毕业设计（论文）-基于ProENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计.doc

河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：基于Pro/ENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计学生姓名: 李葛朋所在院系：机电学院所学专业：机电技术教育导师姓名：安爱琴完成时间：2009年5月20日 河南科技学院本科生毕业论文（设计）任务书题目名称：基于Pro/ENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计学生姓名李葛朋所学专业机电技术教育学号20040315002指导教师姓名安爱琴所学专业机械制造及其自动化职称讲师完成期限2008年12月16日至2009年6月5日一、论文（设计）主要内容及主要技术指标1.主要内容（1）用Pro/ENGINEER进行企鹅卡通玩具的曲面造型生成三维模型；（2）对企鹅卡通玩具进行着色。2.技术指标（1）曲面造型应流畅、美观大方；（2）着色要有较为舒适的视觉效果。二、 毕业论文（设计）的基本要求1.毕业设计（论文）一份：有200字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的参考文献，正文中要引用5篇以上文献，并注明文献出处。论文字数在6000字以上；2.有不少于2000汉字的与本课题有关的外文翻译资料；3.毕业设计总字数在10000字以上。三、毕业论文（设计）进度安排1.2008年12月16日-2008年12月21日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译和开题报告。2.2009年2月16-2月27日（第1-2周），指导教师审核开题报告、设计方案和英文资料翻译。3.2009年3月2日-4月24日（第3-10周），毕业设计单元部分设计。4.2009年4月20日-4月30日（第10-11周），毕业设计中期检查。5.2009年5月4日-5月22日（第12-14周），设计仿真、程序调试、线路板制作调试，整理、撰写毕业设计报告。6.2009年5月25日-6月5日（第15-16周），上交毕业设计报告，指导教师、评阅教师审查评阅设计报告，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理设计报告。河南科技学院毕业论文（设计）课题审核表院（系）名称机电学院专业名称机电技术教育指导教师姓名及职称安爱琴（讲师）课题名称基于Pro/ENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计课题来源自选课题立题理由和所具备的条件现代玩具制造企业的竞争焦点不仅仅局限于产品的质量，产品的外观造型开发设计已成为企业在市场竞争中出奇制胜的重要手段。在玩具行业中，Pro/ENGINEER 这种工程软件的应用，能使企业用更少的时间推出更好的产品，从而缩短设计周期，切实增强企业的市场竞争力。此外本项目申请人已经系统学习机械设计方面的课程，比较熟悉Pro/ENGINEER软件，为本项目的顺利完成提供了理论上和技术上的保证。教研室审批意见教研室主任签字： 年 月 日毕业论文（设计）工作领导小组审批意见组长签字： 年 月 日注：本表经教务处复审后存院（系）备查。毕业论文（设计）开题报告题目名称基于Pro/ENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计学生姓名李葛朋专业机电技术教育学号20040315002指导教师姓名安爱琴所学专业机械制造及其自动化职称讲师完成期限2009年2月16日至2009年2月27日一、 选题的目的意义玩具产品企业的竞争很大程度上取决于本企业所生产玩具的造型是否新颖独特，故应在其外观造型设计上下功夫。在玩具产品行业中，Pro/ENGINEER 这种工程软件的应用，能使企业用更少的时间推出更多新颖独特的玩具产品，从而缩短设计周期，切实增强企业的市场竞争力。二、国内外研究现状随着社会的进步，玩具市场竞争日益激烈，人们更加注重玩具产品外观造型。卡通玩具产品的外观造型多以自由变化的曲线、曲面组成，这就给产品的设计及制造带来了挑战。此外，由于玩具产品都为规模化生产，其大部分零件必须利用模具才能生产，而模具制造周期比较长、费用昂贵，且完成后修改也比较困难。针对以上产品特点，玩具产品设计需要解决两个问题：一是如何快速进行设计，二是如何成功进行设计。即当一个设计完成后，模具投入使用之前，快速地制造出样件来，进行评价、论证，针对缺陷及时修改设计，尽可能一次趋于完美，取得成功。 事实上，Pro/ENGINEER三维模型可以解决这两个问题。Pro/ENGINEER软件可以将线框、曲面和实体三者有机结合起来，形成一个整体，在建立产品几何模型时，兼用线、面、体三种设计手段其所有的几何造型享有公共的数据库，造型方法间可互相替换，而不需要进行数据交换。