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1、科技信息2009年第19期SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION机械行业常用软件与功能分析王文明王倩(邢台职业技术学院机电系河北邢台054035【摘要】随着计算机技术的迅猛发展和广泛使用,机械行业人员掌握几种常用软件以辅助工作显得非常重要。本文详细介绍了机械行业中的常用软件,对它们的功能特点、结构模块和优缺点进行了介绍和分析,为机械行业人员选用这些软件提供帮助。【关键词】机械;软件;分析当今世界上,在制造业的各个领域中,随着CAD、CAM、CAE技术的蓬勃发展和广泛应用,已经在各个方面取得了巨大成功。无论在设计中的高精度复杂计算、制造中的精密加工、产品设计的平面和空间制图
2、以及被广泛用于渲染的模拟效果仿真和三维动画等方面都显示出计算机及软件的非凡能力和表现手法,完成了以前人工无法做到或做好的工作,创造了前所未有的加工品质和设计效率。它的运用,大大地缩短了产品的开发周期。在机械行业中,有非常丰富的软件,它们的使用减少了繁重的手工劳动,完成了原来无法进行或只有极少数人能够做的工作,因此,它的普及和推广必将极大地推动我国机械行业的发展。1.综述机械行业软件中应用的内容主要涉及绘图设计、加工制造、力学分析等许多方面,各个方面都有不少的软件,现将部分常用的软件列表如下。2.设计类软件一个机械工程项目中,机械设计是整个工作的重要组成部分,在上个世纪九十年代,这类工作主要由人
3、工完成,既繁琐复杂又不准确。九十年代以后,个人电脑的广泛使用加上相应软件的出现,这个问题已得到解决。不少运算速度快、准确性好、操作方便和效果直观的软件已得到采用。其中CAXA电子图板和AuotCAD主要应用于二维绘图, AuotCAD也有部分三维功能。而MDT、SolidWorks、SolidEdge和CAXA 实体设计主要应用于三维设计,是三维计算机辅助设计软件,它们集参数实体造型、曲面造型、装配造型、二维与三维双向联绘图等于一体,可以方便地完成各种零件和组件的设计。3.分析类软件零件设计完成之后,还需要进行机械强度、力学等各方面的校核分析计算,以确保设计质量。以下几款软件是应用较广泛的分析
4、软件。ADAMSAutomatic Dynamic Analysis of Mechanical System是美国MDI(Mechanical Dynamics Inc公司开发的机械系统分析软件。它可以对虚拟系统自动进行静力学、运动学和动力学分析,在现实条件下逼真地模拟其所有运动,以便能比较多种设计方案。Patran,Nastran是大型通用有限元分析软件。这两类软件始终被作为美国联邦航空管理局飞行器适航证领取的唯一验证软件。产品主要应用于各个行业的工程仿真分析,包括国防、航空航天、机械制造、汽车、船舶、兵器、电子、石化等各个工业领域。ANSYS也是一个强大的有限元分析软件,有着良好的功能。
5、公司由美国著名力学专家、美国匹兹大学力学系教授John Swanson博士创建,目前是世界CAE行业最大的公司。4.制造类软件一个好的设计产品完成之后,必须应用方便、精确的加工方法才能得到高质量的产品。以下几款软件是在辅助制造领域应用较广泛的几种,分别介绍如下。Cimatron软件是以色列Cimatron Ltd.公司为了研发幼狮战机而发展的CAD/CAM软件,目前在美国、日本、台湾、意大利等模具界为占有率第一的CAD/CAM品牌。Cimatron因为其业界领先的CAM系统,智能化NC和面向制造功能强大的CAD能力,而得到世界广泛的认可,其2.55轴的铣销加工能力可产生安全高效和高质量的NC刀
6、路轨迹。PowerMILL是世界上著名的功能强大,加工策略丰富的数控加工编程软件系统,同时也是CAM软件技术最具代表性的,增长率最快的加工软件。其软体在复杂曲面加工及模具设计制造领域的功能尤其突出。Mastercam软件是一种典型的CAD/CAM软件系统,它可以完成零件的几何造型、刀具路径生成、加工模拟仿真、数控加工程序,生成数据传输。Mastercam软件具有全特征化造型功能和强大的图形编辑、转化处理能力;它的制造模块可以生成和管理多种类型的数控加工操作。5.综合类软件以下介绍的几种软件是集设计、制造、分析功能于一体的综合类软件,也是应用领域的高端软件。CATIA是CAD/CAE/CAM一体
7、化软件,居世界这个领域的领导地位。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配,创造了业界的一个奇迹,从此也确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。CATIA的模块涉及多个方面,但在设计领域的功能强大尤为突出。Unigraphics(简称UG是面向制造业的CAD/CAE/CAM高端软件,它被许多用户运用于概念设计、工业设计、机械设计、工程仿真以及数字化制造等各个领域。在曲面造型、数控加工方面是强项,但在分析方面较为薄弱。Pro/ENGINEING是由美国PTC公司研制,集多项功能于一身,经过十几年
