第3章 产品建模与工程图自动生成
【本章教学要点】 知识要点 Pro/E建模技术 掌握程度 熟悉Pro/E软件界面与基本操作； 掌握Pro/E特征建模技术； 掌握特征的编辑与修改； 掌握几何约束的类型与使用。 三维模型向二维工程图的转换 了解与CAD软件相关的计算机图形学知识； 掌握一般视图、投影视图、剖视图的创建。 掌握尺寸标注。
导入案例
计算机图形学知识 画法几何知识 相关知识 Pro/E软件基本知识 特征建模技术 参数化设计技术 二维、三维CAD技术 确定了产品的结构与尺寸之后，需要在图纸上将其表达出来。二维CAD技术实现了从手工绘图到计算机绘图的转变，在设计重用，图纸修改与保存，机械制图国家标准应用方面优势明显。但其不够直观，信息不够完整，不符合产品构思习惯等缺点促进了三维CAD技术的发展与应用。 常用的二维CAD系统有AutoCAD、CAXA等二维绘图系统，常用的三维CAD系统有CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks等。 本章将采用Pro/Engineer软件，以减速器的高速轴和上箱体为例，讲述其三维建模过程以及从三维模型向二维模型的转换，即自动生成工程图。 3.1 三维建模技术
几何建模是一种通过计算机表示、控制、分析和输出几何实体的技术。从产品设计的角度看，通常在设计人员思维中首先建立起来的是产品真实的几何形状或实物模型，依据这个模型进行设计、分析、计算，最后通过投影以工程图样的形式表达设计的结果。而原有的二维CAD系统让这个过程走了弯路，能自动输出二维工程图的三维CAD系统是CAD系统发展的方向。与早期的机械绘图不同，目前对所设计产品的表述过程被称为建模即建立产品模型。产品模型以几何模型为主，包含了拓扑结构、几何尺寸、材料、重量、精度、加工等多种信息。通过建立零部件的三维数字化模型，能逼真地显示零部件形状、外观，检查装配干涉，高效地生成二维工程图。三维模型有了零部件的实体信息，能进行物体的物理特性（体积、重心、惯性矩等）计算，还能进行有限元分析、运动仿真、动力学分析等，其实体几何模型还可用于数控自动编程和刀具轨迹仿真。
3.1.1 线框模型、表面模型和实体模型
1. 线框模型
用顶点和棱边表示的三维形体就是线框模型。线框模型的数据结构简单，计算快捷，对硬件要求不高。但是由于线框模型只有棱边和顶点的信息，缺少面与边、面与体等拓扑信息，容易产生多义性，对形体占据的空间不能正确描述。图3.1（a）为减速器线框模型。
2. 表面模型
表面模型是用多个平面或曲面表示的三维形体。它和线框模型相比，多了一个表面表，记录了边与面的拓扑关系，但仍旧缺乏面与体的拓扑关系，依然不是实体模型。不能计算重量、惯性矩等物性，不能检查碰撞和干涉。
3. 实体模型
在表面模型的基础上确定表面哪一侧存在实体即可构成实体模型。实体模型的数据结构不仅记录了全部几何信息，还记录了全部点、线、面、体的拓扑信息。因此可以进行渲染、消隐、剖切等，其应用还可以扩展到CAE和CAM的范畴。图3.1（b）为减速器实体模型。
(a) 线框模型 (b) 实体模型
图3.1 减速器三维模型
特征建模技术 实体几何模型只存储了形体的几何形状信息，缺乏产品开发全生命周期所需的其它信息，如材料、精度、表面粗糙度、工艺结构特征、装配要求等信息。因此不能成为CAD/CAE/CAPP/CAM集成的统一模型。 针对实体几何模型的这些特点，从20世纪80年代开始，提出了特征建模(feature-based modeling)的思想，并有了深入的研究。其主要思想是：（1）从构形角度讲，不再将抽象的基本几何体作为拼合形体的对象，而代之以对设计制造有意义的特征形体，如凸台、槽、孔、壳、筋等；（2）从信息角度讲，特征作为产品开发过程中各种信息的载体，不仅包含了几何、拓扑信息，还包含了设计制造所需的一些非几何信息，如材料、尺寸、形位公差、表面粗糙度、刀具、管理信息等。这使得特征模型具有了丰富的工程意义。 本章和下一章使用的Pro/Engineer Wildfire5.0软件即为采用特征建模技术的三维设计软件。 3.1.2 Pro/E软件简介
Pro/Engineer软件是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件，常被简称为Pro/E。该软件是基于特征建模的参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一。20世纪90年代Pro/E传入我国沿海地区，广泛应用于机械、汽车、轻工、电器及其模具设计制造，工业设计，航空航天行业也有越来越多的应用。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。其主要特点有：
1．参数化设计