有些玩具产品看起来外观相当复杂，造型时感到无从下手 ，但只要能合理地对产品分解，确定产品结构的主要特征，将设计者构思的初步轮廓用Pro/ENGINEER强大的三维实体造型功能，生成三维实体模型，即提供一个可视化界面再在该界面上逐步进行详尽的设计造型.分清哪些是基本特征 (如本例中采用旋转命令产生的企鹅主体)，哪些是构造特征 (如倒圆角等)。首先从基本特征人手，保证重点产生一个合理的造型“基体”或称之为“毛坯”，再在这 “毛坯”上完成细节部分。这样主次分明，先做什么，后做什么，问题就迎刃而解了。设计者还可结合市场及用户的要求完成产品设计，从外观造型到色彩配置，使最终的玩具产品能够更具观赏性和可玩性，从而提高企业的市场竞争力。三、主要研究内容 用Pro/ENGINEER对本设计中的企鹅卡通玩具进行三维造型设计，包括玩具主体，嘴巴，眼睛，翅膀，脚，围巾装饰物的三维建模，并对其进行着色，使其更具观赏性和可玩性。四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线研究方法：在老师的指导下,利用图书馆技术资料进行整个玩具产品的设计技术路线：（1） 对企鹅卡通玩具进行产品整体构造的分析；（2） 用Pro/ENGINEER对企鹅卡通玩具进行曲面造型；（3） 用Pro/ENGINEER对企鹅卡通玩具进行着色。五、主要参考文献与资料1 杨峰,黄效贺.Pro/ENGINEER Wildfire 2.0曲面设计技巧与实例M.北京:中国铁道出版社,20052 林清安.Pro/ENGINEER 野火3.0中文版基础零件设计（上）M.北京:电子工业出版社,20063 易勇.基于Pro/E的普通螺栓三维参数化建模J.安徽科技学院学报,20084 赵熹,高占华.基于Pro/E的手动电池前盖成型模具设计J.陕西科技大学学报,20085 葛永斌,陈秀玉,肖威威.基于Pro/E的装载机工作装置优化设计J.华侨大学学报,20086 陈彦宏,武佩.基于Pro/E的轿车车轮防盗装置的设计J.内蒙古农业大学学报,20087 唐涛.基于Pro/E的螺旋线设计J.8 张慧侏,韩亚静.基于ProENGINEER的手机数字化建模设计过程解析J.北京联合大学,20089 张鹏飞,李德法.基于ProE的双系杆行星轮机械手的运动分析及仿真J.许昌烟草机械有限公司,200710 曾祥亮.基于ProE的自顶向下的皮带机三维参数化设计J.三峡大学学报,2008五、 指导教师审批意见年 月 日学生姓名李葛朋班级机教043指导教师安爱琴论文（设计）题目基于Pro/ENGINEER的企鹅卡通玩具造型设计目前已完成任务到目前为止论文已经完成任务：1 进行有关玩具设计研究方面资料的搜集和整理。2 企鹅卡通玩具造型设计整体思路已经形成。3 玩具造型的建模已经完成一部分。4 论文草稿已经完成一部分。是否符合任务书要求进度：是尚需完成的任务到目前为止论文尚未完成的任务：1 2000汉字的与本课题有关的外文翻译资料。2 部分的建模。3 论文正文的书写。能否按期完成论文（设计）：能存在问题和解决办法存在问题设计中存在的问题：1 资料收集的还不是很够。2 论文的思路还不是很顺畅。3 Pro/ENGINEER建模还不是很顺利。拟采取的办法拟采取的办法：1 及时和指导老师沟通，请教老师。2 对Pro/ENGINEER软件要进一步更深的学习。3 查看有关资料，及时完成论文。指导教师签 字日期 年 月 日教学院长（系主任）意 见 签字： 年 月 日河南科技学院本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表摘 要本文介绍了利用Pro/ENGINEER软件，来完成企鹅卡通玩具的曲面造型设计。本文从模型大身、嘴巴、翅膀、眼睛、脚和围巾装饰物等逐步对玩具进行建模，并且尽可能细致的对建模过程进行描述。建模过程更力求玩具产品的造型独特，外观新颖，色彩夺目，使玩具产品具备更高的产品价值，拥有好的市场销量。经过对企鹅卡通玩具的曲面造型设计，发现利用三维软件对产品制造前进行预先建模设计非常必要，并且从长远看，还具有很深远的经济影响。关键字：Pro/ENGINEER；曲面造型设计；企鹅卡通玩具；建模Designed on the Basis of the Pro/ENGINEERs Model of the ToyAbstractThis article describes that using the Pro/Engineer software to complecate the curved design of the toy penguin. It models something from the models body ,mouth,eyes,feet and the decorations of scarf etc step by step, and describes the process of modeling as detailed as possible.The process of modeling