摘 要 以同心圓圓規(guī)設計為研究對象，提出利用Pro/E進行三維建模和模型渲染，以及利用PhotoShop進行圖形處理后，完成同心圓圓規(guī)的設計；從方案構(gòu)思到草圖設計，再到計算機輔助設計，設計過程融合工程力學、心理學、美學、視覺傳達設計，表明該設計具有一定的創(chuàng)新性、實用性和參考價值。
　　關鍵詞 便捷型同心圓圓規(guī)；Pro/E；設計；問題
　　
　　圓規(guī)的發(fā)明最早可追溯至中國夏朝，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。
　　對于現(xiàn)代模型設計來說，計算機設計已逐步取代傳統(tǒng)設計中的紙和筆。計算機輔助設計能夠保證設計精度，降低設計開發(fā)的成本，尤其是目前三維實體造型技術(shù)已日趨成熟，產(chǎn)品設計逐漸成熟化、細致化。本文主要以Pro/E為例，闡述同心圓圓規(guī)的設計過程。
　　1.Pro/E軟件與產(chǎn)品設計的結(jié)合
　　Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品，它提出了真正的全相關性、單一的數(shù)據(jù)庫、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域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。
　　產(chǎn)品設計是藝術(shù)與技術(shù)雙方面工作的有機結(jié)合，應用計算機輔助產(chǎn)品造型設計，可以更直接地看出產(chǎn)品的效果，以便修正模型；可以進行各種分析，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題[3]。
　　2.市場現(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圓的圓規(guī)。這樣在制圖過程中存在很大的不便，在機械制圖中我們會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)，不僅因為多次調(diào)整半徑而浪費時間，而且相對精度也會降低，更重要的是多次移動圓心針尖會會紙張損壞增大，影響制圖精度和美觀，所以設計一款便捷型同心圓圓規(guī)是有實際需要的。
　　3.基于Pro/E的同心圓圓規(guī)設計
　　3.1 設計思路
　　考慮到上述問題，將原有市場上兩只腿的圓規(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，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圓，誤差也相對減小，而且也使紙張的完整性得到了的提高。
　　因此，本文設計的同心圓圓規(guī)為專業(yè)和需要經(jīng)常制圖的繪圖人員設計，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)草圖設計思路
　　草圖設計是設計思想的初步表達。繪制同心圓圓規(guī)的簡易原理圖，將初步原理和思想表達出來。（圖1）
　　基本原理：旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動內(nèi)外從動軸同時旋轉(zhuǎn)，內(nèi)外從動軸相對固定，從而完成同心圓繪制。
　　方案選擇：針對內(nèi)外從動軸的固定問題和圓規(guī)的整體支架問題，通過簡易原理圖選擇了幾種不同方案，并通過篩選確定出最適合的設計方案。
　　方案確定完成后，繪制出最終方案的簡易支架圖和工作狀態(tài)圖。（圖2）
　　草圖的設計過程旨在通過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、基本實圖以及工作狀態(tài)詳圖展現(xiàn)在上方。并通過多次修改確定最終的設計方案，為下一步三維建模做好準備。
　　4.便捷型同心圓圓規(guī)的三維建模
　　計算機輔助設計為人類的生產(chǎn)和生活帶來了許多的便利。此次同心圓圓規(guī)的設計采用實體建模方法，通過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
　　該部分主要是通過在中畫草繪輪廓，通過拉升制成，然后對其中間部分進行拉伸剪切。最后通過對輪廓倒角，這樣便能將手抓部分制作出來。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候，主要是通過旋轉(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）通過旋轉(zhuǎn)命令變能強該部分制作好。固定腳部分主要也是通過拉伸命令，然后通過拉伸剪切，最后對其進行倒角制作而成。在對這部分進行制作的時候，要特意注意一下尺寸。倒角的時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。在制作橫梁的時候很簡單，首先在草繪區(qū)畫圖，然后凍過拉伸命令以及拉伸剪切命令，便能將大體形狀制作出來，最后在上面剪切主來刻度，這樣橫梁便可制作出來。
　　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圓柱，其可以通過拉伸或旋轉(zhuǎn)制作。下半部分主要是裝鉛筆的一端，其主要是通過混合制作，然后對其進行抽殼而成。
　　4.6 圓規(guī)尖和模擬鉛筆的制作
　　這個主要是通過混合命令制作而成，非常簡單。（圖5）
　　4.7 螺帽和螺桿的制作
　　這部分主要是通過旋轉(zhuǎn)制作而得，然后通過旋轉(zhuǎn)剪切。
　　5.造型總結(jié)
　　5.1 設計特點
　　作為一款便捷型圓規(guī)的結(jié)構(gòu)設計，秉承簡單、實用、舒適和便捷的設計風格，設計出的同心圓圓規(guī)在結(jié)構(gòu)上和功能上滿足設計出發(fā)點。整體框架結(jié)構(gòu)沿襲傳統(tǒng)圓規(guī)的簡潔輕便的樣式，降低生產(chǎn)難度和成本。
　　在整體設計方面體現(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
　　三維實體建模是Pro/E中最富有特色的一個部分，它具有強大的功能。相對于二維草繪來說，三維建模設計的知識面更加廣泛，其理論知識更加豐富。其建模方式最常用的就是基于特征建模和參數(shù)化設計建模�；�于特征是指用戶可以通過定義特征來創(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
　　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計、裝配，給設計提供了極大簡便而靈活的環(huán)境。本文針對同心圓圓規(guī)的分析設計，利用Pro/E軟件完成了同心圓圓規(guī)的造型設計。計算機輔助設計技術(shù)的發(fā)展日新月異，設計師越來越會借助計算機將設計造型更加的完善，造型設計在未來設計界展示給人的將是直觀的和深入的。
　　
　　參考文獻
　　[1] 楊青，陳東祥，胡冬梅，等. 基于Pro/Engineer的三維零件模型的參數(shù)化設計[J]. 機械設計，2006（9）.
　　[2] 朱新云，顧寄南. 基于Pro/E三維模型的參數(shù)化設計技術(shù)[J]. 中國制造業(yè)信息化，2006（3）.
　　[3] 劉永翔，蔡碩. 計算機輔助產(chǎn)品造型設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009（6）.

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