1、科技信息 2009年第 19 期SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION機(jī)械行業(yè)常用軟件與功能分析王文明王倩（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系河北邢臺(tái) 054035【摘要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛使用 ,機(jī)械行業(yè)人員掌握幾種常用 軟件以輔助工作顯得非常重要。本文詳細(xì)介紹了機(jī)械行業(yè)中的常用軟件,對(duì)它們的功能特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)模塊和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了介紹和分析 ,為機(jī)械行業(yè)人員選用這些軟件提 供幫助?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)械 ;軟件 ;分析當(dāng)今世界上 ,在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中 ,隨著 CAD 、CAM 、CAE 技術(shù)的蓬勃發(fā)展 和廣泛應(yīng)用 ,已經(jīng)在各個(gè)方面取得了巨大成功。無論在設(shè)計(jì)中的高精度復(fù)雜計(jì)算

2、、 制造中的精密加工、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平面和空間制圖以及被廣泛用于渲染的模擬效果仿 真和三維動(dòng)畫等方面都顯示出計(jì)算機(jī)及軟件的非凡能力和表現(xiàn)手法 ,完成了以前人 工無法做到或做好的工作 ,創(chuàng)造了前所未有的加工品質(zhì)和設(shè)計(jì)效率。它的運(yùn)用 ,大大 地縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。在機(jī)械行業(yè)中 ,有非常豐富的軟件 ,它們的使用減少了繁重的手工勞動(dòng) ,完成了原 來無法進(jìn)行或只有極少數(shù)人能夠做的工作 ,因此 ,它的普及和推廣必將極大地推動(dòng)我 國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。1. 綜述機(jī)械行業(yè)軟件中應(yīng)用的內(nèi)容主要涉及繪圖設(shè)計(jì)、加工制造、力學(xué)分析等許多方 面 ,各個(gè)方面都有不少的軟件 ,現(xiàn)將部分常用的軟件列表如下。2. 設(shè)計(jì)類軟件一個(gè)機(jī)械

3、工程項(xiàng)目中 ,機(jī)械設(shè)計(jì)是整個(gè)工作的重要組成部分 ,在上個(gè)世紀(jì)九十年 代 ,這類工作主要由人工完成 ,既繁瑣復(fù)雜又不準(zhǔn)確。九十年代以后 ,個(gè)人電腦的廣泛 使用加上相應(yīng)軟件的出現(xiàn) ,這個(gè)問題已得到解決。不少運(yùn)算速度快、準(zhǔn)確性好、操 作方便和效果直觀的軟件已得到采用。其中 CAXA 電子圖板和 AuotCAD 主要應(yīng)用 于二維繪圖 , AuotCAD 也有部分三維功能。而 MDT 、SolidWorks、SolidEdge和 CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于三維設(shè)計(jì) ,是三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 ,它們集參數(shù)實(shí)體 造型、曲面造型、裝配造型、二維與三維雙向聯(lián)繪圖等于一體,可以方便地完成各種零件和組件的設(shè)計(jì)。

4、3. 分析類軟件零件設(shè)計(jì)完成之后 ,還需要進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度、力學(xué)等各方面的校核分析計(jì)算 ,以確 保設(shè)計(jì)質(zhì)量。以下幾款軟件是應(yīng)用較廣泛的分析軟件。ADAMS Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System 是美國(guó) MDI(Mechanical Dynamics Inc 公司開發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)分析軟件。它可以對(duì)虛擬系統(tǒng)自 動(dòng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 ,在現(xiàn)實(shí)條件下逼真地模擬其所有運(yùn)動(dòng) ,以便能 比較多種設(shè)計(jì)方案。Patran,Nastran是大型通用有限元分析軟件。這兩類軟件始終被作為美國(guó)聯(lián)邦 航空管理局飛行器適航證領(lǐng)取的唯一驗(yàn)證軟件。產(chǎn)品主要應(yīng)用于各