eagerly quests the peculiar shape,novel appearance,eye-catching colour for the toys so that the toyss product can have the higher value and better market. In the end ,it can reach the following aimafter designing the curved design of the toy penguin,we can found it necessary to prodesign the modeling which uses the 3D modeling sofeware before the prodects manufacture;and in the long term it also have a further influence on the economics.Keywords: Pro/ENGINEER；the curved design；the toy penguin；the modeling目 录1 绪论11.1 三维造型设计的现状和发展11.2 常见三维造型软件介绍11.2.1 UG11.2.2 CATIA11.2.3 Pro/ENGINEER11.3 本文主要研究内容22 设计过程22.1 模型大身22.1.1 创建新零件22.1.2 以旋转方式创建第一个曲面22.1.3 创建圆角特征22.2 嘴巴42.2.1 创建扫描轨迹曲线42.2.2 建立两个基准图形42.2.3 以变截面扫描方式创建玩具的嘴巴52.2.4 合并主体和嘴巴两个曲面62.2.5 创建圆角特征62.3 翅膀72.3.1 创建扫描轨迹曲线72.3.2 以变截面扫描方式创建玩具的翅膀72.3.3 以镜像方式复制玩具另一个翅膀82.3.4 合并两个曲面92.3.5 创建圆角特征92.4 眼睛102.4.1 以投影曲线方式创建玩具的眼睛102.4.2 剪切出眼部区域102.5 脚102.5.1 创建扫描轨迹曲线112.5.2 建立两个基准图形112.5.3 以变截面扫描方式创建玩具的脚112.5.4 创建填充曲面122.5.5 以拉伸方式剪切玩具的脚132.5.6 创建3个基准点132.5.7 创建造型曲线132.5.8 合并两个曲面142.5.9 根据草绘曲线对参照曲面进行修剪142.5.10 以边界混合方式创建曲面142.5.11 合并两个曲面152.5.12 以镜像方式复制玩具另一个脚152.5.13 合并两个曲面152.5.14 创建圆角152.7 围巾装饰物162.7.1 创建投影曲线162.7.2 修剪玩具主体曲面162.7.3 创建相交曲线172.7.4创建二次投影曲线172.7.5 创建扫描曲面182.7.6 建立两个基准图形182.7.7 以变截面扫描方式创建玩具的围巾182.7.8 旋转围巾曲面192.7.9 创建草绘曲线192.7.10 以扫描方式创建围巾192.7.11 利用图层功能隐藏绘图区中所有曲线202.8 着色玩具模型202.9 保存文件并从内存中拭除223 结论22致谢23参考文献241 绪论1.1 三维造型设计的现状和发展三维造型是计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容，主要研究在计算机图像系统的环境下对三维造型的表示，设计，显示和分析1。当代世界的各种产品在加工前都需对其外形预先进行三维造型设计，这样才能保证产品在制造过程中的可行性。三维造型软件的发展和成熟直接关乎产品三维造型设计的成败，进入21世纪以后，三维造型软件21的发展呈现了百家争鸣的状况，但它们各具特色。1.2 常见三维造型软件介绍1.2.1 UG美国Unigraphics Solutions公司的UG源于航空业，汽车业，采用基于约束的特征建模和传统的几何建模为一体的复合建模技术。其曲面功能包含于Freeform Modeling模块之中，采用了NURBS、B样条、Bezier数学基础，同时保留解析几何实体造型的方法，造型能力较强。其曲面建模完全集成在实体建模之中，并可独立生成自由形状形体以备实体设计时使用。而许多曲面建模操作可直接产生或修改实体模型，曲面壳体，实体与定义他们的几何体完全相关。UG的实体化曲面处理能力是其主要特征和优势2。1.2.2 CATIA美国IBM公司的CATIA是一个广泛的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统。该系统有关曲面的模块包括：曲面设计、高级曲面设计、自由外形设计、整体外形修形等。CATIA外形设计和风格设计解决方案为设计零件提供了广泛的集成化工具。该系统具有很强的曲面造型功能3。1.2.3 Pro/ENGINEER美国PTC公司的Pro/ENGINEER以其参数化、基于特征、全相关等新概念闻名于CAD界，其曲面造型集中在Pro/SURFACES和Pro/ISDX模块4。