淺析三維建模技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

黎子瓊

摘 要：近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種相對成熟的工程設(shè)計軟件開始涌現(xiàn)。其中應(yīng)用最為廣泛的三維建模技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計工藝，提高了新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計的效率。本文從三維建模技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、意義及其在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：三維建模技術(shù)；機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計；應(yīng)用實例

在如今這個數(shù)字化、信息化、智能化時代，傳統(tǒng)的設(shè)計機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計方法已經(jīng)被淘汰，高品質(zhì)的三維建模技術(shù)為現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計提供了一個更加高效的平臺，大大縮短了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的周期?？梢哉f在融入了三維建模技術(shù)以后，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)有了質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)階段，三維建模技術(shù)得到了普遍應(yīng)用，實現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，設(shè)計人員可以選擇合適的三維技術(shù)來改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量。

1 三維建模技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

為了能夠逼真地模擬現(xiàn)實以及精確的描繪事物，完成三維物體的真實再現(xiàn)，就需要應(yīng)用到三維建模技術(shù)。三維建模技術(shù)實質(zhì)上就是研究對象的空間模型建構(gòu)，利用相關(guān)建模軟件對其模型進(jìn)行各種操作和處理。三維建模技術(shù)是伴隨著計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展而不斷創(chuàng)新的，設(shè)計人員可以通過人機(jī)交互的方式完成產(chǎn)品的構(gòu)思、分析和設(shè)計。上個世紀(jì)80年代，CAD技術(shù)逐漸成熟，成為人類生產(chǎn)工作的主要輔助工具之一，促進(jìn)了制造產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級和創(chuàng)新發(fā)展。對于大家常見的GAD軟件，其核心技術(shù)就是建模，從上世紀(jì)50年代的二維建模到今天的三維建模，CAD軟件有了很大突破。目前，三維建模技術(shù)能夠更完美的提供產(chǎn)品集成信息模型服務(wù)，使得產(chǎn)品設(shè)計上升到了更高的層次，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計工藝的規(guī)范化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計的質(zhì)量和效率越來越高。

2 三維建模技術(shù)對于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的重要意義

三維建模是一種參數(shù)化的設(shè)計方法，能夠根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)和特征進(jìn)行建模，通過模型動態(tài)顯示給工程設(shè)計人員，從而提高設(shè)計質(zhì)量和效率。參數(shù)化設(shè)計與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，具有很高的精確性和層次性，設(shè)計人員可以更改幾何圖形來達(dá)到設(shè)計的目的。三維建模技術(shù)可以對所有產(chǎn)品零件按照設(shè)計人員的設(shè)計理念和構(gòu)思從布局、結(jié)構(gòu)、造型等多個角度進(jìn)行全面包裝，能夠幫助設(shè)計人員分析產(chǎn)品設(shè)計中所存在的不合理機(jī)構(gòu)以及提供產(chǎn)品的裝配與動力性能，獲得結(jié)構(gòu)立體模型，優(yōu)化各項參數(shù)，從而設(shè)計出理想的產(chǎn)品。所以說，三維建模技術(shù)從根本上改變了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的工藝和流程，使得新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計的效率越來越高。作為機(jī)械工程設(shè)計人員有必要了解現(xiàn)代化三維建模技術(shù)，深入學(xué)習(xí)并掌握一些三維建模軟件，進(jìn)而設(shè)計出高工藝高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品。

3 三維建模技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用實例

由于三維建模技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用比較廣泛，且不同的企業(yè)、不同的機(jī)械產(chǎn)品所采用的三維建模技術(shù)也不一樣。當(dāng)前，業(yè)內(nèi)比較常用的三維建模軟件主要有Autodesk Inventor、Solid Edge、SolidWorks、Pro/Engineer、CATIA、UG等幾種，其中UG 是最早的三維建模軟件之一，也是應(yīng)用最廣的高端 CAD 軟件。本文將以UG三維建模軟件的應(yīng)用為例，來談?wù)勗跈C(jī)械的斜齒輪設(shè)計中UG建模軟件的具體應(yīng)用。

3.1 UG三維軟件的功能模型

UG是由EDS公司發(fā)行的一款集成的三維參數(shù)化軟件，它將CAD、CAE、CAM的優(yōu)點(diǎn)集合在一起，充分發(fā)揮了計算機(jī)先進(jìn)的輔助分析和設(shè)計技術(shù)，具有強(qiáng)大的設(shè)計功能，相對其他軟件來說操作簡單，被廣泛應(yīng)用到航天、機(jī)械、軍工等領(lǐng)域。

3.2 斜齒輪的三維建模分析

UG建模軟件具有多種模型，可以對斜齒輪的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)齒廓進(jìn)行全面分析，可靠性和精確度都非常高。從斜齒輪的端面齒廓曲度來看，屬于標(biāo)準(zhǔn)的漸開線，UG模型中提供了標(biāo)準(zhǔn)的計算程序，設(shè)計人員可以先將漸開線的方程轉(zhuǎn)化成UG程序的表達(dá)方式，再利用驅(qū)動公式曲線得到標(biāo)準(zhǔn)的漸開線。UG軟件中設(shè)置了直角坐標(biāo)系，可以將漸開線的參數(shù)化方程轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)系的方程。

3.3 斜齒輪精確建模

一是在菜單中添加各種參數(shù)，比如直徑、齒寬、螺距、齒數(shù)、軸坐標(biāo)等數(shù)據(jù)；二是利用UG提供的功能模版進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的設(shè)置，得出漸開線和分度圓；三是繪制圖形，進(jìn)行鏡像處理，繪制出螺旋線，完成單個齒輪設(shè)計；四是利用實體特征的圓形陣列命令得到全部整周的齒廓；五是例如幾何圖形，完成輪轂、 輪輻的設(shè)計，對相關(guān)部位進(jìn)行倒圓角跟倒斜角處理，最終得到斜齒輪。

3.4 優(yōu)化技術(shù)

作為三維建模過程中最為關(guān)鍵的一環(huán)，優(yōu)化質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品設(shè)計的效果。對于已經(jīng)創(chuàng)建好的模型可以采用實例化技術(shù)，在原有UG數(shù)據(jù)庫已存在的模型基礎(chǔ)上，通過對實例進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)以及縮放等變換坐標(biāo)比較后，對其幾何特征、顏色、紋理等屬性進(jìn)行編輯和調(diào)整，最終得到想要的效果。

3.5 應(yīng)用效果

實踐證明，UG三維軟件所提供的公式曲線功能效果非常明顯，失誤率極低，能夠達(dá)到精確建模的目的。并且各個結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠進(jìn)行調(diào)整和修改，符合現(xiàn)代參數(shù)化設(shè)計的需求。在實際設(shè)計中，只需要對模型機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化修改，就可以設(shè)計出不同類型的產(chǎn)品。

4 結(jié)語

三維建模技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計手段，更新了產(chǎn)品設(shè)計的概念和方法，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、美學(xué)設(shè)計、加工制造有效地聯(lián)系在一起，已成為產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)不可或缺的重要工具。作為機(jī)械設(shè)計專業(yè)人員要根據(jù)自身所處的行業(yè)以及未來發(fā)展方向選擇合適的建模軟件，真正發(fā)揮出三維建模技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的作用。

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