毕业设计（论文）玩具猪数字化造型与成型

1、摘 要 本设计内容为卡通猪的建模，在深入学习了ug nx7.0三维建模的基础上，运用ug nx7.0软件平台，完成了卡通猪造型三维建模。本设计共分以下部分：利用草图绘制构建线架，然后利用网格构建曲面。最终通过缝合完成卡通猪造型建模。通过本次毕业设计，不但对所学专业知识进行了综合深入的应用，还进一步提升了自身收集资料、自学和分析问题与解决问题的能力，对于ug有了更深入的了解和认识，掌握了更多使用技巧。为即将进行的顶岗实习和毕业后实际工作打了下很好基础。关键词 卡通猪；ug nx7.0；三维建模目 录第1章 绪论11.1 ug的简介11.1.1 ug软件的作用及地位11.1.2 ug软件的主界面介

2、绍11.2 卡通猪造型建模的思路及方法21.2.1 尺寸的输入21.2.2 通过尺寸绘制图形21.2.3 构造曲面31.2.4 构造实体31.3 卡通猪建模分析3第2章 卡通猪的建模42.1 启动ug nx 7.042.2 创建体部轮廓42.3 创建头部轮廓82.4 创建耳朵122.5 创建嘴巴172.6 创建眼睛242.7 创建鼻子272.8 模型的形象化渲染29第3章 模型的快速成型303.1快速成型的介绍303.2 快速成型的特点303.3 熔融沉积成型313.4卡通猪的快速成型过程31结 论36参考文献37第1章 绪论1.1 ug的简介ug是西门子公司的集 cad/cam/cae功能于

3、一体的软件集成系统。 ug是unigraphics的缩写，是一个商品名。这是一个交互式cad/cam(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大， 可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它主要基于工作站。cad是计算机辅助设计的缩写，是行业通用名称。它不包括cam(计算机辅助制造)。可以实现cad功能的软件有很多，ug是其中一个，还有autocad、cimatron、pro/engineer、solidworks、开目cad等等。而autocad则是另外一个由欧特克(autodesk)公司开发的主要基于pc机的cad软件。ug全球认证的证书是为熟练使用该软件而颁发的证书，全球认可ug（全

4、称unigraphics）是西门子旗下plm solution-ugs公司集cad/cam/cae于一体的大型集成软件系统. ug系统主要应用于汽车、航空、航天、机械、电子、医疗仪器等工业的生产,是全球应用最为广泛的高端工业软件系统之一。1990年初随着通用汽车正式进入中国，并很快就以其先进的管理理念、强大的工程背景、完善的技术功能以及专业化的技术服务队伍赢得了广大中国用户的赞誉。用户群也正以每年近40%的增幅不断扩展。1.1.1 ug软件的作用及地位众所周知，ug是当今世界最先进的高端cad/cam/cae软件之一，其各大功能高度集成。ug自身的优势，一方面，ug cam功能强大，可以实现对

5、极其复杂零件和特别零件的加工。另一方面，对使用者而言，ug cam又是一个易于使用的编程工具。ug cam可以为数控铣、数控车、数控电火花线切割机编程。1.1.2 ug软件的主界面介绍ug软件的主界面包括以下几个部分：工具栏、菜单栏、状态栏、窗口题栏、图形区、提示栏、当前图层设置区和工作坐标系等等。生成的各种几何图形都显示在图形区。窗口标题显示当前的工作部件名称和显示部件名称信息等信息。菜单栏主要是ug的各种功能菜单，提示栏提示下一步如何操作，状态栏显示ug当前的各种状态，当图层设置区用于显示当前各种层，工具栏包括常用工具栏和建模工具栏，建模工具栏会随着建模方式的不同而变化。如图1-1所示。图

6、1-11.2 卡通猪造型建模的思路及方法传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程，完成产品的整个设计制造周期，这个过程可以成之为“正向设计”。本次卡通猪造型工程是从一个“从有到有”的过程，就是根据已有的产品模型，计算出产品的设计数据，分图层在草图中绘制尺寸图形，完成草图，然后构建曲面。1.2.1 尺寸的输入用ug软件做建模工程，使用的测量设备大多都是接触式手动三坐标划线机，主要针对剖面、轮廓和特征线进行测量，测量的数据点不是很多，ug处理起来也比较容易。1.2.2 通过尺寸绘制图形（1）在绘制过程中，一般是先绘制轮廓线，后绘制特征线。在绘制线前应该有合理的规划。根据卡通猪的形状和特征确定如何分

