PRO_E与ANSYS接口

ＰＲＯ／　Ｅ与ＡＮＳＹＳ接口
吴小国秦东晨
（郑州大学机械工程学院，郑州４５０００１）
摘要：随着计算机技术的发展，ＣＡＤ／ＣＡＥ系统应用越来越广泛。

为了提高产品的质量、缩短产品设计周期，必须实现ＣＡＤ／ＣＡＥ系统之间的数据交换。

本文详细介绍了目前应用较广泛的ＣＡＥ／ＣＡＥ软件ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ和ＡＮＳＹＳ之间的数据交换接口。

关键词：ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲＡＮＳＹＳ接口
ＴｈｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｅｔｗｅｅｎＰＲＯ／ＥａｎｄＡＮＳＹＳ
ＷＵＸｉａｏｇｕｏ，ＱＩＮＤｏｎｇｃｈｅｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＡＤ／ＣＡＥｓｙｓｔｅｍｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｐｏｐｕｌａｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎＣＡＤ／ＣＡＥｓｙｓｔｅｍｓｍｕｓｔｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｗｉｌｌｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲａｎｄＡＮＳＹＳｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ，ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
１引言
目前，随着计算机技术的迅速发展，机械产品的设计方法发生了很大变化，已经由以前的凭经验靠手工设计转变为完全计算机设计。

用计算机设计产品主要经过三个步骤：
（１）使用ＣＡＤ软件完成产品的建模；
（２）用分析软件对产品模型进行结构特性和动态特性分析；
（３）通过仿真软件对产品模型进行在虚拟现实环境下测试。

这三个步骤是相互联系相互影响的，后一步都要以前面的数据为基础。

第一步根据设计要求建立模型后，在第二步中对模型进行结构特性分析，如果分析结果不满足要求必须回到第一步修改模型，直到满足要求。

最后对产品模型进行仿真分析，如果仿真结果不满足要求也必须回到第一步对模型进行修改，直到分析结果和仿真结果都满足要求。

在进行结构分析和仿真分析时都用到了产品模型数据，模型数据导入分析软件中，能否保持原来精度直接关系到分析结果的可信度。

现在，ＣＡＤ软件种类比较多，其中ＰＴＣ公司的ＰＲＯ／Ｅ软件应用比较广泛，分析类软件种类也不少，其中ＡＮＳＹＳ应用比较普遍，所以，
ＰＲＯ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ软件之间能否实现数据的准确交换直接影响到设计的可行性及设计结果的可靠性。

２ＰＲＯ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ之间的接口方法
软件之间的数据交换［１］有两种方法：（１）通过数据文件直接交换；（２）使用中间文件进行数据交换。

ＰＲＯ／Ｅ的模型数据不能通过第（１）种方法直接导入到ＡＮＳＹＳ里面进行分析，只能通过第（２）种方法导入。

ＰＲＯ／Ｅ软件可以导出的文件格式有很多种，其中最常用的有：ＰＡＲＴ（＊．ｐｒｔ）、ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）、Ｎｅｕｔｒａｌ（＊．ｎｅｕ）及中间分析文件（＊．ａｎｓ、＊．ａｎｆ）。

ＡＮＳＹＳ可以导入的模型数据文件格式有：ＩＧＥＳ、ＣＡＴＩＡ、ＵＧ、ＰＲＯ／Ｅ和（＊．ａｎｓ、＊．ａｎｆ）文件。

ＰＡＲＴ（＊．ｐｒｔ）是ＰＲＯ／Ｅ软件专用文件格式，它里面包含了模型及其分析的所有数据，但是这种格式只能在ＰＲＯ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ环境下才能还原出它包含的所有信息。

ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）是专门用来在ＣＡＤ和ＣＡＥ软件之间进行数据交换的一种文件格式，它能保证几何模型数据不丢失。

Ｎｅｕｔｒａｌ（＊．ｎｅｕ）是一种文本格式的文件，ＰＲＯ／Ｅ可以导出两种Ｎｅｕｔｒａｌ文件，一种是保存零件模型数据的Ｎｅｕｔｒａｌ文件，一种是保存装配模型数据的Ｎｅｕ－
５９
ｔｒａｌ文件，这种文件不仅能保存模型数据，还能保存装配的拓扑关系及特征参数［２］。

ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）是用ＰＲＯ／Ｅ软件对模型进行有限元分析时，在完成选择单元类型、划分单元格、添加边界条件等前处理后，用来保存这些前处理信息的一种文件格式。

ＡＮＳＹＳ软件与ＰＲＯ／Ｅ软件可以通过ＰＡＲＴ（＊．ｐｒｔ）、ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）、ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）、ＡＮＦ（＊．ａｎｆ）中间文件完成数据交换。

其中ＰＡＲＴ（＊．ｐｒｔ）文件必须和ＡＮＦ（＊．ａｎｆ）文件混合使用。

２．１ＡＮＳＹＳ和ＰＲＯ／Ｅ通过ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件实现数据交换。

２．１．１ＰＲＯ／Ｅ导出ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件
首先，在Ｐｒｏ／Ｅ环境下建立好零件模型或者完成零部件的装配，然后，选择主菜单【文件】下的【保存副本】子菜单，弹出保存副本对话框后，文件类型选择ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ），在【新名称】框内为模型输入新名称，点击【确定】按钮会弹出输出ＩＧＥＳ对话框，如图１：
图１输出ＩＧＥＳ
在输出ＩＧＥＳ对话框中可以设置输出图元的类型、参考坐标系以及ＩＧＥＳ文件结构。

输出的图元类型有：线框边、曲面、实体、壳、基准曲线和点，缺省输出图元是曲面，缺省是输出所有面组，点击【面组．．．】选择特定面组输出。

可以选择多种图元类型进行输出，但是不能同时输出曲面和实体或者曲面和壳。

单击【定制层．．．】按钮设置各层的输出特性。

文件结构类型［３］有：平整、一级、所有级别、所有零件，默认输出为平整。

平整：将组件的所有几何输出到一个ＩＧＥＳ文件。

导入到另一个系统时，该组件就担当一个零件的角色。

应将每一个零件分别放到一个层上，以便在接受系统中能加以区别。

一级：输出一个组件的ＩＧＥＳ文件，该文件只包含顶级几何（如组件特征）。

所有级别：输出一个组件的ＩＧＥＳ文件。

用它可创建带有各自的几何和外部参照的元件零件和子组件。

该选项支持所有层次。

所有零件：将一个组件作为多个文件输出到ＩＧＥＳ，这些文件中包含所有元件和组件特征的几何信息。

零件使用相同的参照坐标系，使接受系统中的重新装配更加容易。

点击【确定】完成ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）输出。

２．１．２ＡＮＳＹＳ导入ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件
ＡＮＳＹＳ导入ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件的方法有两种：一种是通过ＡＮＳＹＳ软件的用户界面操作导入；一种是通过输入命令导入。

通过用户界面操作导入ＩＧＥＳ的步骤是：
选择主菜单【Ｆｉｌｅ】下的子菜单【Ｉｍｐｏｒｔ】的次级子菜单【ＩＧＥＳ．．．】，弹出导入ＩＧＥＳ属性设置对话框，如图２：
图２导入ＩＧＥＳ文件
在导入ＩＧＥＳ属性设置对话框中可以设置：是否导入所有数据，是否合并图元，是否创建实体，是否删除小面。

点击【ＯＫ】按钮弹出文件路径选择对话框，在文件路径选择对话框中选择好所需精度，输入ＩＧＥＳ文件路径后，点击【ＯＫ】按钮完成ＩＧＥＳ文件导入。

通过命令导入ＩＧＥＳ文件的命令格式是：
／ＡＵＸ１５
ＩＯＰＴＮ，ＩＧＥＳ，ＮＯＤＥＦＥＡＴ
ＩＯＰＴＮ，ＭＥＲＧＥ，ＹＥＳ
６０
ＩＯＰＴＮ，ＳＯＬＩＤ，ＹＥＳ
ＩＯＰＴＮ，ＳＭＡＬＬ，ＹＥＳ
ＩＯＰＴＮ，ＧＴＯＬＥＲ，ＤＥＦＡ
ＩＧＥＳＩＮ，Ｆｎａｍｅ，Ｅｘｔ，Ｐａｔｈ
２．２ＡＮＳＹＳ和ＰＲＯ／Ｅ通过ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件实现数据交换。

