三維cad技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用學(xué)習(xí)

1、三維cad技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用學(xué)習(xí)三維cad技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用學(xué)習(xí) 三維CAD 技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為了有效的解決造型設(shè)計(jì)與后續(xù)的工程設(shè)計(jì)？制造環(huán)節(jié)相脫節(jié)的問(wèn)題，提生了一種在產(chǎn)品 設(shè)計(jì)過(guò)程中采用 Pro/Designer與Pro/Engineer無(wú)縫連接的方 法,為工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)與后期的工程制造的連貫開(kāi)辟了一 個(gè)新的途徑，其設(shè)計(jì)流程的過(guò)程為產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)化提供行之 有效的措施，從而縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化？引言 產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)是一種與藝術(shù)？人文?歷史？及自然等相結(jié)合的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)宜用專(zhuān)門(mén)的圖像設(shè) 計(jì)類(lèi)的軟件，如 Coreldraw,Photosh

2、op,Painter,3DSMAX,ALIAS 等？這類(lèi)軟件通常是無(wú)太多的數(shù)據(jù)限制，比較自由？隨意？產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)一般由藝術(shù)類(lèi)的造型設(shè)計(jì)師來(lái)承擔(dān)？產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì) ？它要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，符合國(guó)家或國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)，產(chǎn)品的每個(gè)尺寸及公差都是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，不可差之毫厘?這種設(shè)計(jì)是采用專(zhuān)門(mén)用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)的軟件, 如:AutoCAD,UG,Solidedge,Pro/ENGINEER,SolidWork 等來(lái)完 成？盡管目前一些高端的設(shè)計(jì)軟件，已經(jīng)具備了產(chǎn)品復(fù)雜造型的設(shè)計(jì)與渲染功能，但要藝術(shù)類(lèi)的設(shè)計(jì)師掌握并運(yùn)用這類(lèi)軟 件，至今還不是一件容易的事？所以從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師們大都是機(jī)械工程師由身，設(shè)

3、計(jì)的思維與方式完全不同于造型 設(shè)計(jì)師，他們思維是一種完全符合機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思維方式？那么，兩種設(shè)計(jì)將如何在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中得到結(jié)合，且得到較好的結(jié)合，并且更好地完成從設(shè)計(jì)到加工程序的轉(zhuǎn)換？成為我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)所要考慮的問(wèn)題？ 1?CAD技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì) 作為工程技術(shù)與美學(xué)藝術(shù)相結(jié)合的一門(mén)新科學(xué) 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì) 方法？它來(lái)源于社會(huì)的物質(zhì)生產(chǎn)，與人類(lèi)的工業(yè)性生產(chǎn)活動(dòng)和 日常生活緊密地結(jié)合在一起，隨著人類(lèi)物質(zhì)生活和文化藝術(shù) 水平的提高，產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)滲透到社會(huì)的各個(gè)方面，從家庭日用品？家用電器？家具等，到各類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備？?jī)x器儀表？辦公用 品及各類(lèi)交通工具？公共設(shè)施等，

4、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)代 工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可缺少的重要部分？合理美觀的造型設(shè)計(jì)可以在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中吸引更多的用戶(hù)，爭(zhēng)取市場(chǎng)的占有率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值？具有良好的外觀形態(tài) ？宜人的色彩？舒適的 表面質(zhì)感的工業(yè)品可以美化人們的生活和生產(chǎn)環(huán)境，豐富人們的精神要求，提高生產(chǎn)效率1?傳統(tǒng)的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，一般 是在市場(chǎng)調(diào)研，制定需求表之后，先展開(kāi)平面簡(jiǎn)圖的構(gòu)思，形成 稍微完整的方案之后，開(kāi)始繪制三維簡(jiǎn)圖，完全定型后再根據(jù) 需要繪制效果圖？三視圖或制作簡(jiǎn)易的模型？在造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要工程技術(shù)人員？產(chǎn)品造型人員與工人的通力合作 用樣品實(shí)物模型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，但對(duì)每一種方案都制作實(shí)物樣品，要付由大量的勞動(dòng)

