莫保鋒，黃美發(fā)，肖萌萌，楊武軍

(1. 桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004； 2. 桂林機(jī)床股份有限公司， 廣西 桂林 541001)

Pro/E與ADAMS之間的數(shù)據(jù)傳遞方法研究

莫保鋒1，黃美發(fā)1，肖萌萌1，楊武軍2

(1. 桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 廣西 桂林 541004； 2. 桂林機(jī)床股份有限公司， 廣西 桂林 541001)

利用Pro/E與ADAMS聯(lián)合建立三維模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析研究的過程存在著數(shù)據(jù)傳遞路徑選擇的問題,要在ADAMS軟件中導(dǎo)入完整而全面的Pro/E模型, 選擇何種中性文件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞就顯得至關(guān)重要。文中詳細(xì)研究了Pro/E與ADAMS軟件均支持的中性文件: *.stp，*.slp，*.stl，*.igs，*. x_t，*.obj，并以五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型為例，將以上中性文件分別導(dǎo)入ADAMS軟件進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明：*.x_t文件與*.obj文件更適用于Pro/E與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，能夠獲得更加完整且全面的模型。

Pro/E; ADAMS; 中性文件; 傳遞

引 言

虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual Prototyping Technology，VPT)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟件，建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，分析和評(píng)估機(jī)械系統(tǒng)的性能，為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)[1-2]。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS和Pro/E是虛擬樣機(jī)技術(shù)常用的軟件。

ADAMS具有強(qiáng)大的后處理模塊及友好的人機(jī)界面，其仿真分析值具有很高的參考價(jià)值。Pro/E軟件是一款集CAD/CAM/CAE功能于一體的綜合性三維軟件，具有相當(dāng)強(qiáng)大的三維建模功能。目前對(duì)于復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的開發(fā)，較實(shí)用和流行的方案是運(yùn)用Pro/E進(jìn)行三維建模，然后導(dǎo)入 ADAMS 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，各取所長(zhǎng)，能夠非常好地滿足研究需要[3-5]。由于選用的CAD 軟件和動(dòng)力學(xué)仿真軟件是兩個(gè)不同公司的產(chǎn)品，在模型傳遞過程中就會(huì)出現(xiàn)圖形信息丟失，造成破面、漏面、丟面、模型裝配信息丟失等問題。如何選擇Pro/E與ADAMS之間圖形數(shù)據(jù)傳遞路徑，避免上述問題，達(dá)到研究所需的效果，是利用二者聯(lián)合開發(fā)虛擬樣機(jī)技術(shù)無法避開的難題。

從Pro/E中將模型導(dǎo)入ADAMS軟件的方法一般可分為2種：一是通過 Pro/E與ADAMS專用數(shù)據(jù)接口模塊Mechanism/Pro，將兩者進(jìn)行無縫連接；二是將模型另存為一種兩個(gè)軟件都支持的中性文件，再通過讀取導(dǎo)入ADAMS[6-8]。第1種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，不用退出熟悉的Pro/E界面就可以定義模型進(jìn)行仿真分析，不足的是模型文件比較大，經(jīng)常因無法正常識(shí)別讀取路徑而導(dǎo)致傳輸失敗。第2種方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以有多種中性文件供用戶參考選擇，不足之處在于，正是由于供選擇的中性文件較多，用戶常常無法選出合適的中性文件。本文以五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型為例，主要對(duì)模型以各中性文件形式在Pro/E與ADAMS軟件之間傳遞進(jìn)行具體討論，以找到一種更適用于Pro/E與ADAMS之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中性文件。

1 Pro/E與ADAMS均支持的中性文件

Pro/E與ADAMS軟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是一種符合STEP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (ISO 10303)的CAD文件格式，是公認(rèn)的全球統(tǒng)一的CAD數(shù)據(jù)文件交換標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也和世界上許多國(guó)家一樣依據(jù)STEP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB 16656[9]。STEP標(biāo)準(zhǔn)存在的問題是整個(gè)體系極其龐大，標(biāo)準(zhǔn)的制訂過程進(jìn)展緩慢，生成的數(shù)據(jù)文件很大。圖1和圖2分別為Pro/E中的銑頭模型和stp格式的銑頭模型。

圖1 Pro/E中的銑頭模型

圖2 stp格式的銑頭模型

stp格式是CAD三維設(shè)計(jì)中比較常用的格式，因?yàn)樗鼘?duì)各個(gè)CAD軟件的兼容性較好，在各CAD軟件中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基本不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，但在CAD軟件與其他軟件之間傳遞就很容易丟失數(shù)據(jù)。從圖2可以看出，當(dāng)利用stp格式在Pro/E與ADAMS之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型的電主軸部分信息丟失，出現(xiàn)破面、丟面，造成模型缺損，傳輸失敗。并且stp格式文件在導(dǎo)入ADAMS時(shí)速度很慢，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，尤其不適于大型、復(fù)雜模型的轉(zhuǎn)導(dǎo)。