２．２．１ＰＲＯ／Ｅ导出ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件
首先，在Ｐｒｏ／Ｅ中建好的模型，然后，选择菜单【应用程序】下的【Ｍｅｃｈａｎｉｃａ】子菜单，此时会进入有限元ＦＥＭ模式，选择结构分析。

在有限元ＦＥＭ模式下完成：设置材料类型和材料性质、选择单元类型、添加边界条件等前处理操作后，选择主菜单【网格】下的【创建】子菜单，开始分网，完成后关闭对话框。

选择主菜单【分析】下的【有限元求解】，弹出有限元求解设置对话框，如图３：
图３有限元求解设置
在求解器类型中选择ＡＮＳＹＳ，分析种类可以选择结构分析也可以选择热分析，选中输出到文件，输入文件名，点击【ＯＫ】，即可生成一个（＊．ａｎｓ）文件。

２．２．２ＡＮＳＹＳ导入ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件
ＡＮＳＹＳ导入ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件有两种方法。

第一种方法：选择主菜单【Ｆｉｌｅ】下的【ＲｅａｄＩｎｐｕｔＦｏｒｍ．．．】菜单，在弹出的路径选择对话框种选择ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件路径。

第二种方法：通过输入命令字导入ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件，所用的命令是／ＩＮＰＵＴ，命令格式：
／ＩＮＰＵＴ，Ｆｎａｍｅ，Ｅｘｔ，－－，ＬＩＮＥ，ＬＯＧ
Ｆｎａｍｅ－ＡＮＳ文件的路径及名称；
Ｅｘｔ－文件的后缀，这里为ａｎｓ；
－－－为系统保留字段；
ＬＩＮＥ－文件开始读取的位置，默认为０；
ＬＯＧ－是否二次记录命令到日志。

默认为０。

完成导入的模型是已经划分好网格的模型，可以直接进行求解，也可以重新定义单元类型，设置单元属性，细化单元格，重新定义载荷等再求解。

３各种接口方法的优缺点
ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件主要记录模型数据，包括二维模型和三维模型。

ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件是一种文本文件，它主要记录：单元类型、材料特性、波松比、弹性模量，节点和单元格数据等，但没有包括模型数据。

３．１ＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件格式的优点
通过ＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件能够把ＰＲＯ／Ｅ中的模型数据完全导入到ＡＮＳＹＳ里面，成功导入以后，可以对模型进行各种操作，与直接在ＡＮＳＹＳ环境下所建的模型一样方便处理。

３．２ＩＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件格式的缺点
当使用ＧＥＳ（＊．ｉｇｓ）文件格式进行数据导入时，对于特别复杂或包含有小平面、小线段、窄平面（如图４）的模型，必须进行模型修复才能划分网格，否则无法完成网格划分或者划分后计算的结果跟实际情况严重不符。

图４复杂模型
３．３ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件格式的优点
使用ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件把ＰＲＯ／Ｅ中的模型数据导入到ＡＮＳＹＳ里面后，添加边界条件可以直接进行求解运算，还可以很方便地修改单元类型、重新定义材料特性、细化单元格等。

３．４ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件格式的缺点
虽然通过ＡＮＳ（＊．ａｎｓ）文件把ＰＲＯ／Ｅ中的模型数据导入到ＡＮＳＹＳ里面后，添加边界条件就可以直接窄平面
小线段
穿孔
小面积
６１
车螺纹
端面循环车削
车外圆及端面
端面循
环车削
工序９：精车法兰
图２原工艺部分工序内容加工示意图
（粗线为加工表面）
２新工艺优化过程：
为了提高生产效率，我们决定对全顺车后桥壳加工工艺进行优化。

经过对整个加工过程进行分析，我们提出了一个全新的方案，将原用普通车床加工的车各节外圆、粗车法兰、半精车法兰及螺纹、精车法兰工序合并为一道工序放在粗、精镗琵琶孔之后采用数控车床进行加工，这样四道工序合并为一道工序后，原考虑粗、精镗琵琶孔时对装夹基准造成破坏而增设的修倒角工序即可取消。