其曲面的生成、编辑能力覆盖了曲面造型中的主要问题，主要用于构造表面模型、实体模型，并且可以在实体上生成任意凹下或凸起物等。尤其是可以将特殊的曲面造型实例作为一种特征加入特征库中。Pro/ENGINEER自带的特征库就含有如下特征：复杂的拱形表面、三维扫描外形、复杂的非平行或旋转混合、混合/扫描、管道等。Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统拥有强大而智能化的曲面建模能力，能够十分方便和准确地对卡通类产品进行数字化描述5。在新版本中简化了建模命令操作的步骤，使用户减少鼠标点击的次数从而加快建模的效率。1.3 本文主要研究内容鉴于Pro/ENGINEER Wildfire 3.0的优点，故选此软件来解决本例卡通玩具的造型设计问题。一种卡通玩具的销售情况如何很大程度上取决于它的外观造型，故此，选择一种合适的软件对产品进行预先的外观模型造型设计是必不可少的。在造型设计的过程中应力求使玩具模型看起来新颖独特，具有吸引力，给顾客留下深刻印象。Pro/ENGINEER强大的曲面造型能力正好能够实现这些要求。本文利用Pro/ENGINEER软件对玩具模型进行逐步的建构，经历了模型大身、嘴巴、翅膀、眼睛、脚和围巾装饰物等，最后再对玩具各部位进行着色渲染。2 设计过程在本文中对企鹅卡通玩具三维造型的设计，可以看做是对腾讯QQ平面图形的三维实体化。经过对QQ图像观察，依据先整体后细节的原则，可以将建模步骤分为6大部分，即模型大身、嘴巴、翅膀、眼睛、脚和围巾装饰物，之后再对模型进行着色。以下是具体的建模步骤。2.1 模型大身2.1.1 创建新零件在Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统中选择主菜单栏“文件”中的“新建”命令。选择文件的类型为“零件”、子类型为“实体”，改变文件名为qie不选中“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。进入“新文件选项”对话框，选择模板类型为 mmns-part-solid，并单击“确定”按钮。2.1.2 以旋转方式创建第一个曲面单击基础特征工具栏的图标，将建模方式改为曲面建模。选取FRONT平面为草绘平面，系统自动选择RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图1所示的截面，旋转曲面如图2所示。2.1.3 创建圆角特征单击工具，在操控板中单击图标，在绘图区中选取曲面边线为倒圆角的参照边，在操控板中改变圆角的数值为10。效果如图3所示。图1 主体草绘图2 主体图3 倒圆角后的主体2.2 嘴巴2.2.1 创建扫描轨迹曲线选取TOP平面为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图4所示的截面。图4 创建扫描轨迹曲线2.2.2 建立两个基准图形选择主菜单栏“插入”/“模型基准”/“图形”命令，在文本框中键入图形名称为radius-1。进入系统的草绘模式，绘制如图5所示的草图。图5 基准图形单击图标完成“图形”特征的创建。用同样的方法完成另一个“图形”特征的创建，命名为radius-2。绘制的截面如图6所示。图6 基准图形2.2.3 以变截面扫描方式创建玩具的嘴巴单击工具栏的图标，在出现的操控板中单击图标，然后单击“参照”菜单项，在绘图区中选取图4创建的草绘曲线为扫描特征的“原点轨迹”，并且改变特征创建箭头的方向。在“参照”上滑面板中选择“剖面控制”下拉框为“垂直于投影”选项，在绘图区中选取RIGHT平面为方向参照平面。返回“变截面扫描”命令操控板单击图标，进入系统的草绘模式。绘制如图7所示的截面。图7 变截面扫描草绘选择主菜单栏“工具”/“关系”命令，在“关系”对话框中输入如下关系式。sd4=evalgraph(radius-2,trajpar*10)*2.2sd3=evalgraph(radius-1,trajpar*10)*2单击“确定”按钮完成关系式的定义，系统将根据关系式对图形进行再生，如图8所示。图8 再生后变截面扫描草绘单击图标完成草绘操作，返回“变截面扫描”特征操控板。单击图标完成“变截面扫描”特征的创建，绘图区如图9所示。图9 创建的玩具嘴巴2.2.4 合并主体和嘴巴两个曲面单击合并图标，对两个曲面进行“求交”操作。2.2.5 创建圆角特征单击图标，在出现的操控板中单击图标，选取如图10所示的曲面边线为倒圆角的参照边，改变圆角的数值为2。单击图标完成倒圆角特征的创建。图10 倒圆角嘴巴2.3 翅膀2.3.1 创建扫描轨迹曲线单击图标，选取FRONT平面为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图11所示截面。图11 翅膀的扫描轨迹曲线2.3.2 以变截面扫描方式创建玩具的翅膀单击图标，在出现的操控板中单击图标，然后单击“参照”菜单项，在绘图区中选取前面图11创建的草绘曲线为扫描特征的“原点轨迹”，并改变相应特征创建箭头的方向。在“参照”上滑面板中选择“剖面控制”为“垂直于轨迹”选项，并接受系统其它的默认选项。返回“变截面扫描”命令操控板，进入系统的草绘模式，绘制一草绘截面，利用“工具”/“关系”命令，在“关系”对话框中输入如下关系式。sd4=evalgraph(radius-1,trajpar*10)*1.5sd3=evalgraph(radius-2,trajpar*10)系统将根据输入的关系式对图形重新进行再生，绘图区如图12所示。图12 变截面扫描草绘单击图标完成草绘操作，再单击图标完成“变截面扫描”特征的创建，绘图区如图13所示。图13 创建的玩具翅膀2.3.3 以镜像方式复制玩具另一个翅膀利用工具栏中图标，对翅膀进行镜像，如图14所示。图14 镜像玩具翅膀2.3.4 合并两个曲面利用图标对企鹅身子和左右翅膀三个曲面进行“求交”合并操作。2.3.5 创建圆角特征单击图标，在出现的操控板中单击图标。选取如图15所示的曲面边线为参照边。在绘图区空白处右击，从出现的快捷菜单中选择“成为变量”命令，在操控板中单击“配置”菜单项，在上滑面板中选择“位置”为“参照”选项。在绘图区中按住Ctrl键选取曲线的上下两个端点为倒圆角的参照点，改变圆角数值为6和1，如图15所示。图15 倒圆角玩具翅膀用同一方法完成另一翅膀倒圆角操作。2.4 眼睛2.4.1 以投影曲线方式创建玩具的眼睛选择“编辑”/“投影”命令，出现如图所示的”投影”命令操控板。在“参照”菜单项中选择“投影草绘”，以FRONT平面为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面。绘制如图16所示截面。图16 眼睛投影草绘之后返回“投影”命令操控板，选取企鹅脸部曲面为投影曲面，选择投影方向类型为“沿方向”，选择FRONT平面为方向参照平面。单击图标完成”投影”曲线特征的创建。如图17所示。图17 创建的玩具眼睛2.4.2 剪切出眼部区域单击图标，以眼部每条曲线对主体曲面依次进行修剪。2.5 脚2.5.1 创建扫描轨迹曲线对TOP平面偏移尺寸48，生成一个临时平面DTM1，在其上绘制草图，最后结果如图18所示。图18 脚的扫描轨迹曲线2.5.2 建立两个基准图形选择“插入”/“模型基准”/“图形”命令，在文本框中输入图形名称radius-3。进入系统的草绘模式，绘制截面如图19所示。图19 基准图形用同一方法完成另一“图形”特征的创建，命名为radius-4，绘制截面如图20所示。2.5.3 以变截面扫描方式创建玩具的脚单击图标，单击图标，然后单击“参照”菜单项，选择图18所创图20 基准图形建曲线为扫描特征的“原点轨迹”，改变特征创建箭头的方向。在出现的上滑面板中选择“剖面控制”为“垂直于轨迹”选项，并接受系统默认的选项。返回“变截面扫描”命令操控板单击图标，绘制截面，并利用“工具”/“关系”命令，输入如下关系式。sd4=evalgraph(radius-3,trajpar*10)*4sd3=evalgraph(radius-4,trajpar*10)*2系统将根据输入的关系式对图形重新进行再生，如图21所示。图21 再生后的扫描截面单击图标完成草绘操作。单击图标完成“变截面扫描”曲面的创建，绘图区如图22所示。2.5.4 创建填充曲面利用“编辑”“填充”命令，先创建对TOP平面偏移尺寸55的平面DTM2，图22 创建后的玩具脚在DTM2平面上绘制一长方形截面，单击图标完成草绘，单击图标完成“填充”曲面的创建。如图23所示。图23 创建填充曲面DTM22.5.5 以拉伸方式剪切玩具的脚创建DTM3平面，在其上绘制草图，并利用“拉伸”命令对企鹅脚部曲面进行修剪，效果如图24所示。2.5.6 创建3个基准点单击图标，创建如图所示基准点PNT1-3。2.5.7 创建造型曲线单击图标，在出现的级联菜单中选择“经过点”/“完成”命令。图24 创建基准点选择“样条”、“整个阵列”、“增加点”、“完成”命令，在绘图区中分别选择基准点PNT1-3为参照端点，单击“完成”。在“曲线：通过点”对话框中双击“相切”选项。在出现的级联菜单中分别选择“起始”/“终止”、“曲面”、“相切”/“完成”命令，曲线自动与相邻的曲面相切。单击“确定”按钮完成曲线的创建。如图25所示。图25 创建造型曲线2.5.8 合并两个曲面单击图标，对DTM3平面和企鹅脚曲面进行“求交”合并。2.5.9 根据草绘曲线对参照曲面进行修剪在脚底平面完成草绘曲线特征的创建。之后以其为参照曲线，对脚底曲面进行修剪，结果如图26所示。2.5.10 以边界混合方式创建曲面图26 修剪后的脚底曲面单击图标，在绘图区按住Ctrl键，选取相应的第一方向，第二方向边界曲线。并改变“约束”菜单项各项内容。创建的边界混合曲面如图27所示。图27 创建边界混合曲面2.5.11 合并两个曲面单击图标，采用“连接”的方式对脚上的两个曲面进行合并。2.5.12 以镜像方式复制玩具另一个脚单击图标，以“面组”方式选取企鹅脚部所有曲面，以RIGHT平面为“镜像”参照平面，完成“镜像”特征的创建。2.5.13 合并两个曲面单击图标，以“求交”方式对企鹅主体和右脚两个曲面进行合并操作，用同一方法完成另一脚和主体曲面的合并操作。