5、，還存在著精度低？修改調(diào)整 困難？設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)及成本費(fèi)用高等問(wèn)題2 ?計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)第三次技術(shù)革命浪潮，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (computeraideddesign,簡(jiǎn)稱(chēng)CAD)技術(shù)則是計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域 應(yīng)用中最為活躍的一支 ？它集數(shù)值計(jì)算？仿真模擬？幾何模型 處理？圖形學(xué)？數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等方面的技術(shù)為一體，把抽象的？平面的？分離的設(shè)計(jì)對(duì)象具體化？形象化，它能夠通過(guò) 虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)把產(chǎn)品的形狀？材質(zhì)？色彩,甚至加工過(guò)程淋漓盡 致地表現(xiàn)由來(lái)，并能把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)化？規(guī)范化，這正是工業(yè)設(shè)計(jì)與CAD技術(shù)必然結(jié)合的基礎(chǔ)所在？ 2?CAD技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和手

6、段用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不但拓寬了計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念和方法產(chǎn)生了很大沖擊？具體體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上可以概括為幾個(gè)方面？ 2.1設(shè)計(jì)表現(xiàn)展示向無(wú)紙筆化”轉(zhuǎn)變計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不需要各種各樣的尺？規(guī)？筆？紙等傳統(tǒng) 工具,電腦的操作平臺(tái)提供了用之不盡的空間，表現(xiàn)的實(shí)施過(guò)程就是鼠標(biāo)的點(diǎn)擊與鍵盤(pán)的操作，復(fù)制？修改等從前繁雜的工作瞬間即可完成，而且干凈？簡(jiǎn)單？高效？數(shù)字化儀與手寫(xiě)板的 由現(xiàn)和普及，更使得設(shè)計(jì)在創(chuàng)意草圖階段也可以脫離紙筆手 繪的傳統(tǒng)模式，從而形成徹底的 無(wú)紙筆化”設(shè)計(jì)？ 2.2設(shè)計(jì)方 案交流方便快捷 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展拉近了人與人的距離，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)者與委托方之間，可以更加方便地交

7、流設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，而且可以在任何地方在第一時(shí)間與對(duì)方交流？另外，可以通過(guò) 網(wǎng)上的資源共享，進(jìn)行分工合作？ 2.3整體設(shè)計(jì)程序更具靈活性和高效性 在計(jì)算機(jī)上，產(chǎn)品的創(chuàng)意方案可以通過(guò)快速的 三維建模？渲染，實(shí)現(xiàn)立體設(shè)計(jì)，并且在形體感覺(jué)？形態(tài)調(diào)整？ 色彩？肌理等方面進(jìn)行隨時(shí)的改變調(diào)整，傳統(tǒng)的效果圖失去了原有的地位？設(shè)計(jì)中，大量的時(shí)間？精力可用在分析？評(píng)價(jià)？調(diào) 整上，使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序在側(cè)重點(diǎn)上有了變化？同時(shí)，計(jì)算機(jī)的內(nèi)容都是數(shù)字化的，文件復(fù)制沒(méi)有任何損失，這樣對(duì)同一設(shè) 計(jì)，其他人也可共享，設(shè)計(jì)任務(wù)也可分階段？分人？分地點(diǎn)完成， 大大提高了工作效率3? 2.4產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短？設(shè)計(jì)成果 更為真實(shí)可靠 工作效率

8、的提高使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期明顯縮短，計(jì)算機(jī)輔助制造使樣機(jī)的制作周期也大大縮短？計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)果具有真實(shí)的立體效果和質(zhì)量感，尤其是數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，使虛擬現(xiàn)實(shí)成為可能，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能使靜 止的設(shè)計(jì)結(jié)果成為虛擬的真實(shí)世界，人置身于真實(shí)的產(chǎn)品模擬使用環(huán)境中，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的各方面性能？計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬由來(lái)，由此可以極大地增強(qiáng)生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性和可靠性，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)階段不易察覺(jué)的錯(cuò)誤？ 2.5設(shè)計(jì)仿真和設(shè)計(jì)檢驗(yàn) 利用CAD系統(tǒng)的三維圖形功能，設(shè)計(jì)師可在計(jì)算機(jī)屏幕 上模擬由所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外形狀態(tài)，在設(shè)計(jì)之初就對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化這樣就不但可使產(chǎn)品具有優(yōu)越的品

