机械制图电子教程—12-3基于三维实体建模的CAD软件

    计算机辅助绘图只能在一定程度上提高设计效率，但它并不能从根本上提高设计效率，也不能提高设计的质量，因为CAD软件所涉及的工程图纸生成、工程设计计算、分析、异地协同设计等都是基于三维实体模型进行的。这个三维模型就是产品的数字化模型，它完整到记录了实体的几何拓扑信息和其他信息，便于同CAD下游的CAE/CAPP/CAM等系统集成一体化，是“无纸化设计制造”的信息载体。因此，要真正实现用CAD技术开发产品，首先要从三维实体建模开始。下面介绍两种国内常用的基于三维实体建模CAD软件。一、Solid Works    Solid  Works是基于特征的、参数化实体建模的CAD软件，运行于Windows9×/NT/2000平台。其主要特点如下：1.功能强大    Solid  Works是一个基于三维的设g软件，它集零件造型、装配设计和自动生成二维视图等功能于一体。2.界面友好    Solid  Works是一个基于Windows操作系统的设计软件，其界面友好，易学易用。3.按工程设计思路进行设计    Solid  Works可以支持自下而上和自上而下两种设计方法。Solid  Works可以先设计零件。后进行装配；也可以先设计装配，再在装配结构中设计零件。设计人员可充分发挥自己的想象，按自己的设计思路进行设计。    Solid  Worksn括了三个主要功能模块：基于特征的参数化实体造型模块（PART）、基于约束的装配模块（ASSEMBLY）和工程图纸生成模块（DRAWING）。    Solid  Works是一个基于特征的CAD软件，用Solid  Works进行实体造型的概念与Auto CAD绘图概念有所n同。特征是指可以用参数驱动的具有工程含义的几何实体，特征之间可以互相堆砌和互相剪切，所谓特征造型就是利用特征的组合来构造零件的。Solid  Works常用的特征如表12-1所示，这些特征大致可以分成基体、凸台和切除三类，基体就是零件的第一个特征，凸台是使零件增加体积的特征，反之，使零件减少体积的特征叫切除。    基于约束的装配造型功能可以迅速地把设计好的零件按照指定的约束关系装配在一起。必要时还可以进行静态及动态装配干涉检查。    当一个零件或一个装配设计完成后謇用DRAWING模块可自动生成标准的工程图纸，包括各种基本视图、剖视图、辅助视图及轴测图。各视图和零件实体之间均保持完全一致的关联，修改任何一个视图的尺寸。其他视图及零件实体会自动修改；同样，修改了零件实体，图纸上的各视图及尺寸标注也会做自动修改。    Solid  Works除上述三个基本模块外，还有一些其他第三放公司为其提供的许多不同用途、功能强大的插件，从而构成了一套完整的CAD/CAM/CAE系统。常用插件简介如下：（1）机械设计（CAD）    Feature  Works特征识别：Feature  Works是与Solid  Works完全集成的特征识别软件，是第一个为CAD用户设计的特征识别软件。它与其他CAD系统共享三维模型，充分应用原有的设计数据。Photo  Works  高级渲染：Photo  Works是完全集成的高级 染软件，能方便制造出真实质感和视觉效果的图片。    Animator   产品动画：Animator是与Solid  Works是完全集成的动画制作软件。它能方便地演示下一代产品的外观和性能，能迅速地制作动画文件并通过电子邮件发送或在网上展示。eDrawing: eDrawing是一个能通过电子邮件交流的工具，便于在网上交流与协同。    Piping   管路设计：Piping是与Solid  Works集成的管路设计软件，能够高效地进行管道设计和管道装配。    Surface  Works  曲面设计：用Surface  Works可设计复杂曲面，以弥补Solid  Works曲面设计的不足。    Mold Base   模具设计：Mold Base是与Solid  Works集成的模具设计，能极大地提高模具设计的效率。    Gear  Trax   齿轮设计：利用Gear  Trax可方便地进行齿轮及其他传动件的设计。    Tool Box  三维零件库：Tool Box是与Solid  Works完全集成的智能化标准零件库。Tool Box充分利用了Solid  Works的智能零件技术而开动的应用软件，用户无需翻阅零件设计手册来查找标准件的尺寸和规格，可以直接生成标准件，且智能零件技术使得装配标准件更加容易。（2）工程分析（CAE）    Cosmos  Works   工程师设计分析工具：Cosmos  Works为工程师在Solid  Works的环境下提供比较完整的分析手段。