家电产品的三维造型设计方法的研究Word文件下载.docx
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截面发生曲线沿一条、二条或三条方向控制曲线运动，变化而生成的曲面。
可根据各发生曲线与脊骨曲线的运动关系，把扫描面分为平行扫描曲面、法向扫描曲面和放射状扫描曲面。
5）网格曲面：
由一系列曲线构成的曲面。
根据构造曲面的曲线的分布规律，网格曲面可分为单方向网格曲面和双方向网格曲面。
单方向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线构成；
而双方向网格曲面由一组横向曲线和另一组与之相交的纵向曲线构成。
6）拟合曲面：
由一系列有序点拟合而成的曲面。
7）平面轮廓面：
由一条封闭的平面曲线所构成的曲面。
8）二次曲面：
椭圆面q_抛物面，双曲面等。
（2）由曲面派生曲面
1）等半径倒圆曲面：
一定半径的圆弧段与两原始曲面相切，并沿着它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。
2）变半径倒圆曲面：
半径值按一定的规律变化的圆弧段与两原始曲面相切，并沿它们的交线方向运动而生成的圆弧型过渡面。
3）等厚度偏移曲面：
与原始曲面偏移一均匀厚度值的曲面。
4）变厚度偏移曲面：
在原始曲面的角点处，沿该点曲面法矢量方向偏移给定值而得到的曲面。
5）混合曲面（桥接曲面）：
在两个（或多个）分离曲面的指定边界线处，生成一个以指定边界为生成曲面的边界线，与所选周围原始曲面圆滑连接的中间曲面。
6）延伸曲面：
在曲面的指定边界线处，按曲面的原有趋势（或某一给定的矢量方向）进行给定条件的曲面扩展而生成的曲面。
7）修剪曲面：
把原始曲面的某一部分去掉而生成的曲面。
8）拓扑连接曲面：
把具有公共边界线的两个曲面进行拓扑相加后的曲面。
1.3实体造型
（1）基本体素
1）拉伸体：
一条封闭的曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离而得到的实体，包括方体。
2）旋转体：
一条封闭曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成的实体。
包括圆柱体、圆锥体、球体等。
3）扫描体：
一条或多条封闭的截面曲线沿一条轨道按一定的规律运动而生成的实体。
4）等厚体：
与原始曲面偏移给定厚度值而形成的实体。
5）缝合体：
由一组封闭曲面缝合而成的实体。
6）倒圆体：
在实体的棱线处，生成一个与该棱线处的两相邻表面相切的圆弧型过渡体。
7）倒角体：
在实体的棱线处，生成一个给定角度和长度的倒角体。
（2）工艺特征形体
包括凸台、凹腔、孔、键槽、螺纹、筋等。
（3）拓扑操作对体素进行并、交、差布尔运算及用曲面片体修剪体素而生成新的实体。
2 对产品进行剖析，确定产品结构的主要特征和合理的建模顺序
有些家电产品看起来相当复杂，造型时感到无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面与面之间的过渡、凸台、凹腔、倒圆、倒角等）。
首先从基本特征入手，保证重点，产生一合理的造型“基体”或称之为“毛坯”。
在这“毛坯”上完成细节部分，如过渡面、局部凸台、凹腔、孔、筋条等。
这样主次分明，先做什么，后做什么，问题就迎刃而解了。
在造型时根据产品的主要结构建立特征曲线，通过拉伸、旋转等建立一个合理的“毛坯”，再采用布尔“并、交、差”运算，在实体之间合并、挖除、相交成型，同时还可以使用面片体作为“刀具”将“毛坯”实体剪切去除，以获得实体的外观形状。
这也是在家电产品造型时最常用的造型方法。
其关键在于如何建立高质量的面片体“刀具”，这将在曲面造型技巧一节中提及。
在这里需提出的是：
用以修剪、分割实体的曲面片“刀具”各边缘都应超出“毛坯”剪切截面边缘。
此时可将原片体沿切面方向延伸，延伸片与原片体缝合后形成的较大片体即可作为“刀具”也可以重新作一较大的片体“刀具”。
图1所示为某款手机充电器面盖。
通过分析产品结构，按外轮廓做出图2所示毛坯，然后做面S1去剪毛坯，在此基础上长凸台B1,挖凹腔P1、P2,长两定位钉B2,最后做倒圆特征S2。
图1充电器面盖图2毛坯图
3 曲面造型技巧
家电产品的外观形状多由自由型曲线曲面组成，其共同点是必须保证曲面光顺。
