機(jī)械設(shè)計(jì)中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

徐冬雪

沈陽(yáng)匯智精密機(jī)械有限公司

機(jī)械設(shè)計(jì)中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

徐冬雪

沈陽(yáng)匯智精密機(jī)械有限公司

隨著軟件工程不斷的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展和成熟，在機(jī)械設(shè)計(jì)中三維軟件作用越來(lái)越重要。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、方便和快捷等。通過(guò)三維設(shè)計(jì)，我們可以得到產(chǎn)品的三維模型以及虛擬產(chǎn)品的效果圖，還有根據(jù)三維模型輸出的完美的、標(biāo)準(zhǔn)化的工程圖紙。由于它的巨大優(yōu)勢(shì)，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。

機(jī)械設(shè)計(jì)；三維設(shè)計(jì)；軟件

1 三維設(shè)計(jì)軟件綜述

目前三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)滲透到各個(gè)工程領(lǐng)域，并有著廣闊的市場(chǎng)前景。三維設(shè)計(jì)軟件與二維設(shè)計(jì)軟件有著不同的設(shè)計(jì)思想，并且在許多功能方面有著二維設(shè)計(jì)軟件不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1.1 三維設(shè)計(jì)的主要思想

傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者是根據(jù)對(duì)零件或裝配體設(shè)計(jì)期望的結(jié)果直接繪制二維圖。而在三維設(shè)計(jì)中，是從平面-草圖-特征-零件-裝配體這一思路出發(fā)，直接生成零件和裝配體的三維模型，再導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的二維圖紙。在三維設(shè)計(jì)中，對(duì)零件進(jìn)行三維建模， 實(shí)質(zhì)是對(duì)零件加工過(guò)程進(jìn)行模擬和對(duì)零件加工工藝過(guò)程進(jìn)行描述， 是在三維軟件的環(huán)境下進(jìn)行的虛擬加工。

1.2 三維設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢(shì)

利用三維軟件，設(shè)計(jì)者可準(zhǔn)確、輕松地得到預(yù)想的三維模型，并且在此基礎(chǔ)上可以完成許多2D軟件不可能完全的功能，如：對(duì)復(fù)雜體進(jìn)行體積、重量的計(jì)算、對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真。對(duì)零件進(jìn)行應(yīng)力分析、根據(jù)用戶設(shè)置的幾何約束條件對(duì)零件進(jìn)行裝配、演示功能、快速導(dǎo)出二維圖紙。

2 市場(chǎng)上主流三維設(shè)計(jì)軟件介紹

根據(jù)上面對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件優(yōu)勢(shì)的分析中，我們可以得出結(jié)論，一個(gè)相對(duì)完善的三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具備以下基本功能：

(1) 圖形處理功能：如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型、圖形仿真模擬及其圖形輸入輸出功能等。

(2) 科學(xué)計(jì)算與分析功能：能夠完成產(chǎn)品常規(guī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性分析、有限元分析、動(dòng)態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)模擬仿真、應(yīng)力分析等科學(xué)計(jì)算。

(3) 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換功能：如數(shù)據(jù)庫(kù)管理、不同CAD系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和接口功能等。

(4) 其它功能：如進(jìn)行文檔制作、編輯及文字處理功能、二次開發(fā)功能和網(wǎng)絡(luò)功能等。

2.1 Autodesk Inventor

Inventor 是由美國(guó)的Autodesk 公司于1999 年發(fā)行的一種基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種包含最新技術(shù)的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型軟件。Inventor 的理念是使操作盡量簡(jiǎn)單化，一個(gè)掌握基本W(wǎng)indows 操作的用戶，經(jīng)過(guò)幾天的培訓(xùn)，就可以基本掌握Inventor 三維建模技術(shù)，并應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中去。

作為一款中端設(shè)計(jì)軟件，Inventor 以簡(jiǎn)單操作、優(yōu)惠價(jià)格、人性化操作界面受到了業(yè)內(nèi)的廣泛支持，在機(jī)械加工、電子、碼頭、船舶、制造業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在中小企業(yè)得到了廣泛的使用。