8、的发展,它已成为三维建模软件的领头羊。使用Pro/ ENGINEING可以进行造型设计、加工制造、机构分析、有限元分析以及关系数据库管理等等,Pro/ENGINEING还可以与机械系统动力学分析软件(如ADAMS和有限元分析软件(如ANSYS、I-DEAS联合起来,构成一个有机的设计开发环境,从产品的造型设(下转第466页软件分类产地软件名称设计类美国AutoDESK公司AuotCAD,Mechanical Desktop(MDT美国SolidWorks公司SolidWorks美国UGS公司SolidEdge中国北京北航海尔软件有限公司CAXA电子图板,CAXA实体设计制造类以色列Cimatr
9、on Ltd.公司Cimatron英国Delcam Plc公司PowerMILL美国CNC Software公司Mastercam中国北京北航海尔软件有限公司CAXA制造工程师,CAXA线切割,CAXA数控车分析类美国MDI公司ADAMS美国MSC.Software公司Patran,Nastran 美国ANSYS公司ANSYS综合类美国SDRC公司I-DEAS法国达梭(Dassault System公司CATIA美国EDS公司Unigraphics(简称UG美国PTC公司Pro/ENGINEING表1常见机械行业用软件一览表机械与电子471科技信息2009年第19期SCIENCE &TECHN
10、OLOGY INFORMATION 则可以选用水平测针。现以节锥角为69.8的齿轮为例说明测量过程:根据齿轮参数计算待测的网格节点的三坐标值并把各节点坐标值存入数据库中,经实验和计算一般选用59的网格节点。如果网格过密则可能把测量误差带入测量结果,反而会影响测量和计算结果;而如果网格过疏又不能很好反映齿轮的齿面形状,所以一般都取59的网格。然后控制三坐标测量机依次自动测量各个节点,把测得节点的实际坐标值也存入数据库中,以便进行数据处理。测量完一个齿后,转台旋转90o 再重复前面的过程,为了减小随机误差一般一个齿轮测量4个齿。测量过程流程图如图3所示。 图3三坐标测量机自动测量流程4.测量数据处
11、理锥齿轮齿面是复杂的曲面,为了准确表述齿面的误差,对机床修正提供准确可靠的参数,对数据进行处理时必须使测得的误差投影到齿面法向方向上。设齿面上任一点处的法线为:n 2=坠r2坠g 坠r2坠(10则测量误差在法线方向的投影为:2=n 2(11三座标测得的偏差2法线方向的偏差我们仍以前述节锥角为69.8的齿轮为例来说明,采用一维触发式测头,测量节点时按理论计算确定各节点X 、Y 坐标值,使测头仅沿Z 轴方向趋近节点,当到达齿面时记录Z 轴读数,若齿轮齿面有误差时Z 轴读数的理论值与实际值相差,则在法线方向的投影可按式(11计算,计算结果即为该节点的齿面误差5.实验验证此实验中以节锥角为69.8的齿
12、轮右旋凸面为例,齿数46,模数8.283mm ,压力角23.5,齿面宽54mm ,中点分度圆直径381.031mm 。表1中的结果为用MatLab 仿真,经M&M 三座标测量机验证的数据。表1节点坐标和法矢分量仿真数据6.结论本文以展成法螺旋锥齿轮的加工为例介绍了螺旋锥齿轮齿面理论数学模型的建立和齿面网格的规划方案,具体给出了齿轮的测量方案和数据处理方法,经Matlab 仿真和实验验证所建数学模型是正确的,坐标法测量螺旋锥齿轮的方法是可行。本方法也可以应用于齿轮测量中心测量螺旋锥齿轮并可以为螺旋锥齿轮加工机床参数的调整提供准确的依据。【参考文献】1李特文.齿轮啮合原理.上海:上海科学技术出版社
13、,1966.2张鸿源.圆锥齿轮测量.北京:中国计量出版社,1992.3国家机械工业质量安全监督司.齿轮和蜗轮蜗杆的检查与测量.北京:机械工业出版社,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.责任编辑:韩铭测量点齿面坐标(x ,y ,z 23456(54.9787,305.5118,42.4728(49.4969,
14、306.7794,40.0057(43.9935,307.9289,37.5289(38.4705,308.9596,35.0434(32.9302,309.8712,32.5499测量点法矢分量(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页计、功能仿真、一直到有限元分析等都在计算机上完成。I-DEAS 软件是原美国SDRC 公司产品。公司1967成立,I-DEAS 软件
15、以CAD/CAE/CAM 一体化著称,分析方面较好,加工方面较弱。为了实现强强联手的发展战略,2001年EDS 并购了SDRC ,至此EDS 将UGS 和SDRC 全部收入旗下,并成立了第五事业部EDS PLM Solution ,后又更名为UGS PLM Solution ,2004年SDRC 的I-DEAS 和EDS 的UG 推出第一个合并版本。集两大软件的长处,用户受益不少。6.结束语以上列举的软件都是机械从业人员在工作中经常碰到和使用的十分有使用价值的工具软件,它将会帮助你节省时间,并且使工作更加精准、完整,表达方式更加直观,产品更加美观,节省投资,有很好的经济性。我们可以根据用途选择合适的工具软件,以帮助我们更好地完成工作。【参考文献】1胡松林,等,CAXA 制造工程师V2/XP 实例教程,北京:北京航空航天大学出版社,2001.2郑建荣,ADAMS 虚拟样机技术入门与提高,北京:机械工业出版社,2002.3刘兵山,黄聪,等,Patran 从入门到精通,北京:中国水利水电出版社,2003.4詹友刚,Pro/E 中文野火版2.0快速入门教程,北京:机械工业出版社,2006.5毕福利,常用CAD 软件及功能分析,煤矿机械,2003,(5,4648.6宁汝新,赵汝嘉,CAD/CAM 技术,北京:
