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機械產(chǎn)品三維變型設(shè)計研究及其應(yīng)用摘要：隨著軟件工業(yè)的發(fā)展，我國的機械產(chǎn)品設(shè)計工程開發(fā)技術(shù)逐漸成熟，使 CAD/CAM/CAE 等三維建模技術(shù)，開展機械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計，有利于提高我國產(chǎn)品設(shè)計制造領(lǐng)域的機械使用壽命．我國目前正在走資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的能源發(fā)展路，推行高性能機械設(shè)計技術(shù)的研究，有利于提高機械的生產(chǎn)效率，促進節(jié)能減排動工業(yè)創(chuàng)新模式的開展一、設(shè)計原理機械產(chǎn)品的三維變型設(shè)計體系結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)品的主模型是產(chǎn)品零件信息的集合，主要是對產(chǎn)品信息進行描述。利用產(chǎn)品主模型能夠設(shè)計多種產(chǎn)品或零件的變形，從而派生出對各類零件的具體描述信息。其中，需要考慮該零件的實際荷載能力及特征、材料本身的特殊性質(zhì)、受力能力和功能的配套設(shè)施以及運動參數(shù)對結(jié)構(gòu)的影響，將產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強度、功能數(shù)據(jù)以及運動參數(shù)等作為設(shè)計的目標，再由這些參數(shù)將設(shè)計的目標移交給結(jié)構(gòu)的具體模塊。總的來說，創(chuàng)建主模型以及主模版主要是對產(chǎn)品及其零部件的相關(guān)功能和作用、幾何的具體形狀以及參數(shù)的變形空間域進行深入的分析和處理，從而建立機械產(chǎn)品的零件以及產(chǎn)品的三維主模型、工程用圖主模板以及產(chǎn)品的主內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而為整個機械產(chǎn)品的三維變型設(shè)計奠定完備的技術(shù)基礎(chǔ)。機械產(chǎn)品中，裝配結(jié)構(gòu)變型主要是由于相關(guān)零件進行連接時發(fā)生了相應(yīng)的改變或者變異等現(xiàn)象所引起。整個結(jié)構(gòu)體系由特征層、零件層、部件層以及產(chǎn)品層幾個方面組成。通過利用產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制，由上到下將裝配的理念、數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)以及知識重用的理念進行有機統(tǒng)一，并建立健全完備的驅(qū)動機制，將上述四個層次進行組合，從而形成一個封閉式的循環(huán)系統(tǒng)。在對機械產(chǎn)品進行設(shè)計時，要按照一定的要求對產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)進行有效提取，并對主模型的模塊賦值，在整個模型框架內(nèi)獲得實例化的模塊，然后將這些模塊有機結(jié)合，從而快速完成整個起重機的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計流程體系。二、開展機械產(chǎn)品設(shè)計三維建模技術(shù)開發(fā)的基本原則基于三維建模技術(shù)運用中的機械產(chǎn)品設(shè)計活動，不僅僅是針對機械產(chǎn)品的某一個零部件進行設(shè)計，而是應(yīng)該立足于全局機械產(chǎn)品整體使用功能的優(yōu)化設(shè)計。針對機械產(chǎn)品的設(shè)計與創(chuàng)新活動，我們應(yīng)該對設(shè)計圖紙進行創(chuàng)新性思考，盡可能采用新技術(shù)來開展機械制造的活動。同時，工作人員還應(yīng)該重視機械產(chǎn)品的理論性研究，在基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，提高機械設(shè)計制造中的技能水平。在概念設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應(yīng)該從工業(yè)設(shè)計的角度出發(fā)，使用三維技術(shù)對零部件參數(shù)進行多次調(diào)整，從而找到最佳的設(shè)計方案。從結(jié)構(gòu)分析的角度入手，設(shè)計人員應(yīng)該從新型的建模技術(shù)中找到動態(tài)仿真中的關(guān)鍵細節(jié)特點，對傳統(tǒng)機械設(shè)計中不足的部分進行針對性的改進。使用新技術(shù)和新材料，對機械零件的安裝與調(diào)配方法進行改進。