楊磊（淮安中綠園林機(jī)械制造有限公司，江蘇淮安　223300）

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基于三維軟件的機(jī)械可視化模型設(shè)計(jì)研究

楊磊
（淮安中綠園林機(jī)械制造有限公司，江蘇淮安223300）

摘要：三維軟件的使用是目前機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域一個重大突破，對零件快速設(shè)計(jì)具有重要作用。文章對目前使用較廣泛的幾款三維軟件做了介紹，闡述了軟件類型、基本功能和應(yīng)用領(lǐng)域。針對每種軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，文章基于Pro/E的參數(shù)化建模設(shè)計(jì)，對內(nèi)六角螺母進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，三維軟件學(xué)習(xí)及應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：三維軟件；Pro/E；參數(shù)化設(shè)計(jì)；可視化模型

三維可視化的機(jī)械設(shè)計(jì)成為目前機(jī)械設(shè)計(jì)的主要形式，通過三維軟件進(jìn)行模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動力學(xué)設(shè)計(jì)、動態(tài)數(shù)字化設(shè)計(jì)等為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了更加快捷的方法。基于三維軟件的可視化機(jī)械設(shè)計(jì)不僅減少設(shè)計(jì)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，更是省去了很多設(shè)計(jì)過程中的復(fù)雜計(jì)算，提高了計(jì)算的精確度。三維軟件設(shè)計(jì)可以進(jìn)行點(diǎn)、直線與曲線、平面與曲面、復(fù)雜表面實(shí)體的設(shè)計(jì)，由于模型直觀，觀察簡單，減少了設(shè)計(jì)者的空間想象過程，縮短設(shè)計(jì)時間。另外，三維軟件可以進(jìn)行力的分析和運(yùn)動仿真，通過仿真實(shí)際的運(yùn)動情況，設(shè)計(jì)者可以直觀的觀察運(yùn)動情況。通過加載載荷、約束力等參數(shù)，三維設(shè)計(jì)軟件可以實(shí)現(xiàn)受力分析，并形成特定的分界區(qū)域，可以觀察到受力部分的變形和應(yīng)力情況，根據(jù)受力情況改進(jìn)模型，可以得到可靠度更高地實(shí)體模型，提高設(shè)計(jì)的效率。文章對基本的CAD軟件進(jìn)行詳細(xì)的說明和介紹，然后針對某一零件，給出三維設(shè)計(jì)的實(shí)例，說明三維軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。

1　基本三維軟件介紹

三維軟件發(fā)展迅速，第一款三維軟件是Autodesk軟件公司發(fā)明的，稱為Invector。它是一款基于特征的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但是目前使用并不廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前使用廣泛的幾款設(shè)計(jì)軟件包括：UGNx、CATIA、Pro/E、Solid-Works。

三維軟件各有優(yōu)點(diǎn)和使用范圍，如表1所示，三維軟件的學(xué)習(xí)難易程度與其內(nèi)部算法的復(fù)雜程度有關(guān)系，軟件可以進(jìn)行的設(shè)計(jì)功能和設(shè)計(jì)特性越繁多，學(xué)習(xí)過程越緩慢。我國目前使用三維軟件的情況受到企業(yè)和地域的限制有所不同，許多專業(yè)的工程師需要具有熟練操作三維軟件的能力，并要求取得三維軟件的相關(guān)證書。這說明三維軟件的學(xué)習(xí)和使用在機(jī)械設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的地位，三維軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中作用巨大。

表1　基本三維CAD軟件及功能表

2　三維軟件應(yīng)用實(shí)例

基于上節(jié)對各種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)的討論，選擇一種三維建模軟件Pro/E，對其參數(shù)化建模進(jìn)行實(shí)例分析。Pro/E參數(shù)化建模的基本思想是利用參數(shù)的靈活變化性，對某個尺寸進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)定關(guān)系式和特征編輯操作，不需要修改模型就可以完成新的模型創(chuàng)建。對于一些標(biāo)準(zhǔn)件，模型的結(jié)構(gòu)是一定的，只是模型的結(jié)構(gòu)尺寸不同，如果每個模型都通過拉伸三維操作就很會浪費(fèi)大量的時間。參數(shù)化建模值需要改變關(guān)系式中的參數(shù)尺寸，就可以生成不同尺寸的模型。