5、個(gè)行業(yè)的工程仿 真分析 ,包括國(guó)防、航空航天、機(jī)械制造、汽車、船舶、兵器、電子、石化等各個(gè) 工業(yè)領(lǐng)域。ANSYS 也是一個(gè)強(qiáng)大的有限元分析軟件 ,有著良好的功能。公司由美國(guó)著名力 學(xué)專家、美國(guó)匹茲大學(xué)力學(xué)系教授 John Swanson博士創(chuàng)建 ,目前是世界 CAE 行業(yè)最 大的公司。4. 制造類軟件一個(gè)好的設(shè)計(jì)產(chǎn)品完成之后 ,必須應(yīng)用方便、精確的加工方法才能得到高質(zhì)量 的產(chǎn)品。以下幾款軟件是在輔助制造領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的幾種 ,分別介紹如下。Cimatron軟件是以色列 Cimatron Ltd.公司為了研發(fā)幼獅戰(zhàn)機(jī)而發(fā)展的CAD/CAM 軟件 ,目前在美國(guó)、 日本、臺(tái)灣、意大利等模具界為占有率

6、第一的 CAD/ CAM 品牌。 Cimatron 因?yàn)槠錁I(yè)界領(lǐng)先的 CAM 系統(tǒng), 智能化 NC 和面向制造功能強(qiáng)大的 CAD 能力 ,而得 到世界廣泛的認(rèn)可 ,其 2.55 軸的銑銷加工能力可產(chǎn) 生安全高效和高質(zhì)量的 NC 刀路軌跡。PowerMILL 是世界上著名的功能強(qiáng)大 ,加工策略豐富的數(shù)控加工編程軟件系統(tǒng) 同時(shí)也是 CAM 軟件技術(shù)最具代表性的 ,增長(zhǎng)率最快的加工軟件。其軟體 在復(fù)雜曲面加工及模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的功能尤其突 出。Mastercam軟件是一種典型的 CAD/CAM 軟件系統(tǒng) ,它可以完成零件的幾何造 型、刀具路徑生成、加工模擬仿真、數(shù)控加工程序 ,生成數(shù)據(jù)傳輸。 Mas

7、tercam 軟件具有全特征化造型功能和強(qiáng)大的圖形編輯、轉(zhuǎn)化 處理能力 ;它的制造模塊可以生成和管理多種類型的數(shù)控加工操作5. 綜合類軟件以下介紹的幾種軟件是集設(shè)計(jì)、制造、分析功能于一體的綜合類軟件,也是應(yīng)用領(lǐng)域的高端軟件。CATIA 是 CAD/CAE/CAM 一體化軟件 ,居世界這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。 CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。波音飛機(jī)公司使用 CATIA 完成了整 個(gè)波音 777的電子裝配 ,創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡 ,從此也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。 CATIA 的模塊涉及多個(gè)方面 ,但在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的 功能強(qiáng)大

8、尤為突出。Unigraphics（簡(jiǎn)稱 UG 是面向制造業(yè)的 CAD/CAE/CAM 高端軟件 ,它被許多用戶 運(yùn)用于概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程仿真以及數(shù)字化制造等各個(gè)領(lǐng)域。在 曲面造型、數(shù)控加工方面是強(qiáng)項(xiàng) ,但在分析方面較為薄弱。Pro/ENGINEING 是由美國(guó) PTC公司研制 ,集多項(xiàng)功能于一身 ,經(jīng)過十幾年的發(fā) 展,它已成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。使用 Pro/ ENGINEING 可以進(jìn)行造型設(shè)計(jì)、 加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理等等 ,Pro/ENGINEING 還可 以與機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件 （如 ADAMS 和有限元分析軟件 （如 ANSYS 、I-