曲面光顺从直观上可以理解为保证曲面光滑而且圆顺，不会引起视觉上的凸凹感，从理论上是指具有二阶几何连续，不存在奇点与多余拐点，曲率变化较小以及应变能较小等特点。
要保证构造出来的曲面既光顺又能满足一定的精度要求，就必须掌握一定的曲面造型技巧。
3.1化整为零，各个击破
用一张曲面去描述一个复杂的家电产品外形是不切实际和不可行的，这样构造的曲面往往会不光顺，产生大的变形q_这时可根据应用软件曲面造型方法，结合产品的外形情况，将其划分为多个区域来构造几张曲面，然后将其缝合，或用过渡面与其连结。
当今的三维CAD系统中的曲面几乎都是定义在四边形域上。
因此，在划分区域时，应尽量将各个子域定义在四边形域内，即每个子面片都具有四条边。
而在某一边退化为点时构成三角形域，这样构造的曲面也不会在该点处产生大的变形。
3.2建立光顺的曲面片控制线
曲面的品质与生成它的曲线即控制线有密切关系。
因此，要保证光顺的曲面，必须有光顺的控制线。
曲线的品质主要考虑以下几点：
①满足精度要求；
②曲率主方向尽可能一致；
③曲线曲率要大于将做圆角过渡的半径值。
在建立曲线时，利用投影、插补、光顺等手段生成样条曲线，然后通过其“曲率梳”的显示来调整曲线段函数次数、迭代次数、曲线段数量、起点及终点结束条件、样条刚度参数值等来交互式地实现曲线的修改达到其光滑的效果。
有时通过线束或其它方式生成的曲面发生较大的波动，往往是因为构造样条曲线的U、V参数分布不均或段数参差不齐引起的。
这时可通过将这些空间曲线进行参数一致性调整，或生成足够（视形状与精度而定）数目的曲线上的点，再通过这些点重新拟合曲线。
在曲面片之间实现光滑连接时，首先要保证各连接面片间具有公共边，更重要一点是要保证各曲面片的控制线连接要光顺，这是保证面片连接光顺的必要条件。
此时，可通过修改控制线的起点、终点约束条件，使其曲率或切矢在接点保证一致。
3.3将轮廓线删繁就简再构造曲面
我们看到的曲面轮廓往往是已经修剪过的，如果直接利用这些轮廓线来构造曲面，常常难以保证曲面的光顺性，所以造型时在满足零件的几何特点前提下，可利用延伸、投影等方法将3D轮廓线还原为2D轮廓线，并去掉细节部分，然后构造出“原始”曲面，再利用面的修剪方法获得曲面外轮廓。
3.4从模具的角度考虑
产品三维造型的最终目的是制造。
家电产品零件大都由模具生产出来。
因此，在三维造型时，要从模具的角度去考虑，在确定产品出模方向后，应检查曲面能否出模，是否有倒扣现象（即拨模角为负角），如发现有倒扣现象，应对曲面的控制线进行修改，重构曲面。
这一点往往被忽略，却是非常重要的。
3.5曲面光顺评估
在构造曲面时，要随时检查所建曲面的状况，注意检查曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。
检查曲面光顺的方法可利用对构成的曲面进行渲染处理，即通过透视、透明度和多重光源等处理手段产生高清晰度的逼真性和观察性良好的彩色图像，再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。
图像明暗度变化比较均匀，则曲面光顺性好，如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大，则曲面光顺性差。
另外，可显示曲面上的等高斯曲率线，进而显示高斯曲率的彩色光栅图像，从等高斯曲率线的形状与分布、彩色光栅图像的明暗区域及变化，直观地了解曲面的光顺性情况[2]。
4 结束语
家电产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节。
充分利用现代先进的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定了基础。
要高质量地完成家电产品的造型，通常是经过数次的反复，综合利用各方面的知识和经验，并掌握一定的造型方法和技巧，在实际操作中。
不断发现问题，总结经验，在实践中提高。
作者单位：
广东省机械研究所模具CAD中心
谈谈Pro/Engineer中关系式的使用
CAD教育网
周四新
摘要:
本文详细论述了关系式的概念、使用方法及应用实例，对初学Pro/Engineer者有较高的参考价值。
关键词：
Pro/E关系式使用
