摘 要 以同心圓圓規(guī)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，提出利用Pro/E進(jìn)行三維建模和模型渲染，以及利用PhotoShop進(jìn)行圖形處理后，完成同心圓圓規(guī)的設(shè)計(jì)；從方案構(gòu)思到草圖設(shè)計(jì)，再到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程融合工程力學(xué)、心理學(xué)、美學(xué)、視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)，表明該設(shè)計(jì)具有一定的創(chuàng)新性、實(shí)用性和參考價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞 便捷型同心圓圓規(guī)；Pro/E；設(shè)計(jì)；問(wèn)題
　　
　　圓規(guī)的發(fā)明最早可追溯至中國(guó)夏朝，是繪圓用的繪圖工具。有兩只腳，上端鉸接，下端可隨意分開或合攏，以調(diào)整所繪圓弧半徑的大小。一只腳的末端為針尖，另一只腳的末端可裝入繪鉛筆線或墨。有的圓規(guī)裝上延伸桿，可畫出較大的圓。
　　對(duì)于現(xiàn)代模型設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)已逐步取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的紙和筆。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠保證設(shè)計(jì)精度，降低設(shè)計(jì)開發(fā)的成本，尤其是目前三維實(shí)體造型技術(shù)已日趨成熟，產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐漸成熟化、細(xì)致化。本文主要以Pro/E為例，闡述同心圓圓規(guī)的設(shè)計(jì)過(guò)程。
　　1.Pro/E軟件與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)合
　　Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）的重要產(chǎn)品，它提出了真正的全相關(guān)性、單一的數(shù)據(jù)庫(kù)、基于特征的參數(shù)化造型等概念[1]。它是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。
　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)是藝術(shù)與技術(shù)雙方面工作的有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，可以更直接地看出產(chǎn)品的效果，以便修正模型；可以進(jìn)行各種分析，更清楚地了解產(chǎn)品的缺陷，在制造物理模型之前提前解決這些問(wèn)題[3]。
　　2.市場(chǎng)現(xiàn)有的圓規(guī)功能結(jié)構(gòu)
　　現(xiàn)有的圓規(guī)主要是兩只腳，在一次操作之中只能畫一個(gè)圓的圓規(guī)。這樣在制圖過(guò)程中存在很大的不便，在機(jī)械制圖中我們會(huì)遇到需要畫軸承等有很多同心圓的圖。如果僅僅使用現(xiàn)有的單腳圓規(guī)，不僅因?yàn)槎啻握{(diào)整半徑而浪費(fèi)時(shí)間，而且相對(duì)精度也會(huì)降低，更重要的是多次移動(dòng)圓心針尖會(huì)會(huì)紙張損壞增大，影響制圖精度和美觀，所以設(shè)計(jì)一款便捷型同心圓圓規(guī)是有實(shí)際需要的。
　　3.基于Pro/E的同心圓圓規(guī)設(shè)計(jì)
　　3.1 設(shè)計(jì)思路
　　考慮到上述問(wèn)題，將原有市場(chǎng)上兩只腿的圓規(guī)改裝成三只腿的圓規(guī)，這樣可以在一次之中畫出兩個(gè)半徑不一的同心圓圓規(guī)。在基本結(jié)構(gòu)上不做改變，將裝鉛筆芯的那支腿改成雙支腿，雙支腿可在上方的橫梁上滑動(dòng)，橫梁上面刻有度量尺寸。這樣不僅可以非常便捷的在一次操作之中畫兩個(gè)圓，誤差也相對(duì)減小，而且也使紙張的完整性得到了的提高。
　　因此，本文設(shè)計(jì)的同心圓圓規(guī)為專業(yè)和需要經(jīng)常制圖的繪圖人員設(shè)計(jì)，是一種減少工作量和提高工作質(zhì)量的便攜理想圓規(guī)。
　　3.2 同心圓圓規(guī)草圖設(shè)計(jì)思路
　　草圖設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)思想的初步表達(dá)。繪制同心圓圓規(guī)的簡(jiǎn)易原理圖，將初步原理和思想表達(dá)出來(lái)。（圖1）
　　基本原理：旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)內(nèi)外從動(dòng)軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)外從動(dòng)軸相對(duì)固定，從而完成同心圓繪制。
　　方案選擇：針對(duì)內(nèi)外從動(dòng)軸的固定問(wèn)題和圓規(guī)的整體支架問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)易原理圖選擇了幾種不同方案，并通過(guò)篩選確定出最適合的設(shè)計(jì)方案。
　　方案確定完成后，繪制出最終方案的簡(jiǎn)易支架圖和工作狀態(tài)圖。（圖2）
