【文章內(nèi)容簡介】 庫、參數(shù)化、基于特征和全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。全球有3萬多家公司選用。Pro/E被精心設(shè)計用于創(chuàng)新，在整個產(chǎn)品系列，它具有數(shù)百項(xiàng)增強(qiáng)功能。涵蓋了實(shí)體模型設(shè)計、曲面設(shè)計、平面工程圖、零件組合、加工制造、模具設(shè)計、鈑金零件設(shè)計、掃描數(shù)據(jù)建模設(shè)計和有限元模型格式的輸出等。 Pro/E具有以下特性：三維實(shí)體模型可隨時計算出產(chǎn)品的質(zhì)量、體積、表面積、重心和慣性矩等相關(guān)物理量。采用單一數(shù)據(jù)庫，具有二維和三維完全關(guān)聯(lián)性?；谔卣鞯膮?shù)式建模，尺寸參數(shù)化。 Pro/E除了與一般CAD／CAM具有相同的一些常用功能外，Pro/E還具有以下功能：a)高效能的用戶使用方法：從“拖曳操作”到“智能制圖”，b)互動式曲面處理：互動式曲面處理擴(kuò)展功能(IS—DX)對實(shí)體建模、參數(shù)化曲面建模和自由形式美學(xué)曲面建模的無縫結(jié)合，提供了一個高性能的設(shè)計環(huán)境；c)最優(yōu)化特征一行為建模BMX：設(shè)計工程師從而可以迅速地抓住設(shè)計理念，定義好設(shè)計參數(shù)，規(guī)劃出最佳的解決方案，因此不必要浪費(fèi)大量的時間在重復(fù)操作和計算分析上，這樣可以在短時間內(nèi)由計算機(jī)計算出最佳解“；d)解決方案的廣度：新增了數(shù)百個功能，如小組數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)互遞設(shè)計、全相關(guān)2D制圖、制造業(yè)高速加工的改進(jìn)功能、仿真和EMX(專家模具系統(tǒng))等。. 2 Unigraphics UG起源于美國麥道(MeDonnell Douglas)公司的產(chǎn)品，是EDS公司的拳頭產(chǎn)品。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體k線框和表面功能結(jié)合在一起。UG—II由計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助工程(CAE)、仿真、品質(zhì)保證、開發(fā)工具、軟件接口、計算機(jī)輔助制造(CAM)及鈑金加工等部分組成。 主要功能及特點(diǎn)：UG的曲面實(shí)體造型采用了標(biāo)準(zhǔn)的R—rep結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型。UG發(fā)展了概念設(shè)計思想，即草圖設(shè)計：通過修改參數(shù)而改變設(shè)計。采用基于特征的實(shí)體造型。尺寸驅(qū)動編輯功能：用戶利用編輯技術(shù)，指定草圖的約束，特征參數(shù)和幾何關(guān)系，利用尺寸驅(qū)動生成所需的實(shí)體模型。UG具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE和CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換，實(shí)現(xiàn)2—2．5軸、3—5軸聯(lián)動的復(fù)雜曲面加工和鏜銑。UG提供二次開發(fā)工具GRIP、U—FUNG、ITK，允許用戶擴(kuò)展UG功能。．3 CATIA系統(tǒng) CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司工程部開發(fā)的產(chǎn)品。CATIA系統(tǒng)是在CADAM系統(tǒng)(原由美國洛克希德公司開發(fā)，后并入美國IBM公司)基礎(chǔ)上擴(kuò)充開發(fā)的。 美國波音飛機(jī)公司共有數(shù)千臺圖形終端使用CATIA軟件，在飛機(jī)CAD/CAM中全面使用計算機(jī)技術(shù)，使Boing777成為“無紙飛機(jī)”。 CATIA的主要功能及特點(diǎn):CATIA是集成化的CAD／CAM／CAE系統(tǒng)，它具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理、兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口。