2.5.14 创建圆角单击图标，以脚和企鹅主体的交线为参照边，改变圆角的数值为1。绘图区如图28所示。图28 创建成的玩具脚2.7 围巾装饰物2.7.1 创建投影曲线选择“编辑”/“投影”命令，单击“参照”菜单项，选择“投影草绘”选项，在RIGHT平面上绘制如图29所示截面：图29 肚皮投影草绘单击图标完成草绘，返回“投影”命令操控板。在绘图区选取企鹅前肚皮曲面为投影曲面，选择投影方向类型为“沿方向”，选择RIGHT平面为方向参照平面。完成投影曲线创建如图30所示。2.7.2 修剪玩具主体曲面单击图标，以图30所示投影曲线为修剪参照曲线，对模型主体曲面进图30 投影后的肚皮曲线行修剪操作。2.7.3 创建相交曲线单击图标，选取RIGHT平面为草绘平面，TOP平面为顶视参照平面，绘制截面如图31所示。图31 创建相交曲线单击图标完成“草绘”曲线特征的创建。2.7.4创建二次投影曲线确认前面步骤创建的“草绘”曲线特征处于选中状态。选择“编辑”/“相交”命令，单击“参照”菜单项，在出现的上滑面板中单击第二草绘选项中的“定义”按钮。选取FRONT平面为草绘平面，RIGHT平面为左侧参照平面。绘制如图32所示截面。单击图标完成草绘，单击图标完成”相交”特征的创建。2.7.5 创建扫描曲面选择“插入”/“扫描”/“曲面”命令，在出现的级联菜单中选择“选取轨图32 创建围巾扫描轨迹草绘曲线迹”命令。在绘图区中使用“依次”的曲线选择方式，选取“相交”曲线为轨迹曲线。单击“确定”按钮，单击“完成”并选择“正向”确认视角方向朝上。在级联菜单中选择曲面的属性为“开放端”，单击“完成”进入系统的草绘模式。绘制一曲线后单击图标完成草绘，单击“确定”按钮完成“扫描”特征的创建。如图33所示。图33 完成的扫描曲面2.7.6 建立两个基准图形利用“插入”/“模型基准”/“图形”命令，建立两个基准图形。2.7.7 以变截面扫描方式创建玩具的围巾利用工具，参照2.5.3步骤创建玩具的围巾。结果如图34所示。图34 围巾端部2.7.8 旋转围巾曲面先创建一基准轴A-3。之后选取上步创建的玩具围巾曲面，利用工具和工具，选取基准轴A-3为参照轴，20作为旋转尺寸。完成对围巾曲面的旋转复制操作。效果如图35所示。图35 旋转后的围巾端部2.7.9 创建草绘曲线对TOP平面偏移尺寸4以创建平面DTM4，以平面DTM4为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图36所示截面。2.7.10 以扫描方式创建围巾选择“插入”/“扫描”/“曲面”命令。从出现的级联菜单中选择“选取轨图36 围巾扫描轨迹曲线迹”/“曲线链”，在绘图区中选取图36所创建曲线，从弹出菜单中再选择“选取全部”/“完成”/“完成”。之后系统进入草绘模式，绘制如图37所示曲线：单击，单击“确定”，玩具围巾创建如图38所示。图37 围巾扫描截面2.7.11 利用图层功能隐藏绘图区中所有曲线先展开模型树，选择“视图”/“层树”命令。在模型树中选取03-PRT-ALL-CURVES选项，右击从快捷菜单中选取“隐藏层”命令，遮蔽该图层。在模型树空白处右击，从快捷菜单中选择“保存状态”命令。系统将保存当前层的显示状态。2.8 着色玩具模型选择“视图”/“颜色和外观”命令，出现“外观编辑器”对话框。图38 创建完成的围巾单击“外观编辑器”对话框中的图标，系统将新建一个颜色球。单击“属性”对话框中的“基本”选项卡，并单击图标，进入“颜色编辑器”对话框。改变对话框中R、G、B的数值分别为0、0、0，单击“关闭”按钮完成颜色球的定义。在“基本”和“高级”选项卡中调整相应的参数。如图39所示。图 39单击“外观编辑器”对话框在“指定”选项区域中选择“曲面”选项，在绘图区中按住Ctrl键选取玩具共8个曲面为参照曲面。单击“正向”命令共8次确定颜色创建方向。在“外观编辑器”对话框中的“指定”栏中单击“应用”按钮，完成对曲面颜色的指定。单击“关闭”按钮退出“外观编辑器”对话框。用同样的方法完成另外4种颜色在曲面模型的指定，曲面模型的着色结果如图40所示。图40 最终的玩具模型以下是曲面模型的各个配色方案：配色方案1-【橙色“有光泽”】R255、G91.8、B0.0；配色方案2-【红“闪亮”】R255、G7.6、B7.6；配色方案3-【玉米黄“闪亮”】R255、G196.3、B15.3；配色方案4-【白“前灯”】R255、G255、B255。2.9 保存文件并从内存中拭除单击主工具栏中的图标，在出现的对话框中单击“确定”按钮接受默认的文件名。选择“文件”/“拭除”/“当前”命令，将零件从内存中拭除。3 结论本文详细介绍了企鹅卡通玩具的曲面建模过程，在这个过程中，充分展现了Pro/ENGINEER软件在玩具造型设计方面的优越功能。企鹅玩具的造型生动活泼，栩栩如生，这些都要归功于Pro/ENGINEER系统强大而智能化的曲面建模能力。一个好玩具的生产制造的第一步应先选择一个合适的软件对其进行造型设计，这直接关乎此玩具产品市场销量。