Pro/E与ADAMS之间的数据传递方法研究

莫保锋，黄美发，肖萌萌，杨武军

(1. 桂林电子科技大学机电工程学院， 广西 桂林 541004； 2. 桂林机床股份有限公司， 广西 桂林 541001)

Pro/E与ADAMS之间的数据传递方法研究

莫保锋1，黄美发1，肖萌萌1，杨武军2

(1. 桂林电子科技大学机电工程学院， 广西 桂林 541004； 2. 桂林机床股份有限公司， 广西 桂林 541001)

利用Pro/E与ADAMS联合建立三维模型进行动力学分析研究的过程存在着数据传递路径选择的问题,要在ADAMS软件中导入完整而全面的Pro/E模型, 选择何种中性文件进行数据传递就显得至关重要。文中详细研究了Pro/E与ADAMS软件均支持的中性文件: *.stp，*.slp，*.stl，*.igs，*. x_t，*.obj，并以五轴联动铣头模型为例，将以上中性文件分别导入ADAMS软件进行对比分析。研究表明：*.x_t文件与*.obj文件更适用于Pro/E与ADAMS之间的数据转换，能够获得更加完整且全面的模型。

Pro/E; ADAMS; 中性文件; 传递

引 言

虚拟样机技术(Virtual Prototyping Technology，VPT)是当前设计制造领域的一项新技术，通过计算机软件，建立机械系统的三维实体模型、运动学和动力学模型，分析和评估机械系统的性能，为机械产品的设计和制造提供依据[1-2]。机械系统动力学自动分析软件ADAMS和Pro/E是虚拟样机技术常用的软件。

ADAMS具有强大的后处理模块及友好的人机界面，其仿真分析值具有很高的参考价值。Pro/E软件是一款集CAD/CAM/CAE功能于一体的综合性三维软件，具有相当强大的三维建模功能。目前对于复杂机械系统的开发，较实用和流行的方案是运用Pro/E进行三维建模，然后导入 ADAMS 进行运动学和动力学分析，各取所长，能够非常好地满足研究需要[3-5]。由于选用的CAD 软件和动力学仿真软件是两个不同公司的产品，在模型传递过程中就会出现图形信息丢失，造成破面、漏面、丢面、模型装配信息丢失等问题。如何选择Pro/E与ADAMS之间图形数据传递路径，避免上述问题，达到研究所需的效果，是利用二者联合开发虚拟样机技术无法避开的难题。

从Pro/E中将模型导入ADAMS软件的方法一般可分为2种：一是通过 Pro/E与ADAMS专用数据接口模块Mechanism/Pro，将两者进行无缝连接；二是将模型另存为一种两个软件都支持的中性文件，再通过读取导入ADAMS[6-8]。第1种方法的优点在于，不用退出熟悉的Pro/E界面就可以定义模型进行仿真分析，不足的是模型文件比较大，经常因无法正常识别读取路径而导致传输失败。第2种方法的优点是，可以有多种中性文件供用户参考选择，不足之处在于，正是由于供选择的中性文件较多，用户常常无法选出合适的中性文件。本文以五轴联动铣头模型为例，主要对模型以各中性文件形式在Pro/E与ADAMS软件之间传递进行具体讨论，以找到一种更适用于Pro/E与ADAMS之间数据转换的中性文件。

1 Pro/E与ADAMS均支持的中性文件

Pro/E与ADAMS软件均支持的中性文件主要有 *.stp，*.slp，*.stl，*.igs，*.x_t，*.obj。

1.1 *.stp文件

stp是一种符合STEP国际标准 (ISO 10303)的CAD文件格式，是公认的全球统一的CAD数据文件交换标准。我国也和世界上许多国家一样依据STEP国际标准制订了相应的国家标准，其标准号为GB 16656[9]。STEP标准存在的问题是整个体系极其庞大，标准的制订过程进展缓慢，生成的数据文件很大。图1和图2分别为Pro/E中的铣头模型和stp格式的铣头模型。

图1 Pro/E中的铣头模型

图2 stp格式的铣头模型

stp格式是CAD三维设计中比较常用的格式，因为它对各个CAD软件的兼容性较好，在各CAD软件中数据转换基本不会丢失数据，但在CAD软件与其他软件之间传递就很容易丢失数据。从图2可以看出，当利用stp格式在Pro/E与ADAMS之间进行数据传输时，五轴联动铣头模型的电主轴部分信息丢失，出现破面、丢面，造成模型缺损，传输失败。并且stp格式文件在导入ADAMS时速度很慢，耗费时间较长，尤其不适于大型、复杂模型的转导。