CJLTIA由數(shù)十個獨(dú)立計價的模塊組成，根據(jù)需要可任意選用。它們是：基礎(chǔ)模塊、庫管理模塊、接口模塊、交互式圖形界面模塊、三維設(shè)計模塊、實(shí)體幾何造型模塊、工程繪圖模塊、高級曲面設(shè)計模塊、數(shù)控銑編程模塊、數(shù)控車編程模塊、機(jī)器人模塊、建筑設(shè)計及設(shè)備布置模塊、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊、電路設(shè)計模塊、管路設(shè)計模塊、圖象設(shè)計模塊、運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊、有限元造型模塊、數(shù)據(jù)存取管理模塊及數(shù)據(jù)庫存取管理服務(wù)模塊。．4 Cimatron Cimatron系統(tǒng)是以色列Cimatron公司的產(chǎn)品。提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型和工程繪圖，全面的數(shù)控加工，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。Cimatron是專門針對工模具行業(yè)設(shè)計開發(fā)的。在整個工模具制造過程中的每一階段，用戶都會得益于全新的、更高層次的針對塑料模和沖模設(shè)計與制造的迅速性和靈活性。 Cimatron提供了一套集成的工具：實(shí)現(xiàn)模具的分型設(shè)計、進(jìn)行設(shè)計變更的分析與提交、生成模具滑塊與嵌件、完成工具組件的詳細(xì)設(shè)計和電極設(shè)計。Cimatron支持具有高速銑削功能的2．5—5軸銑削加工，基于毛坯殘留知識的加工和自動化加工模板。Cimatron的模塊化軟件套件可以使生產(chǎn)每一個階段實(shí)現(xiàn)自動化，有效的實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。3. 3為什么選擇solidworks + 3ds max 的組合. 1 SolidWorks 介紹 SolidWorks是生信國際有限公司推出的基于Windows的機(jī)械設(shè)計軟件。生信公司是一家專業(yè)化的信息高速技術(shù)服務(wù)公司，該公司提倡的基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)是以Windows為平臺，以SolidWorks為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等。SolidWorks是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。 Solidworks是一個非常優(yōu)秀的三維設(shè)計軟件，其三維實(shí)體建模系統(tǒng)具有易教、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，參數(shù)化特征造型技術(shù)定義清晰。Solidworks 2003版在以前版本基礎(chǔ)上增強(qiáng)了鈑金設(shè)計功能和曲面造型功能，使用戶更方便的建立模型. . 2 Solidworks 的特點(diǎn)Solidworks是一個基于造型的三維機(jī)械設(shè)計軟件，它的基本設(shè)計思路是：實(shí)體造型虛擬裝配二維圖紙◇SolidWorks是基于三維造型的設(shè)計軟件。你可以畫出 3D 效果的零件圖，而不是二維的圖紙。你可以用這些 3D 零件生成二維的圖紙和三維的裝配圖。圖31 3D/2D◇SolidWorks 是通過給定尺寸來驅(qū)動的。你可以給定各部分之間的尺寸和幾何關(guān)系。在你保存圖的時候，改變尺寸就會改變零件的大小和形狀。例如，在下圖中，上部總是底部的一半高。 圖32 尺寸驅(qū)動◇一個 SolidWorks模型包括零件、裝配及工程圖等。零件、裝配和工程圖是一個模型的不同的表現(xiàn)形式，對任意一個的改動都會使其它兩個自動跟著改變。 圖33 裝配圖Solidworks 的三種文件： Part,assembly,drawing◇可以利用特征造型來建立零件的模型。用來生成零件的特征包括形狀（突起，切面，孔）和操作（圓角，倒角，抽殼等）圖34 特征造型 ◇大部分特征的是從草繪開始形成的。