我们采用的是沈阳机床厂生产的ＣＡＫ６１５０Ｄ数
控车床，数控系统为ＦＡＮＵＣ－ｓｅｒｉ
ｅｓｏｉｍａｔｅ－ＴＣ。

加工时由一个操作者操作两台数控车床，采用的是一夹一顶的装夹方式，即卡盘夹持桥壳一端外圆，桥壳另一端用活动顶尖顶紧内孔。

ＣＡＫ６１５０Ｄ数控车床刀架只有４个刀位，所以
我们在选用刀具时确安方案为一号刀车法兰正端面刀具，选用刀杆型号为ＰＣＬＮＲ２５２５Ｍ１２，刀片型号选
用ＣＮＭＧ１２０４０８－ＰＭ／
ＹＢＣ２５１，主轴转速３２０ｒ／ｍｉｎ，０．４６ｍｍ／ｒ，采用Ｇ９４指令端面循环车削，循环次数６
次。

二号刀车法兰反端面，
选用刀杆型号为
ＰＣＬＮＬ２５２５Ｍ１２，刀片型号与一号刀相同，采用指令
Ｇ９４进行端面循环车削，循环次数４次。

三号刀车各节外圆用９０°偏刀，选用刀杆型号为ＰＴ－ＧＮＲ２５２５Ｍ２２，
刀片开始时选用型号为ＴＮ－
ＭＧ２２０４０８－ＤＭ／ＹＢＣ２５１，因在加工时工件表面出现抖纹，我们考虑减小刀尖圆弧，将刀片型号改为ＴＮ－ＭＧ２２０４０４－ＤＭ／ＹＢＣ２５１，加工表面抖纹情况有所好
转，但在离顶尖最远的的一节外圆有时仍会出现抖纹，经株州钻石切削刀具股份有限公司来人现场观
察选型，最后确定使用刀片型号为ＴＮ－
ＭＧ２２０４０４Ｒ－ＺＣ／ＹＢＣ２５１，经试用后加工表面光滑未
出现抖纹，编程时分粗精车两刀车各节外圆及法兰端面。

四号刀车螺纹，选用刀杆型号为Ｒ１６６．
４ＦＧ－２５２５－１６，车螺纹采用Ｇ７６指令，自动循环车削
螺纹。

我们确定的工艺流程为：车基准－切长倒角－粗镗琵琶孔－精镗琵琶孔－车外圆、法兰及螺纹－三面钻孔－攻丝－去毛刺－磨各节外圆－抛光。

图３为新工艺工序５加工示意图，该工序由一名操作者同时操作两台数控车床进行加工。

图３新工艺工序５加工走刀路线示意图
３结束语
该工艺试验的成功使原五道工序５个操作者加工的工作缩减为一道工序一个操作者同时操作两台数控车床进行加工，加工一台桥壳平均只需６分钟，单班生产能力已达到７０台，生产效率得到了极大的提高，使公司全顺车后桥的生产能力满足了江铃股份有限公司日益增长的生产需要。

（上接第３８页）
求解运算，但是对于边界不规则的模型，由于ＡＮＳＹＳ是通过节点坐标重建模型，在给不规则边界添加力、约束时，每个节点都得单个处理，这就严重影响设计了效率。

４总结
详细介绍了ＰＲＯ／
Ｅ与ＡＮＳＹＳ的接口方法，具体说明如何生成中间文件，如何利用中间文件实现数
据交换，总结了两种方法的优缺点。

利用ＰＲＯ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ的接口方法实现数据的交换，能够充分发挥
软件各自的优势，从而能够提高产品的设计效率和
设计成功率，降低产品的设计成本，有较好的使用性。

参考文献：
［１］朱大培，许永安，杨钦，等．基于ＳＴＥＰ标准的数据交换研究与实现［
Ｊ］．计算机工程与设计，２００１，２２（４）：５２８．［２］ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．ＡＮＳＹＳＲｅｌｅａｓｅ９．０Ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ．ＳＡＳＩＰ，Ｉｎｃ．，２００４．
［３］ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＰＴＣ，Ｉｎｃ．Ｗｉｌｄｆｉｒｅ２．０ＭａｒｃｈＤｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ．２００４．
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６２。