Pro/Engineer是美国参数技术公司（PTC）推出的新一代CAD/CAE/CAM软件，其强大的功能深受业内人士欢迎，并成为当今世界上拥有用户最多的三维CAD软件。
随着WTO的加入，要求工业设计人员由二维CAD向三维CAD转变也成为必然趋势。
本人根据使用Pro/Engineer的体会，感到理解和使用好Pro/Engineer中的关系式很重要，它将给自己的设计带来更大的方便、灵活和快捷。
因此将它介绍给Pro/Engineer的初级用户,愿与大家共勉。
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2实例应用
实例1在特征中添加关系式。
假如已做好了如图2所示的零件模型，该模型有一个孔特征和一个立方体特征。
如果我们希望该孔特征与立方体特征的边长关联，随着立方体的放大或收缩，孔的直径及其相对位置等比缩放，可按如下步骤建立关系式：
1/从part菜单中选取Relations选项，→FeatRel，选取图中的圆孔特征，→Feature，系统要求选取相关特征，以便显示尺寸参数选取图中的圆孔和立方体特征，单击Relation→add，在输文本框中，可依次输入关系式：
d5=0.3d0；
d6=0.5d0；
d8=0.2d0，单击done，完成输入d0并重新生成零件模型即可。
读者可通过变换关系式的内容，观看零件模型的变化，从中体会关系式的意义。
实例2在关系式中使用控制参数trajpar。
Trajpar是一个介于0到1之间的实数，在高级建模的变截面扫描特征中很有用，在扫描的起点，其值为0，在扫描的终点，其值为1。
图3为在特征中加入关系式sd4=50*sin（trajpar*360）+60后的结果。
显然，左端高60，中间最高处为110，中间最低处为10，右端高60。
可见，利用函数和trajpar控制特征的外形既准确又方便。
实例3在关系式中使用GRAPH曲线
图2
GRAPH曲线实际上是一种数学函数的图形表示，该曲线不是零件几何特征，在零件模型上不显示。
应该注意该曲线图形不能封闭，每一个x值只能对应一个y值，绘制GRAPH曲线时，必须使用坐标系。
绘制Sd4GRAPH曲线的具体操作如下：
Create→Datum→Graph→输入该函数图形名→AdvGeometry中的Coordsys，用鼠标单击绘图窗口适当位置建立坐标轴→绘制函数图形→标注尺寸→完成。
GRAPH在关系式中的格式如下：
sd#=evalgraph（“graph-name”，x-value）。
其中graph-name是用GRAPH绘制的函数曲线名（英文），x-value是在GRAPH曲线中x轴上的值，总体含义是，根据GRAPH和对应的x值，而返回对应的y值，并赋给要约束的关系尺寸sd#。
图4为本例中采用的名称为graph1的曲线图5为采用变截面扫描特征建立的瓶子模型，为了使瓶子高度方向的圆角有所变化，根据设计意图，我们让此圆角随着瓶体的不断升高圆角也不断变大，其变化规律完全依照graph1曲线（图中瓶体高度180）。
此例中我们只需加入如下关系式：
图3
sd5=evalgraph（“graph1”，trajpar*180）
重新生成模型后的结果如图6所示。
3结束语
以上对Pro/Engineer中的关系式作了简要介绍，此外，如果对已应用的关系式进行修改也十分方便，只需选取Relation菜单中的EditRel，系统自动弹出记事本，在其中选取要修改的关系式，编辑修改完后，保存退出，并重新生成模型即可。
当零件模型的多个关系式之间有一定联系时，应注意关系式的建立顺序。
即如果一个关系式中定义的参数被其它关系式使用，此关系式应放在其它关系式的前面，如果顺序不对，则关系式的控制达不到目的。
当关系式较多时，建议用Relation菜单中的SortRel，此时系统自动进行特征排序。
总之，在实际设计中，灵活、巧用关系式，必将给我们的设计带来意想不到的轻松与便捷。
企业应如何建立和应用CAD/CAE/CAM/PDM技术刘向阳
随着计算机技术的飞速发展，对企业来说CAD技术已不再是一个陌生的概念，许多大大小小的企业都已经建立了CAD技术系统，并多多少少地开展了CAD技术的普及应用和二次应用开发工作。
但是如何能建立一个完善的CAD技术系统和在实际工作中充分发挥CAD技术的作用，却始终一直困扰着大多数企业。
由于技算机技术的发展速度比较快，如果一旦企业在这方面进行了投资而又不能尽快地发挥其作用，这样会给企业带来不必要的损失，同时也为下一步CAD技术的应用发展制造了障碍，因此在采用CAD技术时，应注意以下几个问题。
