数字化制造技术的吊钩造型研究

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摘要:随着现代制造技术的飞速发展，如何对图形信息做出快速反应，是图学教育在教学内容、教学方法以及教学手段方面面临的创新课题。针对如何快速对图形所带的信息进行分解，将复杂的信息简单化，打破传统二维图形的作图习惯，找到作图的突破口，利用数字化制造技术由3D返求2D，将理念变为现实，对图学教育的教改实践具有一定的指导意义。

关键词:图学教育;吊钩;造型;现代制造技术

现代工业的飞速发展，加快了产品的更新换代速度，新的制造技术应用而生，其中，数字化制造技术尤为典型。产品的数字模型作为贯穿制造过程的一条主线，如何表达其包含内容、建立方法、信息含量等尤为重要。传统制造中，二维工程图样承担了制造过程中的所有信息。然而，随着计算机技术和信息技术的飞速发展，以及如UG、PROE、Solidworks等新型综合软件层出不穷，传统的信息载体已越来越不适应现代制造技术的发展水平，如何快速对图形所携带的信息进行分解，将复杂的信息简单化，打破传统二维图形的作图习惯，找到作图的突破口，利用数字化制造技术由3D返求2D，将理念变为现实已迫在眉睫，这对图学教育的教改实践也具有一定的指导意义［1，2］。

1识图和制图

1．1识图

图1为吊钩的平面图。初看图形，非常复杂，不知如何下手，仔细分析会发现，本例的3D模型主要是一线架如图2所示，将一曲面覆盖其上即可完成造型，如图3所示，所以该例的突破口在于如何完成线架的造型。分析图1，提取与两条平面曲线相关的尺寸信息，得到如图4所示的图形信息。一副图上的尺寸，既有确定形状的定型尺寸，又有确定位置的定位尺寸，还有些尺寸二者兼而有之，将本例中的尺寸进行归类，定型尺寸有Φ27．5，R14，R42．5，R55，R47．5，R6以及Φ42．5，定位尺寸95．7，65．2以及6．8。但要做R47．5的两个圆弧，需要知道圆心位置，但尺寸95．7和65．2只能确定其圆心在这两个尺寸确定的竖直直线上，而无法确定具体情形，所以还需要其他尺寸配合才能最终确定［3］。分析图形可知，由65．2尺寸确定的半圆，和圆Φ42．5相外切，两圆相外切，其两圆心之间的距离等于半径之和，两圆相内切，其圆心之距等于两半径之差，这样，尺寸Φ42．5，R55，R47．5又兼具定位尺寸。分析清楚图形尺寸间的关系，作图就能得心应手［4，5］。由于空间曲线依托平面曲线，所以完成两条平面曲线后，分析空间截面线，如图5所示。同样空间曲线也是由定型尺寸和定位尺寸确定，其它截面空间曲线比较简单，只要确定其位置后，做半圆即可，但需要注意其截面半圆起点和终点分别落在两条平面曲线上。难点在于270度和315度线的截面曲线。

1．2制图

以315度截面线为例，选用CAXA制造工程师设计软件，绘制截面线。选择曲线工具中的“直线”命令，在界面左侧的立即菜单中选择“角度线”，与x轴夹角－45°的截面图，如图6(a)所示，裁剪掉不需要的部分。选择曲线生成工具栏上的圆心工具，在立即菜单中选择作圆方式“两点半径”，然后按照提示单击分别点取R47．5圆弧的切点和－45°线左侧端点，半径为25，然后右击结束该圆的绘制，同样的方法绘制截面半径为6的圆，如图6(b)所示［6］。图6吊钩截面图绘制16度的切线，选择曲线工具中的直线命令，在界面左侧的立即菜单中选择“角度线”，与直线夹角－16°，选取－45°线作为参照直线，R6圆弧的切点为直线的起始点，任意选取缺省点为终点，完成16度线的绘制，利用曲线过渡命令，对圆R25和16度直线进行半径为6过渡连接，裁剪掉不需要的曲线，完成截面线的绘制，如图7所示。图7吊钩截面图综上所述，线架的搭建步骤如图9所示:首先搭建如图8所示的平面曲线，在平面曲线的基础上搭建空间截面线。图8平面曲线图9空间截面线

1．3生成曲面

曲面的生成方法有多种，选择其中一种完成即可。本例采用网格面，注意网格面由U方向和V方向曲线构成，各个方向的曲线必须相交，构成封闭区。选择曲面工具栏中的网格面工具，依次拾取U截面线共2条，右击确认;再依次拾取V截面线共7条，右击确认，稍等片刻后曲面生成，如图10所示。最后完成其他曲面，得到需要的吊钩立体图形，如图11所示。

2结语

识图、制图是从事机械、机电类或近机类从业人员必修的一门专业基础课程，但因其对空间思维能力以及空间想象能力要求较高，学习的困难程度较大。然而，如何在复杂的图形信息中，分解出各个简单的信息，找到作图的突破口，付诸其他三维软件的强大造型功能，将复杂的事情简单处理，不仅能提高设计效率，而且能激发人员的学习兴趣，降低课程的抽象性，同时也提高了学生对相关软件的熟悉程度及学习热情。

参考文献:

［1］孙宝福．基于现代制造技术的工程图学课程改革之初探［J］．东华大学学报，2005，8(31):160－162．

［2］汪红．《产品设计与制造实训》教学探索与实践［J］．兰州石化职业技术学院学报，2014，14(3):59－61．

［3］高慧．画法几何与工程制图课程的教改思考［J］．北京工业职业技术学院学报，2004，(03):47－49．

［4］林清夫．工程制图课件数字化制作平台的开发研究［J］．机械制造与自动化，2007，(03):53－55．

［5］李润．基于Pro/E行为建模的可变截面悬臂梁优化［J］．兰州石化职业技术学院学报，2014，14(3):21－23．

［6］李润．变截面悬臂梁的Pro/Mechanica有限元法设计［J］．工业仪表与自动化装置，2014，(12):205－106．

作者:李润 单位:兰州石化职业技术学院机械工程系