通过这次的设计，更能体会到Pro/ENGINEER系统的博大精深，对其具体命令的应用有了更深的掌握。应用三维软件对玩具进行造型设计应大力推广，这样才能保证我国作为玩具出口大国的不变地位。此外，在本文中对企鹅玩具外观的造型设计，使得玩具本身更具吸引力的同时也在使我的Pro/ENGINEER软件应用能力在进一步提高，但美中不足的是在本例中没有用到软件的高级曲面造型功能，也使得自己在这方面的能力有所欠缺，还需在以后勤加练习。谢辞本论文是在安老师的悉心指导和帮助下完成的，在整个设计过程中，安老师都给予了殷切指导和关注，并提出许多中肯的建议，使论文最终得以完善。安老师责任心强，对我的设计严加督促，使我能够按时完成毕业设计，在此设计期间，我除了学到许多专业知识外，还从导师身上学到对工作高度负责的精神和对知识一丝不苟的态度。在此，我要衷心感谢我的指导老师，感谢他们在指导我做毕业设计期间对我无私的关怀和耐心细致的指导，在此向他们致以崇高的敬意！参考文献1 杨峰,黄效贺.Pro/ENGINEER Wildfire 2.0曲面设计技巧与实例M.北京:中国铁道出版社,20052 林清安.Pro/ENGINEER 野火3.0中文版基础零件设计（上）M.北京:电子工业出版社,20063 林清安.Pro/ENGINEER 野火3.0中文版基础零件设计（下）M.北京:电子工业出版社,20064 乔丽英.精通Pro/ENGINEER中文野火版M.北京:中国青年出版社,20055 葛永斌,陈秀玉,肖威威.基于Pro/E的装载机工作装置优化设计J.农业装备与车辆工程,2008(5):12516 陈彦宏,武佩.基于Pro/E的轿车车轮防盗装置的设计J.机械设计与制造,2008(8):457 吉奎,陈志刚.基于Pro/E及ADAMS的反铲式挖掘机工作装置机构的建模与运动仿真J,现代制造工程,2006(05):87898 张慧侏,韩亚静.基于ProENGINEER的手机数字化建模设计过程解析J.数字化设计,2008(3):62639 张鹏飞,李德法.基于ProE的双系杆行星轮机械手的运动分析及仿真J.许昌烟草机械有限公司,2007(5):262810 曾祥亮.基于ProE的自顶向下的皮带机三维参数化设计J.机械工程师,2008(8):252711 赵熹,高占华.基于Pro/E的手动电池前盖成型模具设计J.模具CADCAM,2008(3):325412 肖乾,周新建.基于Pro/E实现凸轮机构的设计与运动仿真分析J.煤矿机械2006(08):626413 孙云 基于ProE的罩壳零件的造型及模具设计J.零件造型设计,2007(2):565814 李强,高小荣 基于ProENGINEER的双转轴支撑系统设计与运动学仿真J.系统设计,2005(4):424415 齐学义 基于PROE的混流式水轮机叶片的三维造型J.三维造型师,2003(9):878916 范玉 基于ProE的汽车音响面板三维造型及模具设计J.三维造型师,2008(1):546117 张建才,石磊 基于ProE的小型葡萄除梗破碎机的设计J.农机化研究,2008(8):658418 彭爱连 基于ProE构建注塑模冷却系统的设计平台J.机械工程师,2006(8):242519 孙立明 基于ProE异步模式的圆柱滚子轴承参数化J.农机化研究,2008(2):122420 张文兵,王侃 基于ProE的齿轮类零件三维建模J.机械工程师,2007(4):52561 绪论1.1 三维造型设计的现状和发展三维造型是计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容，主要研究在计算机图像系统的环境下对三维造型的表示，设计，显示和分析1。当代世界的各种产品在加工前都需对其外形预先进行三维造型设计，这样才能保证产品在制造过程中的可行性。三维造型软件的发展和成熟直接关乎产品三维造型设计的成败，进入21世纪以后，三维造型软件21的发展呈现了百家争鸣的状况，但它们各具特色。1.2 常见三维造型软件介绍1.2.1 UG美国Unigraphics Solutions公司的UG源于航空业，汽车业，采用基于约束的特征建模和传统的几何建模为一体的复合建模技术。其曲面功能包含于Freeform Modeling模块之中，采用了NURBS、B样条、Bezier数学基础，同时保留解析几何实体造型的方法，造型能力较强。其曲面建模完全集成在实体建模之中，并可独立生成自由形状形体以备实体设计时使用。而许多曲面建模操作可直接产生或修改实体模型，曲面壳体，实体与定义他们的几何体完全相关。UG的实体化曲面处理能力是其主要特征和优势2。1.2.2 CATIA美国IBM公司的CATIA是一个广泛的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统。该系统有关曲面的模块包括：曲面设计、高级曲面设计、自由外形设计、整体外形修形等。CATIA外形设计和风格设计解决方案为设计零件提供了广泛的集成化工具。该系统具有很强的曲面造型功能3。