三、產(chǎn)品的變型設(shè)計按照模塊化產(chǎn)品在產(chǎn)品系列中的分布規(guī)律和覆蓋形式，可以把產(chǎn)品變型設(shè)計為橫系列變型設(shè)計，縱系列變型設(shè)計和跨系列變型設(shè)計。橫系列變型設(shè)計是指在同一規(guī)格的基礎(chǔ)上，通過變更、增加或減少某些特定模塊而形成變型產(chǎn)品，其特點是不改變基型產(chǎn)品的主要參數(shù)，只在產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、布局、控制系統(tǒng)或操縱方式等方面進行調(diào)整；橫系列變型設(shè)計是產(chǎn)品變型設(shè)計中最易實現(xiàn)的一種；縱系列變型設(shè)計是在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進行模塊化設(shè)計。規(guī)格不同主要體現(xiàn)為工程約束，使用性能不同，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)型式或尺寸的不同。在橫系列變型設(shè)計的基礎(chǔ)上兼顧縱系列變型設(shè)計或在縱系列變型設(shè)計的基礎(chǔ)上兼顧橫系列變型設(shè)計，形成既有橫系列又有縱系列的變型設(shè)計，稱為跨系列變型設(shè)計。產(chǎn)品變型設(shè)計采用自頂向下和自底向上相結(jié)合的產(chǎn)品設(shè)計方法。產(chǎn)品變型設(shè)計過程中存在以下三種操作。（一）搭配。某個最終產(chǎn)品可由不同的可搭配模塊搭配而成，通過與父構(gòu)件相配的接口，執(zhí)行特定的功能的特定模塊搭配到父件上。（二）互換。主要執(zhí)行功能相同而性能不同引起的模塊更換。（三）參數(shù)化變型。依據(jù)客戶需求，在零部件庫中不能通過檢索到的零部件實例搭配、互換來滿足功能要求，則需要根據(jù)構(gòu)件的事物屬性、工程約束進行三維參數(shù)化變型，得到符合功能要求的零部件實例。四、機械產(chǎn)品三維變型設(shè)計的應(yīng)用機械產(chǎn)品三維變型設(shè)計需要結(jié)合企業(yè)的具體情況以及市場上的多元化需求，將橋式和門式的起重機橋架、堆垛機金屬結(jié)構(gòu)作為產(chǎn)品的研究對象，設(shè)計開發(fā)起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)的變型設(shè)計系統(tǒng)。利用基于產(chǎn)品特征的四個層次的產(chǎn)品變形設(shè)計技術(shù)，結(jié)合相關(guān)的零件形狀特征以及主模型的交互式建模和配置手段進行有機組合，從而有效完成起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)的三維變型設(shè)計。設(shè)計中，三維設(shè)計系統(tǒng)主要以機械結(jié)構(gòu)的模塊作為整個設(shè)計的根本。設(shè)計人員要根據(jù)設(shè)計需求對金屬結(jié)構(gòu)的整體進行調(diào)整，并進行合理布局和設(shè)計，從而形成一套完整的結(jié)構(gòu)參數(shù)控制表。此外，需要調(diào)用模型的驅(qū)動模塊進行，利用技術(shù)結(jié)構(gòu)中的三維主模型實現(xiàn)驅(qū)動。在此基礎(chǔ)上，利用金屬結(jié)構(gòu)的三維主模型，采用從上到下和從下到上相結(jié)合的設(shè)計模式，對產(chǎn)品進行優(yōu)化配置和設(shè)計。一旦發(fā)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)構(gòu)不符合標準或相應(yīng)的要求，可以在此返回至最初的參數(shù)頁面，對相關(guān)參數(shù)進行重新修改和調(diào)整，以進一步實現(xiàn)對金屬結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。如果金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計符合各個方面的標準和要求，則需要調(diào)用相關(guān)的工程圖對整個模塊進行調(diào)整和更新。五、結(jié)語與傳統(tǒng)的變形設(shè)計相比，大大提高了整個設(shè)計的效率和速度，滿足了企業(yè)的個性化和快速設(shè)計的需求，確保企業(yè)在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，從而更好地推廣和應(yīng)用三維變型設(shè)計技術(shù)。參考文獻：１． 秦慧斌，呂明，王宗彥，吳淑芳，機械產(chǎn)品三維變形設(shè)計研究與應(yīng)用２． 秦慧斌，侯志利，王宗彥，李曉宏，機械產(chǎn)品三維廣義參數(shù)化設(shè)計關(guān)鍵控制３． 趙利平，秦慧斌，機械產(chǎn)品三維參數(shù)化變形設(shè)計研究與應(yīng)用．