機械設計中三維設計軟件的應用

徐冬雪

沈陽匯智精密機械有限公司

機械設計中三維設計軟件的應用

徐冬雪

沈陽匯智精密機械有限公司

隨著軟件工程不斷的發(fā)展，計算機圖形技術(shù)的發(fā)展和成熟，在機械設計中三維軟件作用越來越重要。它的優(yōu)點是簡單、準確、方便和快捷等。通過三維設計，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、標準化的工程圖紙。由于它的巨大優(yōu)勢，三維設計已經(jīng)成為機械設計的主要發(fā)展方向。

機械設計；三維設計；軟件

1 三維設計軟件綜述

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

1.1 三維設計的主要思想

傳統(tǒng)2D設計中，設計者是根據(jù)對零件或裝配體設計期望的結(jié)果直接繪制二維圖。而在三維設計中，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，再導出對應的二維圖紙。在三維設計中，對零件進行三維建模， 實質(zhì)是對零件加工過程進行模擬和對零件加工工藝過程進行描述， 是在三維軟件的環(huán)境下進行的虛擬加工。

1.2 三維設計軟件的優(yōu)勢

利用三維軟件，設計者可準確、輕松地得到預想的三維模型，并且在此基礎上可以完成許多2D軟件不可能完全的功能，如：對復雜體進行體積、重量的計算、對構(gòu)件的運動進行仿真。對零件進行應力分析、根據(jù)用戶設置的幾何約束條件對零件進行裝配、演示功能、快速導出二維圖紙。

2 市場上主流三維設計軟件介紹

根據(jù)上面對三維設計軟件優(yōu)勢的分析中，我們可以得出結(jié)論，一個相對完善的三維設計軟件應具備以下基本功能：

(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) 科學計算與分析功能：能夠完成產(chǎn)品常規(guī)設計、優(yōu)化設計、可靠性分析、有限元分析、動態(tài)分析、運動模擬仿真、應力分析等科學計算。

(3) 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換功能：如數(shù)據(jù)庫管理、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)絡功能等。

2.1 Autodesk Inventor

Inventor 是由美國的Autodesk 公司于1999 年發(fā)行的一種基于特征的實體造型系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(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)化實體造型軟件。Inventor 的理念是使操作盡量簡單化，一個掌握基本W(wǎng)indows 操作的用戶，經(jīng)過幾天的培訓，就可以基本掌握Inventor 三維建模技術(shù)，并應用到生產(chǎn)實際中去。

作為一款中端設計軟件，Inventor 以簡單操作、優(yōu)惠價格、人性化操作界面受到了業(yè)內(nèi)的廣泛支持，在機械加工、電子、碼頭、船舶、制造業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應用，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)的三維設計軟件，具有操作簡單、易學易用、兼容性高的特點。SolidWorks 是一個基于特征的、參數(shù)化的實體造型系統(tǒng)，這也是當前三維設計軟件的主體趨勢。SolidWorks采用單一的數(shù)據(jù)庫，用戶在使用SolidWorks進行建模時，既可以創(chuàng)建單一的三維實體模型，也可以由三維實體自動生成各種工程視圖。

SolidWorks是應用最廣泛的中端三維建模軟件，在制造業(yè)領(lǐng)域和機械設計行業(yè)里都有應用。由于SolidWorks也是發(fā)行最早的中端三維建模軟件，在國際上享有較高的聲譽，國際通用性比較強，國外的許多大學、企業(yè)應用很多。

2.3 Pro Engineer

Pro/Engineer是美國參數(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)動設計修改。參數(shù)化使得產(chǎn)品設計過程中的各個環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，任何一個環(huán)節(jié)中發(fā)生零件尺寸的修改都可以自動映射到整個建模環(huán)境中。

Pro/Engineer號稱“震撼業(yè)界的機械設計軟件和世界最強大的模具設計軟件”，自推向市場以來，因其強大的功能，很快得到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎，并迅速成為當今世界最為流行的高端設計軟件之一。自上世紀90年代中期，國內(nèi)許多大型企業(yè)開始選用，發(fā)展至今，已擁有相當大的用戶群。

2.4 CATIA

CATIA是一款高端設計軟件，具有三維設計、結(jié)構(gòu)設計、曲面造型、二維轉(zhuǎn)換、運動模擬、有限元分析、逆向工程、美工設計、數(shù)控加工等功能。CATIA功能強大的同時操作也比較復雜，受到同行業(yè)簡單易用發(fā)展趨勢的影響，也融入了一些Windows的風格，加強了易用性。

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)域都有應用，其足跡遍布世界上大部分工業(yè)國家。CATIA在汽車、飛機、造船等行業(yè)的應用非常廣泛，幾乎世界前20 強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索公司合作開發(fā)的。CATIA的起源就在于飛機制造行業(yè)，世界上許多著名飛機制造公司都在使用CATIA，其中不乏像波音公司這樣的飛機制造巨頭企業(yè)。

2.5 UG

UG是最早的三維建模軟件之一，也是應用最廣的高端設計軟件，同時它的易用性較差，難以掌握，雖然近年來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計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)動機、日產(chǎn)、克萊斯勒以及美國軍方等。幾乎所有飛機發(fā)動機和大部分汽車發(fā)動機都采用UG進行設計，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域的應用優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

三維建模技術(shù)在機械行業(yè)的廣泛應用，根本性地改變了產(chǎn)品的設計、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，三維設計軟件必將全面滲透到各個工程領(lǐng)域，成為機械設計的主流。

[1]夏其庚. 機械設計中三維設計軟件的應用研究[J]. 科學時代，2014(14).

[2]崔亮. UG三維建模技術(shù)在機械設計中的應用[J]. 科研， 2015(17)：193-193.

[3]趙盼盼. SolidWorks技術(shù)及其在機械設計應用中的特征[J]. 機械研究與應用， 2015(5)：195-197.