機(jī)械行業(yè)常用軟件與功能分析

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。【關(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、制造中的精密加工、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平面和

2、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

3、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)。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

4、泛的分析軟件。ADAMSAutomatic Dynamic Analysis of Mechanical System是美國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)用于各個(gè)行業(yè)的工程仿真分析,包括國防、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

5、的功能。公司由美國著名力學(xué)專家、美國匹茲大學(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、日本、臺(tái)灣、意大利等模具界為占有率第一的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

6、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。Mastercam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/C

7、AM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PTC公司研制,集多項(xiàng)功能于一身,經(jīng)

8、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-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AutoDESK公司AuotCAD,Mechanical Desktop(MDT美國SolidWorks公司SolidWorks美國UGS公司SolidEdge中國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Ci

9、matron Ltd.公司Cimatron英國Delcam Plc公司PowerMILL美國CNC Software公司Mastercam中國北京北航海爾軟件有限公司CAXA制造工程師,CAXA線切割,CAXA數(shù)控車分析類美國MDI公司ADAMS美國MSC.Software公司Patran,Nastran 美國ANSYS公司ANSYS綜合類美國SDRC公司I-DEAS法國達(dá)梭(Dassault System公司CATIA美國EDS公司Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG美國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 &a

10、mp;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)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

11、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

12、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.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

13、旋錐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:中國計(jì)量出版社,1992.3國家機(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,1991.4F.L.Litvin.Computerized generation and simulation of meshing and contact ofspiral bevel gears with improved geometry .Comput.Methods Appl.Mech.Engrg.158(1998.責(zé)任

14、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(32.9302,309.8712,32.5499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

15、、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UGS 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。【參考文獻(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:中國水利水電出版社,20