淺析三維建模技術在機械產品設計中的應用

黎子瓊

摘 要：近年來，隨著計算機技術的不斷進步，各種相對成熟的工程設計軟件開始涌現。其中應用最為廣泛的三維建模技術從根本上改變了傳統的機械產品設計工藝，提高了新產品開發和設計的效率。本文從三維建模技術的發展現狀、意義及其在機械產品設計中的應用進行了論述。

關鍵詞：三維建模技術；機械產品設計；應用實例

在如今這個數字化、信息化、智能化時代，傳統的設計機械產品設計方法已經被淘汰，高品質的三維建模技術為現代化機械產品設計提供了一個更加高效的平臺，大大縮短了機械產品設計的周期。可以說在融入了三維建模技術以后，機械產品設計技術有了質的飛躍。現階段，三維建模技術得到了普遍應用，實現了機械設計領域的創新發展，設計人員可以選擇合適的三維技術來改進產品設計的質量。

1 三維建模技術的發展現狀

為了能夠逼真地模擬現實以及精確的描繪事物，完成三維物體的真實再現，就需要應用到三維建模技術。三維建模技術實質上就是研究對象的空間模型建構，利用相關建模軟件對其模型進行各種操作和處理。三維建模技術是伴隨著計算機輔助設計技術的發展而不斷創新的，設計人員可以通過人機交互的方式完成產品的構思、分析和設計。上個世紀80年代，CAD技術逐漸成熟，成為人類生產工作的主要輔助工具之一，促進了制造產業的優化升級和創新發展。對于大家常見的GAD軟件，其核心技術就是建模，從上世紀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，三維建模技術能夠更完美的提供產品集成信息模型服務，使得產品設計上升到了更高的層次，實現了產品設計工藝的規范化、程序化和標準化，設計的質量和效率越來越高。

2 三維建模技術對于機械產品設計的重要意義

三維建模是一種參數化的設計方法，能夠根據產品參數和特征進行建模，通過模型動態顯示給工程設計人員，從而提高設計質量和效率。參數化設計與傳統的設計方法相比，具有很高的精確性和層次性，設計人員可以更改幾何圖形來達到設計的目的。三維建模技術可以對所有產品零件按照設計人員的設計理念和構思從布局、結構、造型等多個角度進行全面包裝，能夠幫助設計人員分析產品設計中所存在的不合理機構以及提供產品的裝配與動力性能，獲得結構立體模型，優化各項參數，從而設計出理想的產品。所以說，三維建模技術從根本上改變了機械產品設計的工藝和流程，使得新產品開發和設計的效率越來越高。作為機械工程設計人員有必要了解現代化三維建模技術，深入學習并掌握一些三維建模軟件，進而設計出高工藝高質量的機械產品。

3 三維建模技術在機械產品設計中的應用實例

由于三維建模技術在機械產品設計中的應用比較廣泛，且不同的企業、不同的機械產品所采用的三維建模技術也不一樣。當前，業內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，也是應用最廣的高端 CAD 軟件。本文將以UG三維建模軟件的應用為例，來談談在機械的斜齒輪設計中UG建模軟件的具體應用。

3.1 UG三維軟件的功能模型

UG是由EDS公司發行的一款集成的三維參數化軟件，它將CAD、CAE、CAM的優點集合在一起，充分發揮了計算機先進的輔助分析和設計技術，具有強大的設計功能，相對其他軟件來說操作簡單，被廣泛應用到航天、機械、軍工等領域。

3.2 斜齒輪的三維建模分析

UG建模軟件具有多種模型，可以對斜齒輪的關鍵結構齒廓進行全面分析，可靠性和精確度都非常高。從斜齒輪的端面齒廓曲度來看，屬于標準的漸開線，UG模型中提供了標準的計算程序，設計人員可以先將漸開線的方程轉化成UG程序的表達方式，再利用驅動公式曲線得到標準的漸開線。UG軟件中設置了直角坐標系，可以將漸開線的參數化方程轉化為直角坐標系的方程。

3.3 斜齒輪精確建模

一是在菜單中添加各種參數，比如直徑、齒寬、螺距、齒數、軸坐標等數據；二是利用UG提供的功能模版進行相應數據的設置，得出漸開線和分度圓；三是繪制圖形，進行鏡像處理，繪制出螺旋線，完成單個齒輪設計；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、 輪輻的設計，對相關部位進行倒圓角跟倒斜角處理，最終得到斜齒輪。

3.4 優化技術

作為三維建模過程中最為關鍵的一環，優化質量的好壞直接關系到產品設計的效果。對于已經創建好的模型可以采用實例化技術，在原有UG數據庫已存在的模型基礎上，通過對實例進行平移、旋轉以及縮放等變換坐標比較后，對其幾何特征、顏色、紋理等屬性進行編輯和調整，最終得到想要的效果。

3.5 應用效果

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，能夠達到精確建模的目的。并且各個結構參數能夠進行調整和修改，符合現代參數化設計的需求。在實際設計中，只需要對模型機構進行參數化修改，就可以設計出不同類型的產品。

4 結語

三維建模技術徹底改變了傳統的機械產品設計手段，更新了產品設計的概念和方法，將產品結構設計、美學設計、加工制造有效地聯系在一起，已成為產品設計行業不可或缺的重要工具。作為機械設計專業人員要根據自身所處的行業以及未來發展方向選擇合適的建模軟件，真正發揮出三維建模技術在機械產品設計中的作用。

參考文獻：

[1] 畢碩本，張國建，侯榮濤，梁靜濤.三維建模技術及實現方法對比研究[J].武漢理工大學學報.2010（16）

[2] 秦浦雄，王書慶. 橋梁結構的三維建模技術[J].計算機輔助工程.2000（02）

[3] 蔡輝，伍勝. 三維建模技術及實現方法對比研究[J].科技與企業.2013（20）

[4] 肖振萍，彭輝華. 三維建模技術應用方法比較研究[J].數字技術與應用.2011（05）

[5] 金增來. 三維建模技術在建筑領域的應用[J].現代營銷（學苑版）.2010（06）

[6] 欒悉道，應龍，謝毓湘，吳玲達，文軍.三維建模技術研究進展[J].計算機科學.2008（02）