取的材质。

一般情况下，创建的新材质为选取材质的副本，通过【属性】面板可以设置新材质的属性，以区别原有材质。

（2）指定
此面板主要用于设置应用材质的对象，通过【应用】工具将所选取的材质应用到对象上，其中主要选项有：选取应用对象、从模型、清除三种。

（3）属性
利用该面板可以设置材质颜色、纹理贴图、透明度、折射率以及光泽度等属性，其中包括基本、映射、高级、Photolux4个选项卡。

模块2基础实体特征
2.1三维造型设计基础
PRO/ENGINEER最重要的特点就是其强大的三维造型设计功能。

从现在开始我们将逐步深入地学习PRO/ENGINEER中三维造型的基本方法。

在正式介绍三维造型方法之前，首先介绍几个必要的基础知识。

2.1.1特征及其分类
在Pro/E中，一个三维实体模型的创建过程就是从无到有依次生成各种类型特征
并进行合理组合的过程。

因此，特征是Pro/E的基本操作单元。

尽管各种特征从外观到其设计方法都有很大差异，但从三维造型角度来看，在
Pro/E中通常分为以下几种类型，各种类型又可细分为若干种。

见下表2.1。

2.1.2三维造型的一般过程
Pro/E三维造型的一般原理是：由二维截面（草绘剖面）生成三维造型。

二维草绘是大
多数三维造型中的关键步骤，因此搞清楚二维草绘的有关问题对我们建造PRO/E三维模型非常有用。

1．草绘平面的设置
在二维草绘时，需要一个草绘平面。

设置草绘平面的方法有3种：
⑴可选择系统提供的标准基准平面作为草绘平面。

如：TOP、RIGHT、FRONT
⑵可使用基础实体特征上的表面作为草绘平面。

⑶可新建一个基准平面作为草绘平面。

2．草绘平面的放置
选定了草绘平面就相当于在绘图时找到了绘图板。

但在绘图时，怎样放置这个“绘图板”呢？如果以其中一条边为放置参照，则绘图板可以有4种放置方式，即参照在顶、底部、左、
一般来说，在指定好草绘平面后，应优先选择缺省方式来放置草绘平面。

3．特征生成方向参数
确定特征生成方向实际上是设定在草绘平面的哪一侧产生特征，此外，也可以在草绘平面的双侧都创建特征。

当在草绘平面上绘制完二维截面并退出草绘时，系统会用一个黄色箭头标示当前的特征生成方向，如图2.2(a)所示。

如果要改变特征的生成方向，可在操控板上单击按钮即可。

(a)特征生成方向 (b) 调整方向后的结果
图2.2特征生成的方向
2.1.3基准特征的操作
基准特征是一个重要而且很有用的特征，主要用作三维建模时的设计参照。

比如草绘平面、旋转时的轴线等。

基准特征包含基准平面、基准点、基准轴、基准曲线以及坐标系等。

设计时，可选择系统提供的基准特征（3个相互正交的标准基准平面、一个坐标系、一个特征的旋转中心），见图 2.3。

实体上现有的基准特征（如：实体表面、圆柱的轴线、顶点等），以及插入基准特征等方法来获取基准特征。

图2.3基准特征
在复杂的三维造型设计中，常常会有大量的基准特征，但太多的基准特征会使图面杂乱从而影响设计的正常进行，这时就很有必要调整基准特征的显示状态。

1．隐藏不使用的基准特征
隐藏基准特征最直接的方法有以下3种：。