所謂草繪是二維的輪廓圖或截面圖。草繪可以被延伸，旋轉(zhuǎn)，放樣或沿著一條線掃描 掃描來形成它的基體特征。35由草圖生成零件 . 3 Solidworks基本界面圖36 界面介紹主菜單 這里包含的Solidworks所有的操作命令工具條 工具條的安排可能與你的不同，你可以重新排列工具條以適合需要。 你可以在制圖區(qū)的邊緣引入工具條或者拉到制圖區(qū)里，隨時可以移動。在這個窗口，你可以按以下步驟操作： ◇單擊文件菜單開始或退出零件圖，裝配圖或視圖。 ◇單擊視圖，工具菜單或在工具條上單擊右鍵來選擇顯示哪些工具條。視圖菜單還可以讓你隱藏或顯示狀態(tài)欄。 ◇單擊工具菜單 SolidWorks 的選項(xiàng)，或記錄宏。 ◇單擊右上角的最大化按扭使窗口全屏顯示設(shè)計樹 設(shè)計樹對于不同的操作類型（零件設(shè)計、工程圖、虛擬裝配）其內(nèi)容是不同的。但基本上在這里設(shè)計樹都真是的記錄了我們在操作中做的每一步。（如：添加一個特征、加入一個視圖或插入一個零件等）工作區(qū)域 是我們進(jìn)行零件設(shè)計、制作工程圖、虛擬裝配的主要操作窗口。我們以后提到的草繪等操作均在這個區(qū)域中完成狀態(tài)欄 標(biāo)明了目前操作的狀態(tài).. 4 Solidworks工具欄的個性化定制工具欄可以根據(jù)自己的使用情況進(jìn)行定制，主要有如下幾種操作方法：圖37 菜單工具欄顯示/隱藏：將鼠標(biāo)定位于空白的工具欄旁邊，點(diǎn)擊右鍵。打?qū)μ柕墓ぞ弑硎撅@示，否則隱藏使用菜單：工具自定義,選擇工具欄標(biāo)簽。選中需要顯示的工具欄，還 以定義工具欄圖標(biāo)的大小。 工具欄的移動：按住工具欄的豎線拖動，可以移動工具欄，可以定位于頂端、底端、左邊、右邊，或浮動于屏幕上。 工具欄內(nèi)容的增減：使用菜單：工具自定義，選中命令標(biāo)簽，取消在該工具欄的顯示 38拖動工具欄中的圖標(biāo)到前后位置，可以改變圖標(biāo)位置。. 5 Solidworks功能基于特征 Solidworks中的模型是由許多單獨(dú)元素組成，這些元素被成為特征。Solidworks模型實(shí)用智能化、易于理解的若干個特征，如凸臺、減切體、孔、圓角、倒角和斜度來創(chuàng)建，在特征創(chuàng)建時候就可以直接加入到零件。基于二維草圖的特征叫草圖特征，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描或放樣。直接創(chuàng)建在實(shí)體上的特征叫直接生成特征，如圓角和倒角就屬于這類特征。參數(shù)化 用于創(chuàng)建特征的尺寸與關(guān)系可以捕捉并存在于模型中。這不僅可使你捕捉設(shè)計意圖，而且還能使你快速而容易地修改模型。實(shí)體建模 實(shí)體建模是CAD系統(tǒng)中所使用的最完全的幾何模型類型。它包含了完整描述模型的邊和表面所必需的所有線架和表面幾何信息，除了幾何信息外，它還包括了把這些幾何體關(guān)聯(lián)到一起的拓?fù)湫畔?。全相關(guān) Solidworks模型與它的工程圖及引用它的裝配體是全相關(guān)的。對模型的修改會自動反映到與之相關(guān)的工程圖和裝配體中。同樣，你也可以在工程圖和裝配體中做出修改，這些修改也會反映到模型中。約束 Solidworks支持約束，例如平行、垂直、水平、豎直、同心和重合這樣的幾何關(guān)聯(lián)。此外，還可以使用方程來建立參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)。通過使用約束和方程，你可以保證捕捉并維持像通孔或等半徑這樣的設(shè)計意圖。自動（草圖）關(guān)聯(lián) 根據(jù)草圖繪制的方式，可以加入基本的幾何關(guān)聯(lián)，例如平行、垂直、水平和豎直。方程 用于建立尺寸之間的代數(shù)關(guān)聯(lián)，它提供了一種強(qiáng)制模型修改的外部方法。Solidworks提供的這些功能在實(shí)際應(yīng)用中極大的方便了用戶的使用。Solidworks建?；具^程是從草圖的繪制到實(shí)體轉(zhuǎn)換，再到裝配體，轉(zhuǎn)化為二維工程圖，最后還可以做些簡單爆炸視圖可以做一些簡單裝配動畫。因其動畫功能局限性太大，故在本次畢業(yè)設(shè)計中沒有采用Solidworks做動畫，而是采用著名3ds max來做的。. 