1.2 *.slp文件

slp文件是一種數(shù)據(jù)交換的常用標(biāo)準(zhǔn)格式。Pro/E輸出的零件精度可以通過“偏差控制”來調(diào)整，偏差值設(shè)置越小，模型的精度就越高[10]。模型精度越高，輸出的文件就越大，耗費(fèi)時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。因此要合理地設(shè)置“偏差控制”，通常選擇默認(rèn)值。

在Pro/E與ADAMS之間以slp格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，精度較高，表面質(zhì)量較好，沒有皺面、破面等現(xiàn)象。但它僅適合于零件的傳遞，在傳遞裝配體時(shí)，會(huì)丟失裝配信息而導(dǎo)致傳遞失敗，如圖3所示。

圖3 slp格式的銑頭模型

1.3 *.stl文件

stl文件是由3D Systems公司開發(fā)的，它以三角形面片來表示三維實(shí)體模型，現(xiàn)已成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，絕大多數(shù)造型系統(tǒng)能支持并生成此種格式文件[11]。

Pro/E有2種方式可生成stl文件：二進(jìn)制格式和ASCⅡ碼格式。Pro/E輸出文件時(shí)要注意，若生成二進(jìn)制格式文件將不能被ADAMS識(shí)別，因此必須選擇ASCⅡ碼，才能順利在2個(gè)軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。如圖4所示，五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型導(dǎo)入后變成了一個(gè)整體，無法進(jìn)行仿真。

圖4 stl格式的銑頭模型

1.4 *.igs文件

igs文件是根據(jù)IGES標(biāo)準(zhǔn)生成的，主要用于不同三維軟件間的三維表面模型、三維實(shí)體模型等文件的轉(zhuǎn)換與傳遞。我國(guó)已于1993年9月將IGES3.0作為國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)。

五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型以igs格式導(dǎo)入ADAMS時(shí)，模型表面質(zhì)量比較光滑，基本沒有出現(xiàn)圖形特征的丟失。但是轉(zhuǎn)換后表面質(zhì)量不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)皺面的現(xiàn)象，并且導(dǎo)入的只是簡(jiǎn)單的幾何模型信息，其他信息容易丟失，如圖5所示。在導(dǎo)入ADAMS時(shí)，更要注意對(duì)“實(shí)體”與“殼體”這2種導(dǎo)入形式的選擇。若使用殼體形式導(dǎo)入，將不能對(duì)模型的材料屬性進(jìn)行定義，導(dǎo)入后無法進(jìn)行有效仿真，因此導(dǎo)入igs格式的模型一般使用“實(shí)體”形式導(dǎo)入。

圖5 igs格式的銑頭模型

1.5 *.x_t文件

x_t文件最早是UG的Parasolid模塊輸出的一種中性文件，它使文件可以在其他支持此格式的軟件中打開使用。由于x_t文件有很好的兼容性，并且轉(zhuǎn)換后的文件相對(duì)較小，便于模型的傳輸與使用，現(xiàn)在已經(jīng)是多種軟件均支持的常用中性文件。

Pro/E模型以x_t格式導(dǎo)入ADAMS時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)文件用于保存模型的零部件及裝配信息，然后通過定義裝配材料的屬性，添加約束后就可以進(jìn)行所需的分析，如圖6所示。

圖6 x_t格式的銑頭模型

1.6 *.obj文件

obj文件是一種以支持多邊形模型、3個(gè)點(diǎn)以上的面、法線以及貼圖坐標(biāo)為主的3D模型文件格式。它可以直接用寫字板打開并進(jìn)行編輯和修改，對(duì)3D軟件模型之間的數(shù)據(jù)互導(dǎo)非常實(shí)用。obj文件是一種適用性廣泛的中性文件，目前幾乎所有知名的3D軟件都支持obj文件的讀寫，不過其中很多軟件需要通過插件才能實(shí)現(xiàn)。

模型以obj文件導(dǎo)入ADAMS是比較順利的，操作也簡(jiǎn)便快捷。如圖7所示，模型也沒有出現(xiàn)諸如破面、漏面的現(xiàn)象，對(duì)于模型后續(xù)處理有較好的可操作性。在對(duì)零件材料的屬性進(jìn)行定義之前，可將不重要的零件利用布爾運(yùn)算合并成一個(gè)整體，然后定義材料屬性，添加Marker點(diǎn)、約束、動(dòng)力源等，最后再進(jìn)行各種分析，這樣可有效減少工作總量，提高工作效率。

圖7 obj格式的銑頭模型

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

利用Pro/E與ADAMS聯(lián)合建立三維模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析研究，首先要考慮的是兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞問題。而在數(shù)據(jù)傳遞過程中最重要的就是保證模型信息的完整性、穩(wěn)定性、可連續(xù)性，同時(shí)要兼顧傳遞效率。 這主要體現(xiàn)在：