1.2 *.slp文件

slp文件是一种数据交换的常用标准格式。Pro/E输出的零件精度可以通过“偏差控制”来调整，偏差值设置越小，模型的精度就越高[10]。模型精度越高，输出的文件就越大，耗费时间也会越长。因此要合理地设置“偏差控制”，通常选择默认值。

在Pro/E与ADAMS之间以slp格式进行数据交换时，精度较高，表面质量较好，没有皱面、破面等现象。但它仅适合于零件的传递，在传递装配体时，会丢失装配信息而导致传递失败，如图3所示。

图3 slp格式的铣头模型

1.3 *.stl文件

stl文件是由3D Systems公司开发的，它以三角形面片来表示三维实体模型，现已成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一，绝大多数造型系统能支持并生成此种格式文件[11]。

Pro/E有2种方式可生成stl文件：二进制格式和ASCⅡ码格式。Pro/E输出文件时要注意，若生成二进制格式文件将不能被ADAMS识别，因此必须选择ASCⅡ码，才能顺利在2个软件之间进行数据传递。如图4所示，五轴联动铣头模型导入后变成了一个整体，无法进行仿真。

图4 stl格式的铣头模型

1.4 *.igs文件

igs文件是根据IGES标准生成的，主要用于不同三维软件间的三维表面模型、三维实体模型等文件的转换与传递。我国已于1993年9月将IGES3.0作为国家推荐标准。

五轴联动铣头模型以igs格式导入ADAMS时，模型表面质量比较光滑，基本没有出现图形特征的丢失。但是转换后表面质量不稳定，有时会出现皱面的现象，并且导入的只是简单的几何模型信息，其他信息容易丢失，如图5所示。在导入ADAMS时，更要注意对“实体”与“壳体”这2种导入形式的选择。若使用壳体形式导入，将不能对模型的材料属性进行定义，导入后无法进行有效仿真，因此导入igs格式的模型一般使用“实体”形式导入。

图5 igs格式的铣头模型

1.5 *.x_t文件

x_t文件最早是UG的Parasolid模块输出的一种中性文件，它使文件可以在其他支持此格式的软件中打开使用。由于x_t文件有很好的兼容性，并且转换后的文件相对较小，便于模型的传输与使用，现在已经是多种软件均支持的常用中性文件。

Pro/E模型以x_t格式导入ADAMS时，系统会自动创建一个文件用于保存模型的零部件及装配信息，然后通过定义装配材料的属性，添加约束后就可以进行所需的分析，如图6所示。

图6 x_t格式的铣头模型

1.6 *.obj文件

obj文件是一种以支持多边形模型、3个点以上的面、法线以及贴图坐标为主的3D模型文件格式。它可以直接用写字板打开并进行编辑和修改，对3D软件模型之间的数据互导非常实用。obj文件是一种适用性广泛的中性文件，目前几乎所有知名的3D软件都支持obj文件的读写，不过其中很多软件需要通过插件才能实现。

模型以obj文件导入ADAMS是比较顺利的，操作也简便快捷。如图7所示，模型也没有出现诸如破面、漏面的现象，对于模型后续处理有较好的可操作性。在对零件材料的属性进行定义之前，可将不重要的零件利用布尔运算合并成一个整体，然后定义材料属性，添加Marker点、约束、动力源等，最后再进行各种分析，这样可有效减少工作总量，提高工作效率。

图7 obj格式的铣头模型

2 实验结果分析

利用Pro/E与ADAMS联合建立三维模型进行动力学分析研究，首先要考虑的是两者之间的数据传递问题。而在数据传递过程中最重要的就是保证模型信息的完整性、稳定性、可连续性，同时要兼顾传递效率。 这主要体现在：

