试论利用模型建设进行机械产品的工艺设计

摘要：工机械产品工艺设计非常复杂，其涉及到不同的物理系统、不同的工程领域、不同的用途等，因此在对机械产品进行设计时，我们需要将其虚拟化，利用模型建设，进而能够更加直观的看到机械产品设计的流程和功能特点。本文通过对几何模型的建设类型进行分析，通过计算机进行机械产品的模型设计，并论述机械设计方法，希望能对读者有所帮助。

关键词：机械产品设计；物理模型；数学模型；建模

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着技术的进步，传统机械产品工艺设计采用图纸二维设计已经被计算机图形设计所取代，并且计算机建模能够更加精准，便于修改和演示，能够将复杂的机械结构几何化，为此，机械设计，机械运动方案及各种处理的计算机模拟传输机制之前，要全面分析整个过程，模拟运动系统，设计师通过人机对话做出机械产品之前生产的特殊需求，做出更快，更好的决策的方案计划。

一、几何模型建设

几何模型建设在机械产品工艺设计中会被经常应用，其包括了线框模型、表面模型、实体模型、特征模型。

1、线框模型

在机械产品工艺设计中，由产品的各个顶点和棱边勾勒出来的几何形状的模型叫做线框模型，举例说明：如图1所示：

图1线框模型数据结构

图1模型是一个立方体，其中V代表顶点，共有8个，E代表棱边，共有12条。

线框模型是三维线性模型，表示产品的透视效果，采用线框模型进行机械产品工艺设计，表示简单、修改方便、容易识别。

2、表面模型

表面模型是将线性模型中棱线所围成的封闭面定义为表面，如上图中的线性模型棱边E围成的表面表面有6个表面模型。表面模型的数据结构如图2所示：

图2表面模型数据结构

表面模型能够反映出机械产品的各个表面特征，例如：在两个表面相交，可以得出表面交线及隐藏交线。对于复杂的曲面造型，利用贝塞尔曲面、B样条曲面等可以制造出飞机、轮船、汽车等重工业机械产品曲面工艺设计模型。表面模型并不能够完全的对机械产品进行准确描述，不能表述表面之间的拓扑结构，无立体性计算模型，只仅限于一个平面上的产品工艺设计。

3、实体模型

实体模型能够正确的反映出机械产品的几何信息，同时能够建立模型各表面之间的相互关联。实体模型包含机械产品的各种几何数据，形状、体积等，能够通过布尔运算转换而成，可以利用表面定义实体模型各要素点，并表述出此面另一侧的实体存在如图3所示：

图3表面某一侧存在实体的定义方法

上图中（a）为表面，并存在表面外一点P；图（b）中箭头方向代表其方向存在另一侧面；图（c）表面向右旋转箭头表示形体前进方向，单箭头表示形体存在另一侧面。

机械产品工艺设计，实体造成过程如图4所示：

图4实体造型过程

实体造型过程首先要通过参数构型由基本几何元素按一定拓朴关系构造若干简单形体，再由为数不多的简单形体经过布尔运算组合成空间实体的内部模型。

实体模型可全面完整地描述形体，可自动地计算物性，检测干涉，消除隐藏线和剖切形体等，因而能较好地满足CAD/CAM的要求，得到了广泛的应用。

二、产品模型

机械产品模型的工艺设计要对产品的各项参数与数据进行描述、定义，其中包括机械产品的各部分零件、结构构造、运动轨迹及功能、图形、生产管理、信息管理等。

其结构如图5所示：

图5 产品模型的基本数据

机械产品模型数据可以定义为由几何模型和属性模型构成，二者之间连动关系如图6所示：

图6几何模型和属性模型的关系

机械产品工艺设计，对螺旋弹簧、板簧、齿轮等的运用率较高。如使用标准，成本低，易于购买，有必要在这个时候是不是一个几何模型，而是一个所谓的属性模型。另一个例子是，只要作为目标的描述，它的属性，如齿数，模的性质，等等，任何齿轮的产品目录中，只要其型号规格标准齿轮。标准齿轮，也没有必要影片的详细图纸和详细的形状信息，这是属性的典范。此外，在概念设计的函数绘制的曲线图，绘制概略形状的草图，和性能计算的基本设计，在这种情况下，所用模型的属性是一个必要的属性，以完成的设计目标提取模型。

有模型之间的联锁。例如：作出图片与它相关联的一个相应的绘图部分的设计变更，也可以自动更新，这是连接之间的图形动。另一个例子是形状和大小的值链接的值变化时的大小，形状也应链接的变形，参数化设计包含此功能时，需要进行单向或双向链接的。

三、机械设计方法

机械设计方法要从两个方面进行论述，一方面是广义上的所有机械产品工艺设计，另一方面是狭义上的具体机械产品，包括产品功能、用处等。

广义的机械设计应包括所有机械的内容，涵盖机械领域，如工业机械，电子工业，航空航天工业。各种重型机械大，小，微型仪器仪表，家用电器。

狭义的机械的内容应主要包括起重运输机械，冶金机械，纺织机械，印刷机械，轻工机械，橡胶机械，汽车制造，造船。

无论是概念的广义的机械或狭机械的内容，各种机械在各行业的共同财产的机构来完成的运动或在某一特定领域的机械产品的位移或力的变化。

各种机械产品，我们可以将其定义为一个机械的对象，每个对象都有其属性。这些特性，对不同行业或不同区域的功能要求，计算方法，设计标准和规范，应包括各种机械产品。虽然都属于机械产品，应用的基本理论，理论力学，材料力学，机构力学，机械原理和机械零件，但在不同行业的机械产品在特定的专业差距是巨大的。还遵循一个特定的区域，同时，独特的机械设计，机械设计机械产品遵循的一般原则。这种特殊性，有针对性的设计。

在机械设计的产品，而且在整个电力拖动与控制，液压传动，气动，高温和高压，流体力学，化学，跨学科的技术基础。这些技术的深入研究为基础的产品的设计。基本理论与机械联合设计成机械产品领域，需要大量的时间，这些特点。

如果你想设计一个特定的区域，仍然需要大量的时间去深入和详细的研究和总结找出其独特的法律具有一定的机械设计的基本理论。和许多的法律一定的科学实验被发现。这一次，有时相当可达几年或十年。某些产品需要几代人的努力，以达到一定的高度。

机械设计是模仿，总结，借鉴和创造多方面相结合的技术工作。合理的外部条件，合理的设计理念，设计标准和方法可以设计和创造优良的机械产品的设计。

机械产品的设计还应包括利用现代设计方法，除了强度计算中应该考虑的参数优化，结构优化，方案优化。可靠性分析，人体工程学，工业美学，绿色设计标准。

现代机械设计将应用于有限元设计，虚拟设计，坚固耐用的设计，并行设计，机电一体化设计，计算机辅助设计，机械设计最新的电脑软件。

机械产品设计中最重要的部分，应包括以下几个方面：

1，功能设计;2，主要设计参数;3，设计的主要机制;4，主体结构设计。

机械产品的设计工作是一项创造性的工作，需要长期深入细致的研究，可以设计出客户满意的产品。

四、结束语

利用模型建设进行机械产品的工艺设计是采用计算机软件虚拟出机械产品的形状、性能及工作原理，通过人机交互让用户虚拟感受机械产品性能。计算机图形能够以三度空间，将现实环境虚拟化，进而能够降低机械产品设计预算，实现完美体验，并能够根据用户要求进行随时更改，达到机械产品最优状态。

参考文献

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