一、建立CAD系统
1.CAD概念
CAD在早期是英文ComputerAidedDrafting（计算机辅助绘图）的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步的认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计；
真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等。
二维工程图设计只是产品设计中的一小部分；
于是CAD的缩写也由ComputerAidedDrafting改为ComputerAidedDesign，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是整个产品的辅助设计。
2.设计方法
传统的设计方法是工程师在大脑里构思三维的产品，再通过大脑的几何投影，最后反映到二维的工程图上;
在整个设计过程中，工程师有一大半的工作量是在三维实体和二维工程图的相互转换和繁琐的查表和计算中。
而制造工人又要把二维的图纸在大脑中反映出三维的实体然后进行加工制造,其整个过程可以表示为:
工程师手工工人读图三维概念设计－二维工程图设计－还二维图为三维实体－加工制造由于受设计工具和方法的限制,设计师很难设计出复杂、精确的产品。
新产品开发速度缓慢，对于复杂的产品，开发极为困难。
而利用现代的CAD技术将改变人们的传统设计方法和过程。
工程师直接操作电脑，利用CAD软件在计算机上进行零件设计，产品的装配；
产品的制作过程几乎与真实的产品制造没有差别，计算机屏幕上的产品就是未来制造出的产品（当然现有的设备和工艺能制造出来）。
并能在设计过程中,利用CAD技术完成工程师手工难以完成和低效率的工作，如产品零件装配后的干涉检查、零件的不合理结构检查、机构的运动模拟,零件和装配体的物理特性计算（重心位置、重量、惯性矩等），发现实际装配过程中可能出现的问题。
其整个过程可描述为：
工程师自动+手工干预工人读图三维概念设计－二维工程图+轴测图－还二维图为三维实体－加工制造把上面的两个过程进行比较，可以发现，设计师的二维工程图设计工作量大部分由CAD软件自动完成,工人读图由于有轴测图而变得非常的容易。
而且更重要的是，当修改零件设计时,借助三维软件技术，二维工程图会自动更新；
而使用二维CAD软件和手工绘制的二维图则无法做到这一点。
建立现代产品设计环境。
利用现代产品设计技术、优化设计、可靠性设计、标准化技术、成组技术性原理，建立产品技术规范，包括：
以零件特征为基础的结构、组合，形成标准化、模块化、参数化设计体系，面向制造、装配与检测的并行工程环境。
充分运用成熟技术，创造出新的原理与方法，实现创新设计。
3.CAD/CAE/CAM/PDM的作用和关系
CAE（ComputerAidedEngineering）通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。
有限元分析可完成力学分析（线性.非线性.静态.动态）；
场分析（热场、电场、磁场等）；
频率响应和结构优化等。
机构分析能完成机构内零部件的位移、速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。
CAM（ComputerAidedManufacture）可完成自动生成零件加工的数控代码，并可进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等。
是为数控机床服务。
PDM（ProductDataManagement）产品数据管理。
包括大家所熟悉的工程数据管理（EngineeringDataManagement-EDM）、文档管理（DocumentManagement）、产品信息管理（ProductInformationManagement-PIM）、技术数据管理（TechnicalDataManagement-TDM）、技术信息管理（TechnicalInformationManagement-TIM）、图像管理（ImageManagement）等，概况为一句话就是用于管理产品定义信息的所有系统。