1)模型传递后尽可能不出现皱面、破面、丢面；

2)模型的信息在传递前后要一致，不能出现信息错误或丢失的现象；

3)模型传递完成后要便于继续完成下一步工作，使分析研究工作可以在二者之间快速连贯进行；

4)模型互导过程要方便快捷、高效可靠，以提高工作效率。

本文以五轴联动铣头模型为例，对Pro/E与ADAMS共同支持的几种中性文件进行了具体的研究分析。Pro/E与ADAMS这2个软件出自不同的公司，它们对不同的中性文件格式的兼容性也会有所不同。

stp、slp、stl 3种格式转换到ADAMS时,在传递速度上stp格式的速度是最慢的，另外2种格式传递速度相对较快。slp和stl格式转换后的表面质量较好，但是会丢失模型的装配信息，从而导致模型不能仿真。虽然可以将在Pro/E中建立的零件模型逐个以slp和stl格式导入ADAMS，再进行装配、仿真，但这种做法对于简单的装配体尚且可行，对于复杂的装配模型，工作量很大，会消耗过多的人力物力。因此它们主要适用于零件和简单装配体的转换，特别不适用于对表面质量要求高的模型转换。

igs格式从Pro/E传递到ADAMS中速度比较慢，并且必须要以实体的形式导入，否则将无法定义材料属性，进而无法仿真。它还会出现质量、颜色等信息的丢失，这些都不利于文件在Pro/E与ADAMS之间的传输。igs格式通常用来转换曲面文件，转出来的表面质量比较好，不易变形，但不适合实体模型转换。

表1 各个中性文件数据交换结果对比

模型以x_t文件和obj文件从Pro/E传导到ADAMS中速度都比较快，过程流畅，表面质量好，最重要的是不会丢失模型的装配信息。并且在这个过程中它会自动创建一个单独的零件信息以区分每一个实体，确保能有效获得装配体的各个特征的信息，不丢失任何图形特征。这2种格式文件不仅适合零件和简单的装配体，对比较复杂的装配体也一样适用。表1是对各中性文件在Pro/E与ADAMS之间数据交换时的特点及主要使用范围等信息的概括与对比。

3 结束语

本文以五轴联动铣头为例，对Pro/E与ADAMS共同支持的几种中性文件进行了具体的研究分析，总结了各中性文件数据传递的特点、运用时应注意的问题以及其适用范围等。指出Pro/E与ADAMS之间的数据转换更适合用*.x_t文件与*.obj文件来完成。这对利用Pro/E与ADAMS联合建模进行动力学分析具有一定的指导意义。

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[2] BURIOL T M. Scalar fields processing and visualization in virtual environments and 3D CAD systems applied to power substation illumination design plan[D]. Curitiba: Federal University of Parana, Portuguese, 2006.

[3] 戴成, 张为春. Pro/E 与 ADAMS 图形数据传递方法的研究[J]. 微计算机信息, 2010, 26(3): 203-204, 111.

[4] 杜中华, 薛德庆, 赵迎红. Pro/E 和 ADAMS 传递过程中若干问题的讨论[J].机械与电子, 2003(2): 68-70.

[5] 李宁, 段国林, 许红静. Pro/E 与 ADAMS 之间的数据交换方式的研究[J]. 机械设计, 2012, 29(9): 36-40.

[6] 李美琴, 何涛. Pro/E 和 ADAMS 之间模型传递的常见问题[J]. 机械工程师, 2010(5): 77-78.

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[9] 郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社， 2008.

[10] 陈德民, 槐创锋, 张克涛, 等. 精通 ADAMS 2005/2007 虚拟样机技术[M]. 北京： 化学工业出版社， 2010.

[11] 李增刚. ADAMS入门详解与实例[M]. 北京： 国防工业出版社， 2006.

莫保锋 (1986-)，男，硕士，主要研究方向为数控机床的开发与机床精度。

黄美发(1962-)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为数控机床开发、机床精度以及新一代GPS理论。

Research on Data Transmission Path between Pro/E and ADAMS

MO Bao-feng1，HUANG Mei-fa1，XIAO Meng-meng1，YANG Wu-jun2

(1.SchoolofMechanical&ElectricalEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004,China;2.GuilinMachineToolCo.Ltd.,Guilin541001,China)

It is extremely popular that three dimension model and dynamics analysis are carried out with Pro/E combined with ADAMS. But there exists a problem of data transmission path selection between Pro/E and ADAMS. To import complete and comprehensive Pro/E models in ADAMS software, the choice of neutral file applied to data transfer is crucial. In this paper the neutral files supported by both Pro/E and ADAMS are studied, including *.stp, *.slp, *.stl, *.igs, *.x_t and *.obj. The five-axis linkage milling head is taken as an example to carry out the comparative analysis for the above different neutral files imported into ADAMS software. The research shows that *.x_t and *.obj files are more suitable for data conversion between Pro/E and ADAMS, which can obtain more complete and comprehensive models.

Pro/E; ADAMS; neutral file; transmission

2013-12-16

TP31

A

1008-5300(2014)02-0057-04