支曉鵬，郭海南，徐昊遠(yuǎn)沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)　110159

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機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中三維建模技術(shù)的應(yīng)用分析

支曉鵬，郭海南，徐昊遠(yuǎn)
沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110159

摘要隨著軟件工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程開(kāi)發(fā)技術(shù)逐漸成熟。使用CAD/CAM/CAE等三維建模技術(shù)，開(kāi)展機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于提高我國(guó)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的機(jī)械使用壽命。我國(guó)目前正在走“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”的能源發(fā)展道路，推行高性能機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，有利于提高機(jī)械的生產(chǎn)效率，促進(jìn)節(jié)能減排活動(dòng)工業(yè)創(chuàng)新模式的開(kāi)展。本文根據(jù)三維建模技術(shù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)展開(kāi)討論，提出幾點(diǎn)有利于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)提高的可行性措施。

關(guān)鍵詞機(jī)械產(chǎn)品；三維建模；技術(shù)運(yùn)用；效果分析

使用三維建模技術(shù)指導(dǎo)于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中兼顧設(shè)計(jì)的新穎性、創(chuàng)造性，使其更加符合動(dòng)力學(xué)中能耗利用的相關(guān)要求。運(yùn)用新技術(shù)，體現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品制作發(fā)明的實(shí)用性，開(kāi)發(fā)更多符合市場(chǎng)需要的機(jī)械功能。為了提高機(jī)械產(chǎn)品三維建模設(shè)計(jì)的效能，技術(shù)人員應(yīng)該做好數(shù)據(jù)控制與知識(shí)熔接工作，將產(chǎn)品性能的管控體現(xiàn)到設(shè)計(jì)質(zhì)量的檢測(cè)活動(dòng)中去。在工業(yè)項(xiàng)目的機(jī)械產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)中，相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)該安排一些具有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的工人參與到設(shè)計(jì)活動(dòng)中去，針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行中最容易出現(xiàn)損耗的部分進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一套保護(hù)機(jī)械產(chǎn)品核心零部件的可行性方案。

1　開(kāi)展機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)三維建模技術(shù)開(kāi)發(fā)的基本原則

基于三維建模技術(shù)運(yùn)用中的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)活動(dòng)，不僅僅是針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的某一個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是應(yīng)該立足于全局機(jī)械產(chǎn)品整體使用功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新活動(dòng)，我們應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行創(chuàng)新性思考，盡可能采用新技術(shù)來(lái)開(kāi)展機(jī)械制造的活動(dòng)。同時(shí)，工作人員還應(yīng)該重視機(jī)械產(chǎn)品的理論性研究，在基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的技能水平。在概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從工業(yè)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，使用三維技術(shù)對(duì)零部件參數(shù)進(jìn)行多次調(diào)整，從而找到最佳的設(shè)計(jì)方案。從結(jié)構(gòu)分析的角度入手，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從新型的建模技術(shù)中找到動(dòng)態(tài)仿真中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中不足的部分進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。使用新技術(shù)和新材料，對(duì)機(jī)械零件的安裝與調(diào)配方法進(jìn)行改進(jìn)。

2　提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中三維建模技術(shù)開(kāi)發(fā)效果的措施

2.1開(kāi)發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)師的核心創(chuàng)新能力

為了培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)師的核心創(chuàng)新能力，必須要機(jī)械師加強(qiáng)設(shè)計(jì)方面的理念創(chuàng)新工作。基礎(chǔ)信息工作人員應(yīng)該建立起完善的綠色設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的環(huán)保細(xì)節(jié)和排放標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)儲(chǔ)存。機(jī)械設(shè)計(jì)師在進(jìn)行新產(chǎn)品的三維技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，可以根據(jù)此類(lèi)型產(chǎn)品中的經(jīng)典2D模型設(shè)計(jì)方法為藍(lán)本，吸收傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)中的優(yōu)秀理念，進(jìn)一步推行傳統(tǒng)產(chǎn)品中的3D模型裝配方法創(chuàng)新，在虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出對(duì)于新技術(shù)的探索和革新運(yùn)用。機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要認(rèn)真參考規(guī)范設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，保證設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品符合國(guó)家相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品的節(jié)能、環(huán)保和生產(chǎn)高效。

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三維建模技術(shù)運(yùn)用中，技術(shù)人員首先要對(duì)樣品的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行深入分析，使用3D點(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量的方法，對(duì)虛擬樣機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行前期開(kāi)發(fā)。參考同類(lèi)型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)采集的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的各項(xiàng)零件大小、硬度符合規(guī)定。使用CAD曲面構(gòu)造的方式，創(chuàng)建后期的全面造型。為了保證機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的零件組合方式的科學(xué)合理，還需要構(gòu)造人員使用CAD軟件生成NC程序，對(duì)機(jī)械的各個(gè)零件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行后期優(yōu)化，對(duì)前期的CAD制作參數(shù)進(jìn)行整理，生成ATL文件，并且將其拆分成單個(gè)設(shè)計(jì)板塊，將文字和設(shè)計(jì)圖片進(jìn)行對(duì)應(yīng)存檔。如果后期生產(chǎn)活動(dòng)中存在技術(shù)問(wèn)題，可以及時(shí)調(diào)取單個(gè)板塊的原始設(shè)計(jì)參數(shù)，作出有益的修正，確保機(jī)械產(chǎn)品使用性能的提高。