9、DEAS 聯(lián)合起來 ,構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境 ,從產(chǎn)品的造型設(shè) （下轉(zhuǎn)第 466 頁軟件分類產(chǎn)地軟件名稱設(shè)計(jì)類美國(guó) AutoDESK 公司 AuotCAD,Mechanical Desktop（MDT 美國(guó) SolidWorks 公司 SolidWorks美國(guó) UGS公司 SolidEdge中國(guó)北京北航海爾軟件有限公司 CAXA 電子圖板 ,CAXA 實(shí)體設(shè)計(jì)制造類以色列 Cimatron Ltd. 公司 Cimatron英國(guó) Delcam Plc 公司 PowerMILL美國(guó) CNC Software 公司 Mastercam中國(guó)北京北航海爾軟件有限公司 CAXA 制造工程師 ,CAXA

10、 線切割 ,CAXA 數(shù)控 車分析類美國(guó) MDI 公司 ADAMS美國(guó) MSC.Software公司 Patran,Nastran美 國(guó) ANSYS 公司 ANSYS綜合類美國(guó) SDRC公司 I-DEAS法國(guó)達(dá)梭 (Dassault System公司 CATIA美國(guó) EDS公司 Unigraphics(簡(jiǎn)稱 UG美國(guó) PTC公司 Pro/ENGINEING表 1 常見機(jī)械行業(yè)用軟件一覽表機(jī)械與電子 471科技信息 2009年第 19 期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 則可以選用水平測(cè)針。現(xiàn)以節(jié)錐 角為 69.8 °的齒輪為例說明測(cè)量過程 :根據(jù)

11、齒輪參數(shù)計(jì)算待測(cè)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的三坐標(biāo)值 并把各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值存入數(shù)據(jù)庫中 ,經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算一般選用 5×9 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。如果網(wǎng) 格過密則可能把測(cè)量誤差帶入測(cè)量結(jié)果 ,反而會(huì)影響測(cè)量和計(jì)算結(jié)果 ;而如果網(wǎng)格過 疏又不能很好反映齒輪的齒面形狀 ,所以一般都取 5×9 的網(wǎng)格。然后控制三坐標(biāo)測(cè) 量機(jī)依次自動(dòng)測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn) ,把測(cè)得節(jié)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值也存入數(shù)據(jù)庫中 ,以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測(cè)量完一個(gè)齒后 ,轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn) 90o 再重復(fù)前面的過程 ,為了減小隨機(jī)誤差一般一個(gè)齒輪測(cè)量 4個(gè)齒。測(cè)量過程流程圖如圖 3 所示圖 3 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)測(cè)量流程4. 測(cè)量數(shù)據(jù)處理錐齒輪齒面是復(fù)雜的曲面 ,為了準(zhǔn)確表

12、述齒面的誤差 ,對(duì)機(jī)床修正提供準(zhǔn)確可靠 的參數(shù) ,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)必須使測(cè)得的誤差投影到齒面法向方向上。設(shè)齒面上任 一點(diǎn)處的法線為 :n 2=墜 r2墜 g 墜×r2墜(10則測(cè)量誤差在法線方向的投影為2=·n 2(11三座標(biāo)測(cè)得的偏差 2法線方向的偏差我們?nèi)砸郧笆龉?jié)錐角為 69.8 °的齒輪為例來說明 ,采用一維觸發(fā) 式測(cè)頭,測(cè)量節(jié)點(diǎn)時(shí)按理論計(jì)算確定各節(jié)點(diǎn) X 、Y 坐標(biāo)值,使測(cè)頭僅沿 Z 軸方向趨近 節(jié)點(diǎn),當(dāng)?shù)竭_(dá)齒面時(shí)記錄 Z 軸讀數(shù),若齒輪齒面有誤差時(shí) Z 軸讀數(shù)的理論值與實(shí)際值 相差,則在法線方向的投影可按式 (11 計(jì)算,計(jì)算結(jié)果即為該節(jié)點(diǎn)的齒面誤差5.