7、面，以便确定哪些线应该连接，并对以后的构面方法做到心中有数。（2）常用到的是椭圆、圆弧和样条线（spline）。1.2.3 构造曲面因为一般要求有流畅的外形、光顺的外表，因此在构造曲面的时候要分成多个曲面进行，尤其要保证面与面之间能够相切连续或曲面率连续，这样才能形成一个没有接痕的曲面，另外构造曲面还是要根据具体情况选择合适的构造方法。（1）最常用的构造方法是through curve mesh（通过网格曲面），因为它不仅可以保证曲面边界曲率的连续性，还可以控制四周边界曲率（相切），而through mesh（通过曲面）只能保证两边曲率。（2）在构建曲面时，经常遇到三边曲面和五边曲面。一般都要

8、做样条线吧三边曲面转化为四边曲面，或者将边界线延伸，把五边曲面转化为四边曲面，用已重新构建曲面，其中在曲面上做曲面样条线（curve surface）和修剪（trim）是最常用到的两个命令。（3）构造完外表面，进行镜像处理，再曲面的中心处常出现凸起，显得曲面不光滑，一般都把曲面的中心处修剪掉，然后通过桥接使其平滑。（4）构造曲面时，两个面之间往往有“折痕”，曲面很不光滑，主要是因为两个面相切不连续所造成的。要解决这个问题，可以通过through curve mesh（通过网格曲面）设置边界相切连续选项，是两个曲面的曲面边界相匹配，从而使曲率连续。1.2.4 构造实体构造完外表后，需要构建实体模

9、型。如果模型较简单且曲率变化不大时，就直接把它们缝合成一个实体。1.3 卡通猪建模分析本次课题为卡通猪造型建模，建模时有准确的尺寸。根据尺寸绘制图形，运用ug建模功能来完成卡通猪的实体建模。参考造型时要抓住卡通猪的特点，才能方便自己建模。比如卡通猪的显著特点是体部、头、耳朵、眼睛、鼻子等。特别注意的是，建模时要遵行先大后小的原则，最后倒角。最终达到卡通的效果“可爱”。第2章 卡通猪的建模2.1 启动ug nx 7.0单击“开始” “程序” “ug nx 7.0” “nx 7.0”图标， 系统弹出“nx 7.0”界面对话框。在界面对话框中单击“新建”，系统弹出“新建部件”对话框，再对话框中新建一

10、个名为“zhu”的文件，系统进入“nx 7.0”主界面。2.2 创建体部轮廓（1）单击选择工作图层，首先设置工作图层21为【工作图层】确定，单击【草图】，进入草图界面，然后点击【椭圆】，建造一个椭圆，大半径为70，小半径为100，如图2-1所示。 图2-1（2）单击【约束】，约束椭圆上下两边点和椭圆圆心点在坐标系y轴上，如图2-2所示。点击【自动判断的尺寸】，标出尺寸，再约束圆弧线同x轴坐标系平行，如图2-3所示。 图2-2 图2-3（3）单击【镜像曲线】，弹出对话框，先选择镜像中心线，再选择需要镜像的曲线，如图2-4所示。 图2-4（4）完成草图，再设置22为【工作图层】转为右视图绘图，单击

11、【草图】，弹出对话框，鼠标选择坐标系zy面，如图2-5所示。 图2-5（5）单击【椭圆】，建造一个椭圆，大半径为100，小半径为30起始角为0，终止角为180，如图2-6所示。 图2-6（6）单击【约束】，约束椭圆左右两边点和椭圆圆心点在坐标系xc线上，再约束圆弧同xc坐标系平行，标注尺寸，完成草图，如图2-7所示。 图2-7（7）设置11为【工作图层】，单击【拉伸】，弹出对话框，选择片体拉伸，如图2-8所示。 图2-8（8）设置1 为【工作图层】，单击【通过曲线组】，完成曲面，如图2-9所示。 图2-92.3 创建头部轮廓(1)单击【图层设置】，选择11、21、22工作图层为不可见，设置23