2.2由零部件三維模型轉(zhuǎn)化為工程圖

使用模具NC加工的方式，保證建模產(chǎn)品的快速成型制造。對(duì)成型模具進(jìn)行前期的技術(shù)測(cè)試，在保證生產(chǎn)模具符合設(shè)計(jì)的強(qiáng)度需要之后，才能夠開(kāi)展大批量的生產(chǎn)復(fù)制活動(dòng)，從而將產(chǎn)品設(shè)計(jì)活動(dòng)中的耗損率降低到較小水平。

在產(chǎn)品的工藝裝配活動(dòng)中，工作人員需要對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于工模具設(shè)計(jì)的方法，應(yīng)該融入新型的理念。推行標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品生產(chǎn)，降低標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)過(guò)程中的單個(gè)產(chǎn)品差異，從而吸引投資商進(jìn)行外購(gòu)件的采購(gòu)。對(duì)于建模產(chǎn)品的制造執(zhí)行與參數(shù)更改，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮到機(jī)械三維設(shè)計(jì)模型與實(shí)體轉(zhuǎn)化之間的差異，集合公司的設(shè)計(jì)人員對(duì)參數(shù)更改的方案進(jìn)行探討，最終對(duì)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)的更改計(jì)劃進(jìn)行審慎安排。在產(chǎn)品生產(chǎn)尺寸控制的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)零部件數(shù)控加工代碼進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，確保CAX集成數(shù)據(jù)收集成功。在PRO等三維設(shè)計(jì)軟件的使用過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要使用鑄造工藝CAD接口軟件，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)的前期工作來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員應(yīng)該首先對(duì)數(shù)據(jù)的讀取與轉(zhuǎn)化模塊進(jìn)行性能調(diào)試。在DXF文件讀取過(guò)程中，進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)與三維圖形的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，根據(jù)軟件的編程對(duì)數(shù)據(jù)交互方式進(jìn)行定義。在節(jié)點(diǎn)、軸線及其實(shí)體生成模塊上，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)方法的捕捉。在三維軸線生成過(guò)程中，技術(shù)人員除了應(yīng)該利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零部件投影捕捉，還應(yīng)該加強(qiáng)同期檢測(cè)，防止自動(dòng)投影捕捉過(guò)程中出現(xiàn)影像疊加導(dǎo)致建模缺陷的問(wèn)題。

2.3計(jì)算機(jī)上的三維實(shí)體建模分析

三維實(shí)體建模的過(guò)程，就是設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品制造、性能測(cè)試的過(guò)程。三三維實(shí)體構(gòu)思的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要使用計(jì)算機(jī)三維實(shí)體建模的方法，對(duì)產(chǎn)品的有限元進(jìn)行深入分析。在分析的過(guò)程中，技術(shù)人員需要將機(jī)械中的零部件進(jìn)行拆分，對(duì)比其設(shè)計(jì)尺寸與三維實(shí)體工藝編程之間的區(qū)別，最終調(diào)試出最佳的零部件組合方法。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)上在現(xiàn)代化的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的應(yīng)用過(guò)程中，設(shè)計(jì)師運(yùn)用多種機(jī)械設(shè)計(jì)和制作手段方面的創(chuàng)新，綠色理念指導(dǎo)下的機(jī)械設(shè)計(jì)工作，需要設(shè)計(jì)人員從全局性的設(shè)計(jì)思維出發(fā)，最終落實(shí)到大型機(jī)械制造的局部。大型機(jī)械的生產(chǎn)的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)由于部分零件損害，導(dǎo)致了整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)活動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題的情況。對(duì)于同一行業(yè)的不同品牌機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，相關(guān)部門(mén)一定要做好零配件產(chǎn)品的型號(hào)參數(shù)設(shè)計(jì)統(tǒng)一性設(shè)計(jì)。以三維鋼架結(jié)構(gòu)快速建模系統(tǒng)與生產(chǎn)為例，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)本公司的試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)為要求，確定初期的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品中的零部件表達(dá)方法和數(shù)據(jù)規(guī)模進(jìn)行整合分析。確定了最終的設(shè)計(jì)方案和模塊導(dǎo)入框架之后，技術(shù)人員需要依據(jù)同類(lèi)型的建模零件實(shí)體、以及機(jī)械相關(guān)知識(shí)和相關(guān)資料進(jìn)行工藝特征設(shè)定。在三維裝備體建模及其干涉檢查的過(guò)程中，對(duì)具體的物理參數(shù)設(shè)計(jì)工程進(jìn)行計(jì)算和分析，保證輸出部分的設(shè)計(jì)文件和圖紙三維轉(zhuǎn)化誤差降低至最低水平。

3　結(jié)論

三維建模技術(shù)的廣泛使用和眾多商業(yè)三維設(shè)計(jì)軟件的不斷發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段變革。在三維建模技術(shù)實(shí)體生成的環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真效果進(jìn)行預(yù)判，從而保證機(jī)械實(shí)體生成與后期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不出現(xiàn)錯(cuò)位。為了達(dá)到最佳的三維建模技術(shù)的運(yùn)用效果，對(duì)實(shí)體編輯模塊進(jìn)行后期調(diào)試和必要修改。細(xì)節(jié)類(lèi)型的修改應(yīng)該依據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的采集分配來(lái)進(jìn)行，使機(jī)械三維模型的基本形狀和幾何特征符合產(chǎn)品三維表達(dá)模式的需要。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)TH12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）155-0088-02