CAD是CAE、CAM和PDM的基础。
在CAE中无论是单个零件、还是整机的有限元分析及机构的运动分析，都需要CAD为其造型、装配；
在CAM中，则需要CAD进行曲面设计、复杂零件造型和模具设计；
而PDM则更需要CAD进行产品装配后的关系及所有零件的明细（材料、件数、重量等）。
在CAD中对零件及部件所做的任何改变，都会在CAE、CAM和PDM中有所反应。
所以如果CAD开展的不好，CAE、CAM和PDM就很难做好。
4.CAD系统的建立
－做为企业的领导应认真学习国家有关开展计算机应用的优惠政策，尽力争取有关项目的资金，及时了解计算机技术的发展和国内外同行业应用情况。
－根据本企业的产品、技术、人员、资金情况，确立五年左右的应用规划；
应用系统工程的方法，有计划、有组织、有目标的逐步建立起本企业的CAD系统。
二、应用CAD/CAE/CAM/PDM技术
1．领导要重视－对CAD技术的概念、应用目标、开展过程有明确的了解，对CAD技术应用的重要性、复杂性及不断完善的过程有充分的认识。
－应把CAD技术的应用作为企业技术创新的主要措施，提高产品的水平和在市场上赢得用户的重要手段。
－制订中、长期应用规划，短期的具体应用计划，逐步实施。
－选择一个技术比较全面（也就是说既要懂CAD技术，又要很了解设计技术和本企业产品）的人，做为学术带头人，由他来牵头制定本企业应用CAD技术的规划和计划，并领导具体工作的实施。
因为要用好这个工具，需要做好许多技术准备工作和基础工作，知识面比较单一的人很难胜任这项工作。
2．搞好三化工作企业产品的三化（标准化、系列化、通用化）工作非常重要，也是搞好CAD应用的基础。
因为设计工作不仅仅是绘图，还需要查阅大量的资料、手册，进行各种计算；
如果CAD系统仅仅解决手工绘图问题，其他工作仍由手工完成，那么提高工作的效率和精度是非常有限的，因此必须逐步解决设计手册、计算公式和方法、标准、典型结构、通用件、外购件的电子化工作，即所有的设计资料进入计算机。
在搞好基础工作的同时，应逐步开展三维设计、有限元分析、机构分析和产品数据管理工作。
3．人员建立一支既懂CAD技术，又懂产品设计技术的队伍。
CAD技术的应用有别于其他工作。
这是因为CAD软、硬件只不过是技术人员的一个工具，而且是一个比较复杂、功能强大的工具，这个工具具有很大的时效性（由于计算机技术发展比较快，软、硬件性能不断提高，而价格不断降低，且降的幅度大、速度快）。
用得好，可在工作中发挥很大的作用，可以解决许多手工无法解决的问题；
用不好，则既浪费财力、又浪费人力和时间。
所以在领导重视，资金到位的情况下，从事CAD技术应用的人员就显得非常重要，应选拔那些肯吃苦、肯动脑筋、愿意学习的人去从事这项工作，因为这项工作需要不断地学习和掌握新技术，同时又能尽快地把新技术应用到工作中去；
是一个不断学习、不断创新的过程。
如果人员没有工作积极性、向上的进取精神，那么应用工作也很难做好。
4．软件、硬件的选型硬件的选型：
由于计算机技术的飞速发展，硬件的性能不断提高，而其价格不断降低，因此在硬件选型时，可根据资金、人员情况，建立以微机服务器为中心或微机与高档图形工作站为一体的系统，并逐步扩充完善。
软件的选型：
软件的选型比较重要，除考虑软件的性能、价格、供应商的服务之外，最重要的是，应该考虑所选择的软件，性能是否能满足你的工作需要，价格上你是否能承受的起。
除此之外，其它方面可以忽略。
因为市场上的软件很多，每一个软件都有他自己的长处和短处；
每一个软件都有用户，都有他在市场上存在的理由。
因此选择软件时，应充分了解软件的性能，明确自己的要求及所要达到的目标；
一定要根据自己的需要来决定，别人的意见都是参考，更不能人云亦云。
如果企业做这方面工作有困难，应请一些专家来咨询；
既要请那些来自学府和科研机构理论造诣高的学者，也要请那些来自工厂具有实际工作经验和教训的专家。
专家的费用远远小于盲目投资所造成的损失。
5．持久性由于CAD/CAE/CAM/PDM这项技术是一个不断发展、不断完善的技术，因此在应用中也是一个不断学习，不断应用的过程；
此外由于全面应用推广工作的基础工作量比较大，牵扯的面比较广；
加之对新技术的理解可能不准确等，有时难免会走一些弯路，碰到一些困难；
但是只要认准方向，有领导的支持
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