12、为工作层，1为不可见，点击【草图】，以俯视图创建草图，如图2-10。 图2-10(2)单击【椭圆】，创建一个椭圆，大半径59，小半径53，起始角-90，终止角90，如图2-11所示。 图2-11(3)单击【约束】，约束圆弧下一点在坐标系点上，圆弧圆心点同圆弧上端点在y轴上，如图2-12所示。点击【自动判断的尺寸】，标出尺寸，再约束圆弧同x轴平行，如图2-13所示。单击【镜像曲线】，选择镜像中心线，再选择镜像曲线镜像，如图2-14所示。 图2-12 图2-13 图2-14(4)完成草图，设置41为【工作图层】，点击【图层设置】，选择1图层为可见层，单击【投影曲线】，选择需要投影的曲线，选择要投影

13、的对象，选择投影的方向指定矢量z轴，完成投影，如图2-15所示。图2-15(5)设置24为【工作图层】，点击【草图】，点右视图创建草绘，然后点击【交点】选择投影曲线创建一个交点，如图2-16所示。 图2-16(6)单击【直线】，画一条直线，再点击【自动判断的尺寸】，标注夹角为55度，直线长为20，再竖直绘制一条直线，约束长度同前一条直线相等，如图2-17所示。 图2-17(7)设置42为【工作图层】，单击【桥接曲线】，做一个桥接线，首先你选择里面的直线作为桥接对象，再选择外面一条直线为桥接对象，桥接，如图2-18所示。 图2-18(8)单击【拉伸】，弹出对话框，选择拉伸曲线，选择片体拉伸，如图

14、2-19所示。 图2-19(9)设置1为【工作图层】，单击【通过曲线网格】，绘制曲面，如图2-20所示。 图2-20(10)求出曲面多余的对象，把多余的对象剪切，单击【图层设置】，弹出对话框，把图层关闭，如图2-21所示。然后把多余对象进行修剪，单击【修剪体】，保存外面把里面修剪，如图2-22所示。 图2-21 图2-222.4创建耳朵(1)创建耳朵截面，因为耳朵比较随意，所以我们可以比较随意的创建它的这个操作，就不用根据测量尺寸来制作，就随便做一个样条，直接把它构造出来，单击【样条】，绘制样条如图2-23所示。 图2-23(2)单击【修剪的片体】，修剪，选择修剪的片体目标，再选择对象，投影方

15、向选择沿矢量，指定矢量方向，如图2-24所示。 图2-24(3)把样条线移动到43层，设置44为【工作图层】，把43图层设置为不可见，然后点击【样条】，再绘制样条，样条g1相切绘制，如图2-25所示。单击【定向】，选择点，垂直于曲线，然后选择选择控制点把坐标系定上去，如图2-26所示。 图2-25 图2-26(4)单击【基本曲线】，绘制平行于xc的直线，如图2-27所示。 图2-27(5)单击【样条】，弹出对话框，选择制图平面选择xy平面，绘制样条于直线g1相切，绘制出样条，如图2-28所示。 图2-28(6)移动好方位（1），点击视图，方位，当前方位，再调动样条，作出我们想要的效果（2），完

16、成我门想要的样条效果（3），如图2-29依次所示。 （1） （2） （3）图2-29(7)单击【通过曲线网格】绘制耳朵曲面，如图2-30所示。 图2-30(8)耳朵曲线可以拉伸一个曲面作为参考，设置12为【工作图层】，点击【拉伸】，如图2-31，那么这一个拉伸曲面应该排在网格曲面的前面，在部件导航器里把拉伸曲面移到网格曲面前面，再调动下第一主线串选择同拉伸曲面g1相切，如图2-32所示。 图2-31 图2-32(9)把12图层作为不可见，把1作为工作图层，把耳朵进行镜像，单击【引用几何体】，打开61图层可见层指定镜像平面，进行镜像，如图2-33所示。 图2-33(10)单击【修剪的片体】，修剪

17、，如图2-34所示。单击【缝合】，把曲面缝合为一个整体，如图2-35所示。 图2-34 图2-352.5 创建嘴巴（1）单击【定向】，先把坐标复位，选择绝对坐标，如图2-36所示。 图2-36(2)把图层44作为不可见，点击【拉伸】，选择草绘，点击【圆】，绘制一个圆，点击【约束】，圆心点在线上，如图2-37所示。单击【自动判断的尺寸】，标注这段距离37，圆直径45，如图2-38所示。 图2-37 图2-38(3)完成草绘，拉伸距离55，选择片体拉伸，如图2-39所示。 图2-39(4)现在偏置头部曲面，由于头部是尖尖的，所以偏置不起，可以把它剪掉，那么选择44为工作图层，随便画一个矩形，点击【