凭借先进的快速有限元技术，工程师能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析和验证，并且获得修正和优化设计所需的必要信息。    Cosmos M   深层的专业分析工具：在Windows界面中，为有分析经验的工程师和分析专家提供专业分析手段。有应力的位移分析、失稳和频率分析、动态响应分析、非线性分析、设计优化、疲劳分析、热传导分析、电磁分析、高频分析和流体v学分析等丰富的分析能力，可对大规模的、物力和几何条件相当复杂的问题进行分析、验证和优化。Motion  Works  三维运动仿真：Motion  Works是为广大用户提供的实现数字化虚拟样机的优秀工具。它是一个全功能运动仿真软件，可与Solid  Works无缝集成，可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真，得到系统各零部件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并以动画、图形、表格等多形式输出结果，还可将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元分析软件中，以进一步做出强度和结构分析。（3）数控加工（CAM）    CAM Works实体数控加工可以模拟各种加工方式，有二轴半加工、三轴加工和五轴加工，车削和线切割。也提供二轴和和二轴半数控加工、三轴数控加工、多轴专业数控加工等加工方式。（4）数据管理（PDM）    Smart  Express是专门为Solid  Works用户提供的完全集成的、使用方便的工程文档管理工具。它为使用Solid  Works环境的设计小组提供了完整的解决方案，为Solid  Works的用户节省了宝贵的寻找档所花费的时间，提高了并行设计机和协同工作的效能，减少了由于数据的重复录入而造成的数据冗余和人为错误。图12-5为Solid  Works的零件、装配体和工程图。二、Pro/ENGINEER    Pro/E是美国PTC（Parametric  Technology  Corporation）公司的一个大型CAD软件。原来运行于图形工作站，操作系统为UNIX。目前已出现微机版本，可在Windows9×或WindowsNT/2000操作系统下运行。    在一般情况下Pro/E是一个总称，共包含了几十个模块，是一套完整的集成化设计、工程和制造应用软件。它的主导模块Pro/E是一个基于特征的参数化实体建模系统，用于零件和装配设计，同时可进行详细设计和建立设计文档，是一个功能强劲的模块。在Pro/E内部又包含了三种功能模式（functional  modes），所谓模式是完成特定工作，如工程图（Drawing）或零件设计（Part）的作业环境，这些环境是相互关联的，在某个模式里建立的实体模型可根据需要自动映射其他模式中去。这三个模式是：Part（零件设计）尺寸驱动实体建模    完整的设计特征，如：孔、圆角、扫掠、混合建模等    自动尺寸标注    允许欠约束建模    表格驱动的系列零件设计    自定义特征建模    行为建模    复杂曲面设计Assembly（装配设计）允许在装配过程中设计    可拖曳的用户界面     自动生成BOM表（Bill of Material）Drawing（工程图生成）全关联的模型与视图关系    尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和焊接符号等标注    图纸可用ASME、ANSI、ISO、DIN、JIS、BS及MIL标准    除此之外，Pro/E模块还可完成透视图、着色渲染、质量与载面特性分析、本地及全局干涉检查、全面支持Pro/PDM和Pro/INTRALINK进行数据交换与管理、集成Pro/MECHANICA进行机构仿真分析、全兼容有荚分析软件等功能。    图12-6为Pro/E的界面    随着计算机软硬件技术的飞速发展，CAD软件也将愈来愈强大。CAD软件的以下几个发展趋势是值得注意的：1.CAD技术的晋及化    高性能微机的出现已使得CAD摆脱了价格昂贵的图形工作站而进入低价的微机领域；建模内核的更新使得CAD的一些低端产品同样具备了高档产品的性能，为CAD技术晋及化铺平了道路。2.CAD产品的集成化    CAD/CAE/CAPP/CAM将集成于同一平台，使设计制造一体化；另一方面，不同的CAD系统通过对分布环境下的信息进行集成的技术，实现基于Internet/Intranet的网上协同设计。3.CAD工作的智能化    采用虚拟产品设计（Virtual Prodwct design）技术和人机一体化智能系统，缴杓乒程中进行分析、推理、判断、构思和决策等，实现设计过程优化，大大提高设计的效率和质量。该文章所属专题：机械制图电子教程