1.2.3 Pro/ENGINEER美国PTC公司的Pro/ENGINEER以其参数化、基于特征、全相关等新概念闻名于CAD界，其曲面造型集中在Pro/SURFACES和Pro/ISDX模块4。其曲面的生成、编辑能力覆盖了曲面造型中的主要问题，主要用于构造表面模型、实体模型，并且可以在实体上生成任意凹下或凸起物等。尤其是可以将特殊的曲面造型实例作为一种特征加入特征库中。Pro/ENGINEER自带的特征库就含有如下特征：复杂的拱形表面、三维扫描外形、复杂的非平行或旋转混合、混合/扫描、管道等。Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统拥有强大而智能化的曲面建模能力，能够十分方便和准确地对卡通类产品进行数字化描述5。在新版本中简化了建模命令操作的步骤，使用户减少鼠标点击的次数从而加快建模的效率。鉴于Pro/ENGINEER Wildfire 3.0的优点，故选此软件来解决本例卡通玩具的造型设计问题。一种卡通玩具的销售情况如何很大程度上取决于它的外观造型，故此，选择一种合适的软件对产品进行预先的外观模型造型设计是必不可少的。在造型设计的过程中应力求使玩具模型看起来新颖独特，具有吸引力，给顾客留下深刻印象。Pro/ENGINEER强大的曲面造型能力正好能够实现这些要求。1.3 本文主要研究内容本文利用Pro/ENGINEER软件对玩具模型进行逐步的建构，经历了模型大身、嘴巴、翅膀、眼睛、脚和围巾装饰物等，最后再对玩具各部位进行着色渲染。2 设计过程在本文中对企鹅卡通玩具三维造型的设计，可以看做是对腾讯QQ平面图形的三维实体化。经过对QQ图像观察，依据先整体后细节的原则，可以将建模步骤分为6大部分，即模型大身、嘴巴、翅膀、眼睛、脚和围巾装饰物，之后再对模型进行着色。以下是具体的建模步骤。2.1 模型大身2.1.1 创建新零件在Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统中选择主菜单栏“文件”中的“新建”命令。选择文件的类型为“零件”、子类型为“实体”，改变文件名为qie不选中“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。进入“新文件选项”对话框，选择模板类型为 mmns-part-solid，并单击“确定”按钮。2.1.2 以旋转方式创建第一个曲面单击基础特征工具栏的图标，将建模方式改为曲面建模。选取FRONT平面为草绘平面，系统自动选择RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图1所示的截面，旋转曲面如图2所示。2.1.3 创建圆角特征单击工具，在操控板中单击图标，在绘图区中选取曲面边线为倒圆角的参照边，在操控板中改变圆角的数值为10。效果如图3所示。图1 模型大身草绘图2 模型大身效果图图3 倒圆角后的模型大身2.2 嘴巴2.2.1 创建扫描轨迹曲线选取TOP平面为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图4所示的截面。图4 嘴巴扫描轨迹曲线2.2.2 建立两个基准图形选择主菜单栏“插入”/“模型基准”/“图形”命令，在文本框中键入图形名称为radius-1。进入系统的草绘模式，绘制如图5所示的草图。图5 嘴巴基准图形单击图标完成“图形”特征的创建。用同样的方法完成另一个“图形”特征的创建，命名为radius-2。绘制的截面如图6所示。图6 嘴巴基准图形2.2.3 以变截面扫描方式创建玩具的嘴巴单击工具栏的图标，在出现的操控板中单击图标，然后单击“参照”菜单项，在绘图区中选取图4创建的草绘曲线为扫描特征的“原点轨迹”，并且改变特征创建箭头的方向。在“参照”上滑面板中选择“剖面控制”下拉框为“垂直于投影”选项，在绘图区中选取RIGHT平面为方向参照平面。返回“变截面扫描”命令操控板单击图标，进入系统的草绘模式。绘制如图7所示的截面。图7 嘴巴变截面扫描草绘选择主菜单栏“工具”/“关系”命令，在“关系”对话框中输入如下关系式。sd4=evalgraph(radius-2,trajpar*10)*2.2sd3=evalgraph(radius-1,trajpar*10)*2单击“确定”按钮完成关系式的定义，系统将根据关系式对图形进行再生，如图8所示。图8 再生后的嘴巴变截面扫描草绘单击图标完成草绘操作，返回“变截面扫描”特征操控板。单击图标完成“变截面扫描”特征的创建，绘图区如图9所示。图9 创建的玩具嘴巴2.2.4 合并主体和嘴巴两个曲面单击合并图标，对两个曲面进行“求交”操作。2.2.5 创建圆角特征单击图标，在出现的操控板中单击图标，选取如图10所示的曲面边线为倒圆角的参照边，改变圆角的数值为2。单击图标完成倒圆角特征的创建。图10 倒圆角嘴巴2.3 翅膀2.3.1 创建扫描轨迹曲线单击图标，选取FRONT平面为草绘平面，RIGHT平面为右侧参照平面，绘制如图11所示截面。图11 翅膀的扫描轨迹曲线2.3.2 以变截面扫描方式创建玩具的翅膀单击图标，在出现的操控板中单击图标，然后单击“参照”菜单项，在绘图区中选取前面图11创建的草绘