9、質(zhì)？最低的消耗和最漂亮的外觀，而且在新產(chǎn)品試投產(chǎn)前，就可以對(duì)其制造過(guò)程中 的結(jié)構(gòu)？加工？裝配？裝飾和動(dòng)態(tài)特征做到恰如其分的分析和檢驗(yàn)，從而提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成性？ 2.6設(shè)計(jì)與制造的緊密結(jié)合CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)既可用于設(shè)計(jì)仿真CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)控加工設(shè)備聯(lián)結(jié)，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接用于產(chǎn)品零配件的加工，即CAM.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的引入可自動(dòng)完成從設(shè)計(jì)到加工程序的轉(zhuǎn)換4?圖一 設(shè)計(jì)流程圖 圖二 運(yùn)用PRO/D的曲線(xiàn)建模 圖三 運(yùn)用 PRO/D的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3?運(yùn)用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)3.1Pro/E 參數(shù)化設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用 參數(shù)化設(shè)計(jì) （Parametric）（也叫尺寸

10、驅(qū)動(dòng) Dimension-Driven）是 CAD 技術(shù)在 實(shí)際應(yīng)用中提由的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪 圖功能，還具有自動(dòng)繪圖的功能 ？目前它是CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng) 域內(nèi)的一個(gè)重要的 ？且待進(jìn)一步研究的課題？利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重 而瑣碎的繪圖工作中解脫由來(lái)，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量？參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取 和表達(dá)？約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造？1988年，美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ParametricTechnologyCorporation,PTC）首先推 由參數(shù)化設(shè)計(jì) CAD系統(tǒng)Pro/Engineer（簡(jiǎn)稱(chēng)Pr

11、o/E）,充分體現(xiàn) 由其在許多通用件 ？零部件設(shè)計(jì)上存在的簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)？它的主要特點(diǎn)就是：基于特征？全尺寸約束？全數(shù)據(jù)相關(guān)？尺寸 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改？ Pro/E通過(guò)一種獨(dú)特的？參數(shù)化的以及面向零 件的3D實(shí)體制作技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，為工程師們提供了一條革命性的途徑？完成了由二維到三維的轉(zhuǎn)換，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 系統(tǒng)？盡管Pro/E在通用件？零部件設(shè) 計(jì)上存在很大的優(yōu)勢(shì)，但是要想直接在Pro/E中完成曲面繁多 的產(chǎn)品造型是非常困難的事情？不是不能完成，是要耗費(fèi)大量的精力和時(shí)間，這樣就又增加了設(shè)計(jì)的周期？這樣我們可以采用PTC公司的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件 Pro/Designer（簡(jiǎn)稱(chēng)Pr

12、o/D）進(jìn)行 曲面設(shè)計(jì)，由于Pro/D與Pro/E采用的是同一數(shù)據(jù)庫(kù)，兩者之間 是無(wú)縫連接的，因而在設(shè)計(jì)中造型設(shè)計(jì)師和結(jié)構(gòu)工程師可以 更好的協(xié)作？ 3.2 Pro/D的曲面設(shè)計(jì)能力對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)人員和那些想構(gòu)建曲面模型的工程人員來(lái)說(shuō),Pro/D正是他們需要的工具，Pro/D可以構(gòu)建高質(zhì)量的自由曲面模型，并且可以很容易的轉(zhuǎn)換到其他基于制造工程的CAD系統(tǒng)中？ Pro/D能夠創(chuàng)建真實(shí)而精確的幾何體，利用它可以更加容易的創(chuàng)建模型，縮短設(shè)計(jì)周期？利用Pro/D可以把視覺(jué)上的美學(xué)要求和模具 制造過(guò)程中的工程要求很好的結(jié)合起來(lái)，這一點(diǎn)在創(chuàng)建自由曲面模型的過(guò)程中現(xiàn)得尤其顯著？ 3.3 Pro/D與Pro/E之