　　草圖的設(shè)計(jì)過(guò)程旨在通過(guò)層層深入的方法將便捷型圓規(guī)的工作原理、大體結(jié)構(gòu)圖、基本實(shí)圖以及工作狀態(tài)詳圖展現(xiàn)在上方。并通過(guò)多次修改確定最終的設(shè)計(jì)方案，為下一步三維建模做好準(zhǔn)備。
　　4.便捷型同心圓圓規(guī)的三維建模
　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了許多的便利。此次同心圓圓規(guī)的設(shè)計(jì)采用實(shí)體建模方法，通過(guò)Pro/E軟件將模型完成。
　　4.1 固定圓規(guī)兩條腿的“貝”形零件的制作
　　該部分主要是通過(guò)在中畫草繪輪廓，通過(guò)拉升制成，然后對(duì)其中間部分進(jìn)行拉伸剪切。最后通過(guò)對(duì)輪廓倒角，這樣便能將手抓部分制作出來(lái)。其尺寸主要見Pro/E附件。
　　4.2 抓手部分和固定腳部分的制作
　　抓手部分在用軟件制作的時(shí)候，主要是通過(guò)旋轉(zhuǎn)的命令制作而成。首先在草繪界面畫中心軸，并且按照尺寸畫出一半的形狀（封閉的）通過(guò)旋轉(zhuǎn)命令變能強(qiáng)該部分制作好。固定腳部分主要也是通過(guò)拉伸命令，然后通過(guò)拉伸剪切，最后對(duì)其進(jìn)行倒角制作而成。在對(duì)這部分進(jìn)行制作的時(shí)候，要特意注意一下尺寸。倒角的時(shí)候也要注意一下上下兩端的不用倒角。另外，固定腿的上半部分可一通過(guò)拉伸命令制作。（圖3、4）
　　4.3 主旋轉(zhuǎn)腿的制作
　　其做法和固定腿的做法差不多，主要就是在尺寸上面多注意一下，不要出現(xiàn)太大的誤差。
　　4.4 橫梁的制作
　　橫梁主要是為了將兩根畫線軸固定和確定其距離。在制作橫梁的時(shí)候很簡(jiǎn)單，首先在草繪區(qū)畫圖，然后凍過(guò)拉伸命令以及拉伸剪切命令，便能將大體形狀制作出來(lái)，最后在上面剪切主來(lái)刻度，這樣橫梁便可制作出來(lái)。
　　4.5 裝鉛筆的軸的制作
　　裝鉛筆的軸主要有上下兩部分，上部分這主要是一個(gè)圓柱，其可以通過(guò)拉伸或旋轉(zhuǎn)制作。下半部分主要是裝鉛筆的一端，其主要是通過(guò)混合制作，然后對(duì)其進(jìn)行抽殼而成。
　　4.6 圓規(guī)尖和模擬鉛筆的制作
　　這個(gè)主要是通過(guò)混合命令制作而成，非常簡(jiǎn)單。（圖5）
　　4.7 螺帽和螺桿的制作
　　這部分主要是通過(guò)旋轉(zhuǎn)制作而得，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)剪切。
　　5.造型總結(jié)
　　5.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
　　作為一款便捷型圓規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，秉承簡(jiǎn)單、實(shí)用、舒適和便捷的設(shè)計(jì)風(fēng)格，設(shè)計(jì)出的同心圓圓規(guī)在結(jié)構(gòu)上和功能上滿足設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。整體框架結(jié)構(gòu)沿襲傳統(tǒng)圓規(guī)的簡(jiǎn)潔輕便的樣式，降低生產(chǎn)難度和成本。
　　在整體設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面的局限性，然而正是這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和讓人熟悉的造型，人們更加便于接受和使用，更能隨意、輕松、快捷的使用同心圓圓規(guī)。
　　5.2 Pro/E三維建模
　　三維實(shí)體建模是Pro/E中最富有特色的一個(gè)部分，它具有強(qiáng)大的功能。相對(duì)于二維草繪來(lái)說(shuō)，三維建模設(shè)計(jì)的知識(shí)面更加廣泛，其理論知識(shí)更加豐富。其建模方式最常用的就是基于特征建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)建模�；�于特征是指用戶可以通過(guò)定義特征來(lái)創(chuàng)建零件，這些特征包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、打孔、切削和倒角等，應(yīng)用十分方便。
　　最后向大家展示的是用Pro/E制作好的便捷型同心圓圓規(guī)的模型圖。（圖6、7）
　　6.結(jié)語(yǔ)
　　Pro/E產(chǎn)品系列的參數(shù)比和基于特征建模的能力，能迅速完成零件的設(shè)計(jì)、裝配，給設(shè)計(jì)提供了極大簡(jiǎn)便而靈活的環(huán)境。本文針對(duì)同心圓圓規(guī)的分析設(shè)計(jì)，利用Pro/E軟件完成了同心圓圓規(guī)的造型設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展日新月異，設(shè)計(jì)師越來(lái)越會(huì)借助計(jì)算機(jī)將設(shè)計(jì)造型更加的完善，造型設(shè)計(jì)在未來(lái)設(shè)計(jì)界展示給人的將是直觀的和深入的。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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　　[3] 劉永翔，蔡碩. 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009（6）.

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