1)模型傳遞后盡可能不出現(xiàn)皺面、破面、丟面；

2)模型的信息在傳遞前后要一致，不能出現(xiàn)信息錯(cuò)誤或丟失的現(xiàn)象；

3)模型傳遞完成后要便于繼續(xù)完成下一步工作，使分析研究工作可以在二者之間快速連貫進(jìn)行；

4)模型互導(dǎo)過程要方便快捷、高效可靠，以提高工作效率。

本文以五軸聯(lián)動(dòng)銑頭模型為例，對(duì)Pro/E與ADAMS共同支持的幾種中性文件進(jìn)行了具體的研究分析。Pro/E與ADAMS這2個(gè)軟件出自不同的公司，它們對(duì)不同的中性文件格式的兼容性也會(huì)有所不同。

stp、slp、stl 3種格式轉(zhuǎn)換到ADAMS時(shí),在傳遞速度上stp格式的速度是最慢的，另外2種格式傳遞速度相對(duì)較快。slp和stl格式轉(zhuǎn)換后的表面質(zhì)量較好，但是會(huì)丟失模型的裝配信息，從而導(dǎo)致模型不能仿真。雖然可以將在Pro/E中建立的零件模型逐個(gè)以slp和stl格式導(dǎo)入ADAMS，再進(jìn)行裝配、仿真，但這種做法對(duì)于簡(jiǎn)單的裝配體尚且可行，對(duì)于復(fù)雜的裝配模型，工作量很大，會(huì)消耗過多的人力物力。因此它們主要適用于零件和簡(jiǎn)單裝配體的轉(zhuǎn)換，特別不適用于對(duì)表面質(zhì)量要求高的模型轉(zhuǎn)換。

igs格式從Pro/E傳遞到ADAMS中速度比較慢，并且必須要以實(shí)體的形式導(dǎo)入，否則將無法定義材料屬性，進(jìn)而無法仿真。它還會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量、顏色等信息的丟失，這些都不利于文件在Pro/E與ADAMS之間的傳輸。igs格式通常用來轉(zhuǎn)換曲面文件，轉(zhuǎn)出來的表面質(zhì)量比較好，不易變形，但不適合實(shí)體模型轉(zhuǎn)換。

表1 各個(gè)中性文件數(shù)據(jù)交換結(jié)果對(duì)比

模型以x_t文件和obj文件從Pro/E傳導(dǎo)到ADAMS中速度都比較快，過程流暢，表面質(zhì)量好，最重要的是不會(huì)丟失模型的裝配信息。并且在這個(gè)過程中它會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的零件信息以區(qū)分每一個(gè)實(shí)體，確保能有效獲得裝配體的各個(gè)特征的信息，不丟失任何圖形特征。這2種格式文件不僅適合零件和簡(jiǎn)單的裝配體，對(duì)比較復(fù)雜的裝配體也一樣適用。表1是對(duì)各中性文件在Pro/E與ADAMS之間數(shù)據(jù)交換時(shí)的特點(diǎn)及主要使用范圍等信息的概括與對(duì)比。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以五軸聯(lián)動(dòng)銑頭為例，對(duì)Pro/E與ADAMS共同支持的幾種中性文件進(jìn)行了具體的研究分析，總結(jié)了各中性文件數(shù)據(jù)傳遞的特點(diǎn)、運(yùn)用時(shí)應(yīng)注意的問題以及其適用范圍等。指出Pro/E與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換更適合用*.x_t文件與*.obj文件來完成。這對(duì)利用Pro/E與ADAMS聯(lián)合建模進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] HELPENSTEIN H J. CAD geometry data exchange using STEP springer-verlag[M]. Hongkong: Springer-Verlag, 1993.

[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, 張為春. Pro/E 與 ADAMS 圖形數(shù)據(jù)傳遞方法的研究[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2010, 26(3): 203-204, 111.

[4] 杜中華, 薛德慶, 趙迎紅. Pro/E 和 ADAMS 傳遞過程中若干問題的討論[J].機(jī)械與電子, 2003(2): 68-70.

[5] 李寧, 段國(guó)林, 許紅靜. Pro/E 與 ADAMS 之間的數(shù)據(jù)交換方式的研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2012, 29(9): 36-40.

[6] 李美琴, 何濤. Pro/E 和 ADAMS 之間模型傳遞的常見問題[J]. 機(jī)械工程師, 2010(5): 77-78.

[7] TIAGO M B, SERGIO S. CAD and CAE integration through scientific visualization techniques for illumination design[J]. Tsinghua Science and Technology, 2008, 13 (Supp. l): 26-33.

[8] SAVIOJA L, MANTERE M, OLLIN I, et al. Utilizing virtual environments in construction projects[J]. ITcon, 1993(8): 85-99.

[9] 郭衛(wèi)東. 虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS應(yīng)用實(shí)例教程[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 2008.

[10] 陳德民, 槐創(chuàng)鋒, 張克濤, 等. 精通 ADAMS 2005/2007 虛擬樣機(jī)技術(shù)[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2010.

[11] 李增剛. ADAMS入門詳解與實(shí)例[M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 2006.

莫保鋒 (1986-)，男，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床的開發(fā)與機(jī)床精度。

黃美發(fā)(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床開發(fā)、機(jī)床精度以及新一代GPS理論。

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