13、 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此實(shí)驗(yàn)中以節(jié)錐角為 69.8 °的齒輪右旋凸面為例 ,齒數(shù) 46,模數(shù) 8.283mm ,壓力角 23.5 °,齒面寬 54mm ,中點(diǎn)分度圓直徑 381.031mm 。表 1中的結(jié)果為用 MatLab 仿真, 經(jīng) M&M 三座標(biāo)測(cè)量機(jī)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。表1 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和法矢分量仿真數(shù)據(jù)6. 結(jié)論本文以展成法螺旋錐齒輪的加工為例介紹了螺旋錐齒輪齒面理論數(shù)學(xué)模型的建 立和齒面網(wǎng)格的規(guī)劃方案 ,具體給出了齒輪的測(cè)量方案和數(shù)據(jù)處理方法 ,經(jīng) Matlab 仿 真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所建數(shù)學(xué)模型是正確的 ,坐標(biāo)法測(cè)量螺旋錐齒輪的方法是可行。本方 法也可以應(yīng)用于齒輪測(cè)量中心測(cè)量螺旋錐

14、齒輪并可以為螺旋錐齒輪加工機(jī)床參數(shù)的 調(diào)整提供準(zhǔn)確的依據(jù)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1李特文 .齒輪嚙合原理 .上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ,1966.2張鴻源.圓錐齒輪測(cè) 量.北京 :中國(guó)計(jì)量出版社 ,1992.3國(guó)家機(jī)械工業(yè)質(zhì)量安全監(jiān)督司 .齒輪和蝸輪蝸桿的檢查與測(cè)量 .北京 :機(jī)械工業(yè) 出版社 ,1991.責(zé)任編輯 :韓銘 測(cè)量點(diǎn)齒面坐標(biāo) (x ,y ,z 23456(54.9787,305.5118,42.4728(49.4969,306.7794,40.0057(43.9935,307.9289,37.5289( 38.4705,308.9596,35.0434(32.9302,309.8712,3

15、2.5499測(cè)量點(diǎn)法矢分量 (nx ,ny ,nz 23456(0.3390,0.9021,-0.2671(0.3228,0.9058,-0.2744(0.3065,0.9092,- 0.2817(0.2902,0.9123,-0.2890(0.2739,0.9150,-0.2964科(上接第 471 頁計(jì)、功能仿真、一直到有限元分析等都在計(jì)算機(jī)上完成。I-DEAS 軟件是原美國(guó) SDRC 公司產(chǎn)品。公司 1967成立,I-DEAS 軟件以 CAD/CAE/CAM 一體化著稱 ,分析方面較好 ,加工方面較弱。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的發(fā) 展戰(zhàn)略,2001年EDS 并購了 SDRC ,至此 EDS 將U

16、GS 和SDRC 全部收入旗下 ,并成 立了第五事業(yè)部 EDS PLM Solution ,后又更名為 UGS PLM Solution ,2004年 SDRC的 I-DEAS 和 EDS 的 UG 推出第一個(gè)合并版本。集兩大軟件的長(zhǎng)處 , 用戶受益不 少。6. 結(jié)束語以上列舉的軟件都是機(jī)械從業(yè)人員在工作中經(jīng)常碰到和使用的十分有使用價(jià)值 的工具軟件 ,它將會(huì)幫助你節(jié)省時(shí)間 ,并且使工作更加精準(zhǔn)、完整 ,表達(dá)方式更加直觀 產(chǎn)品更加美觀 ,節(jié)省投資 ,有很好的經(jīng)濟(jì)性。我們可以根據(jù)用途選擇合適的工具軟件 , 以幫助我們更好地完成工作?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1胡松林,等,CAXA 制造工程師 V2/XP 實(shí)例教程 ,北京:北京航空航天大學(xué)出版 社,2001.2鄭建榮 ,ADAMS 虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高 ,北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2002.3劉 兵山,黃聰,等,Patran從 入門到精通 ,北京:中國(guó)水利水電出版社 ,2003.4詹友剛 ,Pro/