机械设计中三维设计软件的应用

徐冬雪

沈阳汇智精密机械有限公司

机械设计中三维设计软件的应用

徐冬雪

沈阳汇智精密机械有限公司

随着软件工程不断的发展，计算机图形技术的发展和成熟，在机械设计中三维软件作用越来越重要。它的优点是简单、准确、方便和快捷等。通过三维设计，我们可以得到产品的三维模型以及虚拟产品的效果图，还有根据三维模型输出的完美的、标准化的工程图纸。由于它的巨大优势，三维设计已经成为机械设计的主要发展方向。

机械设计；三维设计；软件

1 三维设计软件综述

目前三维设计软件已经渗透到各个工程领域，并有着广阔的市场前景。三维设计软件与二维设计软件有着不同的设计思想，并且在许多功能方面有着二维设计软件不可比拟的优势。

1.1 三维设计的主要思想

传统2D设计中，设计者是根据对零件或装配体设计期望的结果直接绘制二维图。而在三维设计中，是从平面-草图-特征-零件-装配体这一思路出发，直接生成零件和装配体的三维模型，再导出对应的二维图纸。在三维设计中，对零件进行三维建模， 实质是对零件加工过程进行模拟和对零件加工工艺过程进行描述， 是在三维软件的环境下进行的虚拟加工。

1.2 三维设计软件的优势

利用三维软件，设计者可准确、轻松地得到预想的三维模型，并且在此基础上可以完成许多2D软件不可能完全的功能，如：对复杂体进行体积、重量的计算、对构件的运动进行仿真。对零件进行应力分析、根据用户设置的几何约束条件对零件进行装配、演示功能、快速导出二维图纸。

2 市场上主流三维设计软件介绍

根据上面对三维设计软件优势的分析中，我们可以得出结论，一个相对完善的三维设计软件应具备以下基本功能：

(1) 图形处理功能：如二维交互图形技术、三维几何造型、图形仿真模拟及其图形输入输出功能等。

(2) 科学计算与分析功能：能够完成产品常规设计、优化设计、可靠性分析、有限元分析、动态分析、运动模拟仿真、应力分析等科学计算。

(3) 数据管理与数据交换功能：如数据库管理、不同CAD系统间的数据交换和接口功能等。

(4) 其它功能：如进行文档制作、编辑及文字处理功能、二次开发功能和网络功能等。

2.1 Autodesk Inventor

Inventor 是由美国的Autodesk 公司于1999 年发行的一种基于特征的实体造型系统。经过多年的发展，已经成为一种包含最新技术的基于特征的参数化实体造型软件。Inventor 的理念是使操作尽量简单化，一个掌握基本Windows 操作的用户，经过几天的培训，就可以基本掌握Inventor 三维建模技术，并应用到生产实际中去。

作为一款中端设计软件，Inventor 以简单操作、优惠价格、人性化操作界面受到了业内的广泛支持，在机械加工、电子、码头、船舶、制造业等领域有着广泛的应用，尤其是在中小企业得到了广泛的使用。

2.2 Solidworks

SolidWorks是由美国SolidWorks公司发行的，是第一款基于Windows操作系统开发的三维设计软件，具有操作简单、易学易用、兼容性高的特点。SolidWorks 是一个基于特征的、参数化的实体造型系统，这也是当前三维设计软件的主体趋势。SolidWorks采用单一的数据库，用户在使用SolidWorks进行建模时，既可以创建单一的三维实体模型，也可以由三维实体自动生成各种工程视图。

SolidWorks是应用最广泛的中端三维建模软件，在制造业领域和机械设计行业里都有应用。由于SolidWorks也是发行最早的中端三维建模软件，在国际上享有较高的声誉，国际通用性比较强，国外的许多大学、企业应用很多。

2.3 Pro Engineer

Pro/Engineer是美国参数技术公司PTC推出的基于CAD/CAE/ CAM的软件包，其最突出的特点在于它的参数化建模、基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。参数化使得产品设计过程中的各个环节联系在一起，任何一个环节中发生零件尺寸的修改都可以自动映射到整个建模环境中。

Pro/Engineer号称“震撼业界的机械设计软件和世界最强大的模具设计软件”，自推向市场以来，因其强大的功能，很快得到业内人士的普遍欢迎，并迅速成为当今世界最为流行的高端设计软件之一。自上世纪90年代中期，国内许多大型企业开始选用，发展至今，已拥有相当大的用户群。

2.4 CATIA

CATIA是一款高端设计软件，具有三维设计、结构设计、曲面造型、二维转换、运动模拟、有限元分析、逆向工程、美工设计、数控加工等功能。CATIA功能强大的同时操作也比较复杂，受到同行业简单易用发展趋势的影响，也融入了一些Windows的风格，加强了易用性。

CATIA作为世界著名的高端三维建模软件，在制造业、加工业、科研、教育、建筑等许多领域都有应用，其足迹遍布世界上大部分工业国家。CATIA在汽车、飞机、造船等行业的应用非常广泛，几乎世界前20 强的汽车厂商都在使用，其用途主要在汽车曲面造型方面，甚至CATIA的许多功能模块就是由这些汽车厂商与达索公司合作开发的。CATIA的起源就在于飞机制造行业，世界上许多著名飞机制造公司都在使用CATIA，其中不乏像波音公司这样的飞机制造巨头企业。

2.5 UG

UG是最早的三维建模软件之一，也是应用最广的高端设计软件，同时它的易用性较差，难以掌握，虽然近年来在易用性上投入了大量精力加以改善，但在这一方面和一些中端设计软件相比还有很大差距。

UG主要客户包括，通用汽车、通用电气、福特、波音麦道、洛克希德、劳斯莱斯、普惠发动机、日产、克莱斯勒以及美国军方等。几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现UG在高端工程领域的应用优势。

3 结束语

三维建模技术在机械行业的广泛应用，根本性地改变了产品的设计、工艺以及生产装配乃至维修等环节，大幅度提升了新产品开发效率，节约产品开发成本。在不久的将来，三维设计软件必将全面渗透到各个工程领域，成为机械设计的主流。

[1]夏其庚. 机械设计中三维设计软件的应用研究[J]. 科学时代，2014(14).

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[3]赵盼盼. SolidWorks技术及其在机械设计应用中的特征[J]. 机械研究与应用， 2015(5)：195-197.