18、修剪的片体】把它挖掉，如图2-40所示。图2-40(5)单击【图层设置】，选择23、42图层为可见，选择1为工作层，44图层为不可见，如图2-41所示。单击【通过曲线网格】，补上曲面，如图2-42所示。 图2-41 图2-42(6)把补好的曲面缝合，把参考曲面移动到12图层里去，把图层线条关闭，如图2-43所示。点击【偏置曲面】，偏置5个毫米，如图2-44所示。 图2-43 图2-44(7)单击【修剪和延伸】，类型选择：制作拐角，分别选择目标和刀具调整方向，得到需要的效果，如图2-45所示。 图2-45（8）做出它的实体，做出他的实体才抽壳，点击开始，所有应用模块，选择出注塑模向导工具条，点击

19、【注塑模工具】，弹出工具再选择【创建方块】，创建自动块，如图2-46所示。 图2-46（9）单击【补片】，抽出需要的实体，如图2-47所示。 图2-47（10）单击【倒边角】，如图2-48所示。 图2-48（11）单击【拉伸】，弹出对话框选择截面指定矢量，选择求差，完成操作，如图2-49所示。 图2-49（12）单击【图层设置】，将图层22，图层11打开，然后再点击【通过曲线网格】，创建网格曲面，如图2-50所示。 图2-50（13）单击【有界平面】，把平面补齐，如图2-51所示。 图2-51（14）单击【图层设置】，把图层11、图层21、图层22、图层44关闭，然后再点击【缝合】，如图2-5

20、2所示。然后隐藏缝合图形，点击【抽取】把面抽取出来，如图2-53所示。 图2-52 图2-53（15）把隐藏的物体调出来，如图2-54所示。然后点击【缝合】，实体创建，如图2-55所示。 图2-54 图2-55（16）单击【求和】，弹出对话框，选择体求和，如图2-56所示。 图2-562.6 创建眼睛（1）设置45为【工作图层】，点击【椭圆】，弹出对话框，设置x轴为-18，y轴为70确定，再设置长半轴为20，短半轴为10，旋转角度为100，如图2-57所示。 图2-57（2）单击【圆弧/圆】绘制圆弧，如图2-58所示。 图2-58（3）单击【样条】，做一段眉毛，如图2-59所示。 图2-59（

21、4）单击【镜像】，镜像眼睛，如图2-60所示。 图2-60（5）单击【基本曲线】，弹出对话框，选择圆，选择点方法：圆弧中心/椭圆中心/圆心，绘制直径为8的圆，如图2-61所示。 图2-61（6）单击【分割面】，选择分割面和对象，指定投影方向，如图2-62所示。 图2-62（7）设置图层1为工作层，把图层45设置为不可见，点击ctrl+j把颜色改一下，弹出对话框，选择面，设置为白色，如图2-63所示。眼珠选择为黑色，如图2-64所示。 图2-63 图2-64（8）之前忘了倒鼻子的倒边角，所以倒上，倒边角3的角，如图2-65所示。 图2-652.7 创建鼻子（1）设置46为【工作图层】，单击【椭圆

22、】，弹出对话框，选择x轴-10，y轴37确定，设置长半轴为10，短半轴为5，旋转角度为90度，如图2-66所示。 图2-66（2）单击【镜像】，对鼻子进行镜像，如图2-66所示。 图2-66（3）单击【投影曲线】，对鼻子进行投影，如图2-67所示。 图2-68（4）单击【n边曲面】，弹出对话框，选择曲线，uv方位选择脊线，设置里面要选择修剪倒边角，如图2-69所示。 图2-69（5）选择1图层为工作层，单击【补片】，实体补片把片体丢失，如图2-70所示。 图2-702.8 模型的形象化渲染（1）关于肚子的修饰，和一些颜色的修改等等，那些就不一步一步的操作标注了。（2）把真实着色编辑器打开，然后