下面對標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)六角螺母進(jìn)行參數(shù)化建模。內(nèi)六角螺母的型號是通過螺母的標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑給定的，所以添加約束和關(guān)系式主要是設(shè)計(jì)公稱直徑。在繪圖過程中，在草繪界面中添加關(guān)系，將尺寸參數(shù)轉(zhuǎn)化成參數(shù)驅(qū)動，尺寸之間限制關(guān)系約束，這樣通過改變公稱直徑就可以生成新的模型參數(shù)，再通過刷新模型就可以獲得新的模型。在Pro/E中

進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，獲得多個內(nèi)六角螺母如圖1所示。

圖1　基于Pro/E的內(nèi)六角螺母參數(shù)化建模

Pro/E屬于高端的三維設(shè)計(jì)軟件，其參數(shù)化建模時最為突出的優(yōu)點(diǎn)，對于一些標(biāo)準(zhǔn)件可以獲得較快的建模效果，大大縮短了設(shè)計(jì)過程和時間。利用Pro/E內(nèi)部的編輯功能和底層的開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速的特征操作、尺寸修改和編輯，尤其適用于一些標(biāo)準(zhǔn)件的快速設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果可以作為標(biāo)準(zhǔn)的模型庫進(jìn)行調(diào)用。

當(dāng)然，其他軟件也可以進(jìn)行類似的建模分析，但是每款軟件具有不同的特點(diǎn)。文章利用Pro/E進(jìn)行實(shí)例分析，得到良好地效果。對于每一種軟件的學(xué)習(xí)都需要掌握模型的建立原理，改變不同的操作環(huán)境后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)很快上手。三維軟件的熟練使用是目前企業(yè)和研究人員必須掌握的內(nèi)容，可視化的模型設(shè)計(jì)在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

3　結(jié)語

三維軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)過程，不僅改善了設(shè)計(jì)環(huán)境，減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜計(jì)算和對比等工作，更提高了設(shè)計(jì)效率，增加了設(shè)計(jì)質(zhì)量。三維CAD軟件種類較多，且各有優(yōu)點(diǎn)，但是對于一些基本的操作是相近的，學(xué)習(xí)三維軟件需要掌握基本的建模思想，這樣熟悉了操作環(huán)境之后就可以靈活的學(xué)習(xí)使用了。

參考文獻(xiàn)

［1］黃愷.Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)高級應(yīng)用教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］唐榮錫.CAD產(chǎn)業(yè)發(fā)展的回顧與思考（之四）：PTC/Pro/E參數(shù)化特征設(shè)計(jì)新天地［J］.中國制造業(yè)信息化，2005，（4）.

［3］趙迪.UG Nx模具設(shè)計(jì)教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［4］羅阿妮，張桐鳴，劉賀平，等.機(jī)械行業(yè)三維建模技術(shù)綜述［J］.機(jī)械制造，2010，（10）：1-4.

［5］陳建國，張玲.CAD三維建模技術(shù)的發(fā)展［J］.機(jī)電技術(shù)，2010，33 （4）：26-28.

The Mechanical Visualization model based on 3d Software Design Research

YANG Lei
（Huaian Zhonglv Garden Machinery Manufacturing co.，LTD.，Huaian，Jiangsu 223300，China）

Abstract:The use of 3d software is a major breakthrough，the mechanical design field plays an important role in rapid design. A few articles for use with a wide range of 3d software is presented，this paper expounds the types of software，the basic function and application field.According to the characteristics of each of the software design are presented in this paper based on Pro/E parameterized modeling design，parametric design internal hexagonal nut.Article 3 d software learning and application to provide the reference.

Key words:3d software；Pro/E；parametric design；visual model

中圖分類號：TP391.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0085-01

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：楊磊（1984-），男，江蘇淮安人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：園林機(jī)械的設(shè)計(jì)及制造。