图形技术在机械制造中的运用范文

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1CAD和CAM领域的计算机图形技术的应用

随着机械制造规模越来越大，要求的精度越来越高，如果没有计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的支持，是很难完成大型机械设备的规模化生产。目前飞机、轮船、电子电路、建筑施工、工厂布局、机械零件制造都离不开CAD和CAM。计算机图形技术现在不仅仅是在这些应用领域里参与设计，并且在图形设计过程中，如果出现错误还会得到及时的提醒，以避免生产不合格的零件。随着计算机图形设计软件功能的强大，能够通过计算机图形处理技术完成对其他图形设计模块的自动更新，包括算式、图形里的各类数据，以及图形的整体形状。通过图形动态模拟，还能够判断这个设计的结果在实际的使用中是否产生干涉和碰撞，从而避免机械设计时就可能出现的缺陷。除此之外，整个大型工程的图形设计，可以依靠计算机图形技术实现人机交互式修改，经过迭代设计之后，还可以通过设计结果输入相应的零件表、加工流程及工艺卡，甚至是有关数控加工代码，直接导入数控机床就能够完成对零件的精确加工。

数控加工技术的出现，更是让计算机图形技术的发展插上了腾飞的翅膀，现在基于数据机床（CNC）的计算机图形技术，能够让加工变得更加精确，极大地提高了加工的精确度和加工效率。根据图像的空间离散法，并在此基础上对数据结构和算法进行适当的改进，能够有效地提升仿真实时性，提升了对虚拟图形设计参数的精确度。通过计算机辅助设计和辅助制造技术，在相应的设计软件中，模拟CNC数控机床的加工过程对检验数控加工程序和加工方法的正确性是具有很大帮助的。

不过目前仿真技术对计算机设备的要求较高，需要涉及到大量的数据处理，所以整个模拟过程耗时较长，因此不利于大型机械制造的仿真模拟。不过空间的图像离散方法则能够让计算量降低很多，而且还更加有利于CNC程序的验证，比如VANHOOK就采用了图像空间离散方法，依托计算机图形技术实现了CNC加工过程的动态图形模拟，VANHOOK采用了Zbuffer的消隐思想，将实体图像按照实际的图像空间的像素进行离散，将三维计算转化成同一视线方向的布尔运算，极大提升了计算效率，解决了实时模拟问题。

2模具设计和生产方面计算机图形技术的研究

模具作为机械制造的一个不可忽视的环节，同样也是CAD和CAM大展舞台的场所，目前手机、电脑、机械、汽车、电子等各个领域都离不开精密零部件，这些精密零部件都需要各种模具来制作，大到飞机轮船的外壳小到一个手机的耳机杂件，都需要模具来实现规模化生产。而计算机图形技术的发展，则让模具的生产方式发生了彻底的改变。通过计算机图形技术来仿真生产成型的物体随时间、压力和温度等生产条件的变化而出现不同的物体图形，来帮助模具的设计。这样一来，就能够有效地改善模具结构和规模，在同一个模具上，增加更多的穴位提供了可能，增加了生产效率。对基于模具成型过程的研究，通过对制造模具过程的研究和分析，利用计算机图形技术来对这些过程进行图形的实时显示和控制，从而能够进一步提升模具的精确度。利用计算机将整个模具加工过程，以及基于模具的成型过程的数据进行处理，并且以图表、饼状图以及进程图、生产管理的绩效图、统计图、品质趋势图来直观的显示在显示设备上，就能够将复杂的数据以简单的图形来直观显示，能够让人一目了然，便于决策者获得准确的信息并得出准确的结论。

3仿真领域方面计算机图形技术的研究

随着计算机图形技术的发展，利用空间图像离散法，能够对机械加工过程实现实时的仿真模拟。仿真技术一般会忽略光照模型，这样能够减少颜色算法，因为颜色的变化并不影响加工物体最终的质量，所以为了提升实时仿真的速度，就需要避免那些不影响加工结果的辅助元素，从而实现提升模拟仿真的精确程度。机械加工过程仿真目的就是为了发现加工程序的错误和产生的干涉问题。特别是干涉问题，往往会给机械设备造成极大的危害，在模拟仿真的过程中，一旦出现就要优先标示出来，同时加工毛坯的切削表面也是用户观察的重点部分，在模拟仿真的实时图形显示中，应该优先显示。当发现出现问题后，再进行程序的改进和图形设计的改进，从而提升一次生产成功率。上述基于空间图形离散法的仿真技术，能够在仿真模拟的过程中得到每一个环节实体被切削的显示和描述，能够让用户从反方向或者选择多窗口的方式来观察整个切削剖切的过程。基于这种空间离散的仿真技术能够实现较高的实时性，基本上在模拟操作的过程就能够实现对过程的全程数据检测，其速度仅仅限制在硬件设备和驱动程序上，如果选择小型计算机或者中型计算机来进行实时模拟的话，就能够实现所见即所得。而且随着离散算法的改进，还能够实现准确测定毛坯上某一点的值，从而提升加工精度。

4真实感图形技术的应用研究

计算机图形技术如今已经发展到真实感图形技术，这是未来图形技术发展的方向，而且现在已经有很多CAD和CAM设计软件已经能够实现绝大多数功能，比如UG，PROE等三维CAD设计软件等，利用计算机绘制真实感图形，并将这些立体感图形直接输入到“打印机”中，就能够从打印机中直接打印出真实的物体。目前这种技术已经开始被应用，当然打印出来的物体相对较为简单，不过这些技术正是显示了真实感图形技术的优势所在。通过真实感图形技术，绘制的图形还能够替代早先的模型制作，直接就能够在计算机上实现多角度的观测，如果发现设计的缺陷，还能够通过屏幕实现交互修改，提升了模型设计的速度。真实感图形技术需要光栅扫描显示器的支持，如今光栅扫描显示器已经从之前的电子枪发展到现在的液晶显示器，再加上专业的图形显卡和OPENGL图形驱动程序，能够实现对物体进行贴材、纹理、光照以及视角等不同处理，使得三维物体变得更加真实。如今好莱坞电影的很多机器人的特效，就是基于机械设计的真实感图形技术的展示。

5结束语

目前计算机图形学已经成了独立的一门学科，依托计算机的发展，计算机图形学在机械制造领域中将会发挥出越来越重要的作用，从而为建造高精度、高复杂度的机械设备带来可能，同时也能够提升加工这些高精度高复杂度的效率。与此同时计算机图形技术也开始渗透到生活的各个角落，其应用范围和领域将会更加丰富。

作者：潘纹单位：黄冈职业技术学院