6 3ds max 介紹3ds max是當(dāng)前世界上銷售量最大的三維建模、動畫及渲染的解決方案。它是AUTODESK公司的產(chǎn)品，是它的旗下公司Discreet公司的杰作。它支持大多數(shù)現(xiàn)有的3D軟件，并擁有大量的第三方的插件程序。它具有良好的視覺效果、動畫及渲染功能。我的這次畢業(yè)設(shè)計用到的主要是動畫和渲染功能，所以在這里只簡單介紹一下這兩個功能。下面是3ds max的用戶界面，它是由標(biāo)題欄、下拉菜單、工具條、狀態(tài)欄、視圖區(qū)、命令面板、視圖調(diào)整、動畫控制、提示欄、標(biāo)尺、時間滑塊等組成：圖38 3DS MAX 視圖 簡單介紹一下它的動畫功能：（1）創(chuàng)建形體在視圖（Viewport）中進(jìn)行物體的制作的?？梢酝ㄟ^二維繪圖工具繪制形體的截面，然后通過指定的路徑進(jìn)行三維放樣；也可以利用三維繪圖工具可以直接生成三維形體。幾個三維形體之間可以通過布爾運(yùn)算功能組合成新的形體。當(dāng)然，3DS max也提供了許多復(fù)雜形體的創(chuàng)建功能，比如造山、造水、創(chuàng)建閃電和爆炸效果等等。首先，先選取制作物體的工具，然后制作你所希望的物體，當(dāng)然也可以將由其它軟件所制作的幾何物體，輸入（Import）至3DS MAX中，比如通過AUTO CAD建模?？梢栽诿蠲姘澹–ommand Panel ）的卷展欄中，控制物體的制作參數(shù)，物體可以是“表面”（Surface）或“樣條”（Spline）、 2D或3D的幾何物體，而這些物體全都放置在三維空間中。最后給做好的三維形體賦予材質(zhì)，一方面，3DS max提供了強(qiáng)大的材質(zhì)庫供你選擇，另一方面，你可以在材質(zhì)編輯器中任意編輯所需的材料，調(diào)整它們的顏色、材料類型、表面貼圖、凹凸效果、反光效果、發(fā)光屬性、透明度等等，直到滿意為止。在影視廣告制作中，完美逼真三維形體能給廣告畫面增色不少。（2）場景布置場景布置就如同實(shí)地拍攝一樣，3DS max提供了攝像機(jī)（Camera）用來拍攝您的場景，加入光源（Light）以產(chǎn)生陰影及光照效果；也可以在場景中，加大氣（Atmosphere）、霧（Fog）、星空（Star field）、燃燒（Combustion）等特殊效果。（3）動畫制作場景設(shè)置完成，便可以開始以“關(guān)鍵幀”（Key frame）的方式，進(jìn)行動畫的設(shè)定。先選取場景中的物體，然后按下Animate（動畫）按鈕，您可以移動、旋轉(zhuǎn)或縮放（Scale）場景中的物體，進(jìn)行動畫的設(shè)定。你可以使用“時間滑塊”（Time Slider）移動至任何一幀動畫， Animate按鈕為您自動設(shè)定關(guān)鍵幀，任何參數(shù)的改變都將產(chǎn)生動畫的效果，而你可以直接在視圖中看到大部分的動畫效果。復(fù)雜的動畫還包括形體與形體之間的鏈接關(guān)系，比如手關(guān)節(jié)的運(yùn)動，急速前行的車子上的轉(zhuǎn)動車輪。在3DStudioMAX中，您還可以制作許多其它類型的動畫：可以在動畫軌跡中加入Motion（運(yùn)動）控制器，制作真實(shí)的機(jī)械動畫；可以運(yùn)用“原動力性質(zhì)”（Dynamics），模擬重力及固體物體之間的碰撞；可以使物體沿著特定路徑飛行，或使用Noise（噪音）控制器，使物體震動；攝像機(jī)的運(yùn)動（跟蹤）產(chǎn)生拍攝角度的變化和行進(jìn)效果；可以使用morpher（變形）編輯器，使物體變形。（4）動畫的輸出當(dāng)動畫完成時，您可以使用3DS MAX的渲染功能（Rendering），進(jìn)行作品的渲染，您可將動畫以電腦影像的格式、或是序列靜態(tài)圖像的方式輸出。3D Studio MAX可以產(chǎn)生大部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，您可以將輸出圖像設(shè)定成任意的分辨率。當(dāng)渲染完成后，還可以進(jìn)一步進(jìn)行圖像的后期（Post）特效處理，例如：耀光（G1ow）、模糊（B1ur）或顏色校正等。在廣告制作中，將動畫幀逐渲染后的序列靜態(tài)圖像導(dǎo)入到視頻非線性編輯系統(tǒng)中進(jìn)行后期編輯合成，最終輸出到錄像帶上。第四章 汽車自動變速器的建模過程得到實(shí)體如下面用液力變矩器得建模過程說明一下三維建模的