2.2 Solidworks

SolidWorks是由美國(guó)SolidWorks公司發(fā)行的，是第一款基于Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的三維設(shè)計(jì)軟件，具有操作簡(jiǎn)單、易學(xué)易用、兼容性高的特點(diǎn)。SolidWorks 是一個(gè)基于特征的、參數(shù)化的實(shí)體造型系統(tǒng)，這也是當(dāng)前三維設(shè)計(jì)軟件的主體趨勢(shì)。SolidWorks采用單一的數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶在使用SolidWorks進(jìn)行建模時(shí)，既可以創(chuàng)建單一的三維實(shí)體模型，也可以由三維實(shí)體自動(dòng)生成各種工程視圖。

SolidWorks是應(yīng)用最廣泛的中端三維建模軟件，在制造業(yè)領(lǐng)域和機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)里都有應(yīng)用。由于SolidWorks也是發(fā)行最早的中端三維建模軟件，在國(guó)際上享有較高的聲譽(yù)，國(guó)際通用性比較強(qiáng)，國(guó)外的許多大學(xué)、企業(yè)應(yīng)用很多。

2.3 Pro Engineer

Pro/Engineer是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司PTC推出的基于CAD/CAE/ CAM的軟件包，其最突出的特點(diǎn)在于它的參數(shù)化建模、基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改。參數(shù)化使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，任何一個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)生零件尺寸的修改都可以自動(dòng)映射到整個(gè)建模環(huán)境中。

Pro/Engineer號(hào)稱“震撼業(yè)界的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件和世界最強(qiáng)大的模具設(shè)計(jì)軟件”，自推向市場(chǎng)以來(lái)，因其強(qiáng)大的功能，很快得到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎，并迅速成為當(dāng)今世界最為流行的高端設(shè)計(jì)軟件之一。自上世紀(jì)90年代中期，國(guó)內(nèi)許多大型企業(yè)開始選用，發(fā)展至今，已擁有相當(dāng)大的用戶群。

2.4 CATIA

CATIA是一款高端設(shè)計(jì)軟件，具有三維設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、曲面造型、二維轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)模擬、有限元分析、逆向工程、美工設(shè)計(jì)、數(shù)控加工等功能。CATIA功能強(qiáng)大的同時(shí)操作也比較復(fù)雜，受到同行業(yè)簡(jiǎn)單易用發(fā)展趨勢(shì)的影響，也融入了一些Windows的風(fēng)格，加強(qiáng)了易用性。

CATIA作為世界著名的高端三維建模軟件，在制造業(yè)、加工業(yè)、科研、教育、建筑等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，其足跡遍布世界上大部分工業(yè)國(guó)家。CATIA在汽車、飛機(jī)、造船等行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，幾乎世界前20 強(qiáng)的汽車廠商都在使用，其用途主要在汽車曲面造型方面，甚至CATIA的許多功能模塊就是由這些汽車廠商與達(dá)索公司合作開發(fā)的。CATIA的起源就在于飛機(jī)制造行業(yè)，世界上許多著名飛機(jī)制造公司都在使用CATIA，其中不乏像波音公司這樣的飛機(jī)制造巨頭企業(yè)。

2.5 UG

UG是最早的三維建模軟件之一，也是應(yīng)用最廣的高端設(shè)計(jì)軟件，同時(shí)它的易用性較差，難以掌握，雖然近年來(lái)在易用性上投入了大量精力加以改善，但在這一方面和一些中端設(shè)計(jì)軟件相比還有很大差距。

UG主要客戶包括，通用汽車、通用電氣、福特、波音麥道、洛克希德、勞斯萊斯、普惠發(fā)動(dòng)機(jī)、日產(chǎn)、克萊斯勒以及美國(guó)軍方等。幾乎所有飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用UG進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

三維建模技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，根本性地改變了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝以及生產(chǎn)裝配乃至維修等環(huán)節(jié)，大幅度提升了新產(chǎn)品開發(fā)效率，節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)成本。在不久的將來(lái)，三維設(shè)計(jì)軟件必將全面滲透到各個(gè)工程領(lǐng)域，成為機(jī)械設(shè)計(jì)的主流。

[1]夏其庚. 機(jī)械設(shè)計(jì)中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用研究[J]. 科學(xué)時(shí)代，2014(14).

[2]崔亮. UG三維建模技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 科研， 2015(17)：193-193.

[3]趙盼盼. SolidWorks技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特征[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用， 2015(5)：195-197.