13、間的數(shù)據(jù)傳輸 Pro/Designer與Pro/Engineer之間交換數(shù)據(jù)有兩種 方式:一種是與Pro/Engineer直接交換數(shù)據(jù)，另外還有一種就 是以文件的方式與 Pro/Engineer交換數(shù)據(jù)？ 3.3.1與Pro/E直 接交換數(shù)據(jù) 如果兩個(gè)軟件都在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，可以采用直接傳輸?shù)姆椒?？直接傳輸法速度更快，并且?duì)于復(fù)合傳輸適 應(yīng)性更強(qiáng)？在一個(gè)Pro/Designer的進(jìn)程中，可以從當(dāng)前的Pro/Engineer進(jìn)程中調(diào)用零件或組件 ，也可以將 Pro/Designer 中的數(shù)據(jù)以CDRSIn特征的方式直接傳遞到Pro/Engineer中，每一次傳送請(qǐng)求都會(huì)在兩個(gè)軟件中自動(dòng)更新各自

14、的幾何體？3.3.2以文件方式與 Pro/E交換數(shù)據(jù) 如果兩個(gè)軟件不在同一 臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，可以使用文件傳輸?shù)姆椒▉?lái)傳遞并更新數(shù)據(jù)？一般情況下是在 Pro/Designer里面輸由為IGES等中間轉(zhuǎn)換 文件，然后Pro/Engineer里打開(kāi)轉(zhuǎn)換文件？ 3.4造型復(fù)雜產(chǎn)品 三維設(shè)計(jì)的 CAD應(yīng)用對(duì)于造型裝飾性強(qiáng)，特別是包含復(fù)雜 曲面的產(chǎn)品，可以使用Pro/D與Pro/E組合起來(lái)進(jìn)行，造型設(shè)計(jì) 師在Pro/D里面做ID?做曲面建模，直接從Pro/D里啟動(dòng)Pro/E, 把數(shù)據(jù)導(dǎo)到Pro/E由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò) 程中甚至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部做完了，由于客戶(hù)的要求或設(shè)計(jì)師對(duì)方案的局部要進(jìn)行更改

15、，這時(shí)只須在 Pro/D里面改動(dòng)，改好后 存好再原名稱(chēng)送給 Pro/E,那么Pro/E里也得到改變，而結(jié)構(gòu)不 用重做（當(dāng)然修改要使結(jié)構(gòu)有存在的條件，即它的父特征不會(huì)有問(wèn)題）?具體的設(shè)計(jì)流程如圖1所示？（1）方案設(shè)計(jì)：由造型設(shè)計(jì)師進(jìn)行概念草繪，可用二維平面軟件進(jìn)行方案效果圖繪 制？（2）三維造型設(shè)計(jì)：方案確定后，由設(shè)計(jì)師利用Pro/D進(jìn)行曲面設(shè)計(jì)？（3）三維造型設(shè)計(jì)確認(rèn)：將Pro/D里面的模型直接 轉(zhuǎn)入CNC,或RP做由實(shí)物模型進(jìn)行造型檢驗(yàn) ？（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 將Pro/D里的模型轉(zhuǎn)入Pro/E里進(jìn)行細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？（5）結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)確認(rèn)：進(jìn)行裝配和結(jié)構(gòu)模擬分析，確認(rèn)結(jié)構(gòu)？（6）模具設(shè)計(jì):將Pro/E里的產(chǎn)品傳遞給模具廠進(jìn)行數(shù)控編程？(7)生產(chǎn):將三維圖轉(zhuǎn)化為二維工程圖，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，進(jìn)行生產(chǎn)？ 3.5設(shè)計(jì)實(shí)例 圖2,圖3是運(yùn)用PRO/D與PRE共同完成的一款相相 機(jī)造型，設(shè)計(jì)步驟首先在 PRO/D里進(jìn)行曲面建模，并把數(shù)據(jù)導(dǎo) 入到PRO/E完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？ 4?結(jié)束語(yǔ)CAD技術(shù)的飛速發(fā)展 不僅意味著設(shè)計(jì)手段的改變，同時(shí)改變了工業(yè)設(shè)計(jì)的思維方式？推動(dòng)著制造業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)？制造到技術(shù)管理一系列深刻？全面？具有深遠(yuǎn)意義的變革，這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)？產(chǎn)品制造業(yè)的一 場(chǎng)技術(shù)革命？CAD技術(shù)的應(yīng)用，將計(jì)算機(jī)的快速性？準(zhǔn)確性以 及信息高度集成性和設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維？綜合分析的能力充分地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品概念