23、进行着色处理。最终效果如图2-71所示。 图2-71第3章 模型的快速成型3.1快速成型的介绍快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称rp技术）； 英文：rapid prototyping（简称rp技术），或 rapid prototyping manufactureing，简称rpm。 快速成型（rp）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。 rp技术是在现代cad/cam技术、激

24、光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”。 rp技术的优越性显而易见：它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（cad）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，rp技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的去除法到今天的“增长法”，由有模制造到无模制造，这就是rp技术对制造业产生的革命性意

25、义。 3.2 快速成型的特点可以不需机加工设备或者模型即可快速制造形。l）可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散堆积成型的原理。它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出rp技术的优越性此外，rp技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。2）快速性。通过对一个cad模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件，具有快速制造的突出特点。3）高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程，快速制造工模具、原型或零件。4）快速成型技术实现了机械工程学

26、科多年来追求的两大先进目标。即材料的提取（气、液固相）过程与制造过程一体化和设计（cad）与制造（cam）一体化。5）与反求工程（reverseengineering）、cad技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品决速开发的有力工具。3.3熔融沉积成型熔融沉积快速成型（fused deposition modeling,fdm）是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺方法。北京殷华公司也较早地进行了fdm工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备mem250等。熔融沉积成型工艺的基本原理熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热融化，通过带有

27、一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头可沿x轴方向移动，而工作台则沿y轴方向移动。如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体模型。熔融沉积制造工艺的基本原理其过程如下：将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电动机驱动辊子旋转，辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。在供料辊与喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔。喷头的前端有电阻丝式加热器，在其作用下，丝材被加热熔融，然后通过

28、出口涂覆至工作台上，并在冷却后形成界面轮廓。由于受结构的限制，加热器的功率不可能太大，因此，丝材一般为熔点不太高的热塑性塑料或蜡。丝材熔融沉积的层厚随喷头的运动速度而变化，通常最大层厚为0.15-0.25mm。熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节省材料成本和提高沉积效率，新型fdm设备采用了双喷头。一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。一般来说，模型材料丝精细而且成本较高，沉积的效率也较低；而支撑材料丝较粗且成本较低，沉积的效率也较高。双喷头的优点除了沉积过程中具有较高的沉积效率和降低模型制作成本以外，还可以灵活地选择具有特殊性能的支撑材料，以便于后处理过程中

29、支撑材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。熔融沉积成型工艺的特点：熔融沉积快速成型工艺之所以被广泛应用，是因为它具有其他成型方法所不具有的许多优点。具体如下：1）由于采用了热熔挤压头的专利技术，使整个系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。2）可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用。3）用蜡成型的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。4）可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。6）原材料利用率高，且材料寿命长。7）支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。8）可以直接制作彩色原型。由于熔

30、融沉积使用、维护简单，成本较低，节省材料。本次玩具猪模型的快速成型采用熔融沉积成型3.4卡通猪的快速成型过程 (1)首先打开模型猪的ug文件，单击菜单栏里的【文件】选项，在下拉列表里选择“导出”命令，在侧列表选择“stl”选项，将文件转换成stl格式，如图3-1所示。图3-1(2) 将生成的stl格式文件导入到【快速成型系统】，如图3-2所示。图3-2(3) 单击【快速成型系统软件】中的“模型”按钮，在下拉列表中选择“校验&修复”选项，如图3-3所示。图3-3(4) 设置分层参数，具体数据如图3-4所示。图3-4(5) 设置完参数后我们将文件保存到f盘，文件名设为“pig”，保存类型选择“cli”格式，如图3-5所示。图3-5(6) 然后在【cark-untitled】软件中打开刚保存的cli格式文件，如图3-6所示。图3-6(7) 按下表中的参数设置【挤出参数设定及选择】，如图3-7所示。 图3-7完成设置后我们对刀，生成的刀路如图3-8所示。图3-8(8) 加工完成后我们对模型猪进行后处理，再用砂纸轻轻去掉毛边，就完成本次设计的模型猪，如图3-9所示。图3-9结 论通过卡通猪的造型建模，我觉得自己受益非浅。在我刚开始学习这方面的知识时，面对问题我茫然不知所措,我感觉到有一定的难度，通过网络以及老师那里得知这门专业在外面的重要性以及地位时，我决定再难学只要坚持不放弃就