圖形技術在機械制造中的運用范文

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1CAD和CAM領域的計算機圖形技術的應用

隨著機械制造規模越來越大，要求的精度越來越高，如果沒有計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的支持，是很難完成大型機械設備的規模化生產。目前飛機、輪船、電子電路、建筑施工、工廠布局、機械零件制造都離不開CAD和CAM。計算機圖形技術現在不僅僅是在這些應用領域里參與設計，并且在圖形設計過程中，如果出現錯誤還會得到及時的提醒，以避免生產不合格的零件。隨著計算機圖形設計軟件功能的強大，能夠通過計算機圖形處理技術完成對其他圖形設計模塊的自動更新，包括算式、圖形里的各類數據，以及圖形的整體形狀。通過圖形動態模擬，還能夠判斷這個設計的結果在實際的使用中是否產生干涉和碰撞，從而避免機械設計時就可能出現的缺陷。除此之外，整個大型工程的圖形設計，可以依靠計算機圖形技術實現人機交互式修改，經過迭代設計之后，還可以通過設計結果輸入相應的零件表、加工流程及工藝卡，甚至是有關數控加工代碼，直接導入數控機床就能夠完成對零件的精確加工。

數控加工技術的出現，更是讓計算機圖形技術的發展插上了騰飛的翅膀，現在基于數據機床（CNC）的計算機圖形技術，能夠讓加工變得更加精確，極大地提高了加工的精確度和加工效率。根據圖像的空間離散法，并在此基礎上對數據結構和算法進行適當的改進，能夠有效地提升仿真實時性，提升了對虛擬圖形設計參數的精確度。通過計算機輔助設計和輔助制造技術，在相應的設計軟件中，模擬CNC數控機床的加工過程對檢驗數控加工程序和加工方法的正確性是具有很大幫助的。

不過目前仿真技術對計算機設備的要求較高，需要涉及到大量的數據處理，所以整個模擬過程耗時較長，因此不利于大型機械制造的仿真模擬。不過空間的圖像離散方法則能夠讓計算量降低很多，而且還更加有利于CNC程序的驗證，比如VANHOOK就采用了圖像空間離散方法，依托計算機圖形技術實現了CNC加工過程的動態圖形模擬，VANHOOK采用了Zbuffer的消隱思想，將實體圖像按照實際的圖像空間的像素進行離散，將三維計算轉化成同一視線方向的布爾運算，極大提升了計算效率，解決了實時模擬問題。

2模具設計和生產方面計算機圖形技術的研究

模具作為機械制造的一個不可忽視的環節，同樣也是CAD和CAM大展舞臺的場所，目前手機、電腦、機械、汽車、電子等各個領域都離不開精密零部件，這些精密零部件都需要各種模具來制作，大到飛機輪船的外殼小到一個手機的耳機雜件，都需要模具來實現規模化生產。而計算機圖形技術的發展，則讓模具的生產方式發生了徹底的改變。通過計算機圖形技術來仿真生產成型的物體隨時間、壓力和溫度等生產條件的變化而出現不同的物體圖形，來幫助模具的設計。這樣一來，就能夠有效地改善模具結構和規模，在同一個模具上，增加更多的穴位提供了可能，增加了生產效率。對基于模具成型過程的研究，通過對制造模具過程的研究和分析，利用計算機圖形技術來對這些過程進行圖形的實時顯示和控制，從而能夠進一步提升模具的精確度。利用計算機將整個模具加工過程，以及基于模具的成型過程的數據進行處理，并且以圖表、餅狀圖以及進程圖、生產管理的績效圖、統計圖、品質趨勢圖來直觀的顯示在顯示設備上，就能夠將復雜的數據以簡單的圖形來直觀顯示，能夠讓人一目了然，便于決策者獲得準確的信息并得出準確的結論。

3仿真領域方面計算機圖形技術的研究

隨著計算機圖形技術的發展，利用空間圖像離散法，能夠對機械加工過程實現實時的仿真模擬。仿真技術一般會忽略光照模型，這樣能夠減少顏色算法，因為顏色的變化并不影響加工物體最終的質量，所以為了提升實時仿真的速度，就需要避免那些不影響加工結果的輔助元素，從而實現提升模擬仿真的精確程度。機械加工過程仿真目的就是為了發現加工程序的錯誤和產生的干涉問題。特別是干涉問題，往往會給機械設備造成極大的危害，在模擬仿真的過程中，一旦出現就要優先標示出來，同時加工毛坯的切削表面也是用戶觀察的重點部分，在模擬仿真的實時圖形顯示中，應該優先顯示。當發現出現問題后，再進行程序的改進和圖形設計的改進，從而提升一次生產成功率。上述基于空間圖形離散法的仿真技術，能夠在仿真模擬的過程中得到每一個環節實體被切削的顯示和描述，能夠讓用戶從反方向或者選擇多窗口的方式來觀察整個切削剖切的過程。基于這種空間離散的仿真技術能夠實現較高的實時性，基本上在模擬操作的過程就能夠實現對過程的全程數據檢測，其速度僅僅限制在硬件設備和驅動程序上，如果選擇小型計算機或者中型計算機來進行實時模擬的話，就能夠實現所見即所得。而且隨著離散算法的改進，還能夠實現準確測定毛坯上某一點的值，從而提升加工精度。

4真實感圖形技術的應用研究

計算機圖形技術如今已經發展到真實感圖形技術，這是未來圖形技術發展的方向，而且現在已經有很多CAD和CAM設計軟件已經能夠實現絕大多數功能，比如UG，PROE等三維CAD設計軟件等，利用計算機繪制真實感圖形，并將這些立體感圖形直接輸入到“打印機”中，就能夠從打印機中直接打印出真實的物體。目前這種技術已經開始被應用，當然打印出來的物體相對較為簡單，不過這些技術正是顯示了真實感圖形技術的優勢所在。通過真實感圖形技術，繪制的圖形還能夠替代早先的模型制作，直接就能夠在計算機上實現多角度的觀測，如果發現設計的缺陷，還能夠通過屏幕實現交互修改，提升了模型設計的速度。真實感圖形技術需要光柵掃描顯示器的支持，如今光柵掃描顯示器已經從之前的電子槍發展到現在的液晶顯示器，再加上專業的圖形顯卡和OPENGL圖形驅動程序，能夠實現對物體進行貼材、紋理、光照以及視角等不同處理，使得三維物體變得更加真實。如今好萊塢電影的很多機器人的特效，就是基于機械設計的真實感圖形技術的展示。

5結束語

目前計算機圖形學已經成了獨立的一門學科，依托計算機的發展，計算機圖形學在機械制造領域中將會發揮出越來越重要的作用，從而為建造高精度、高復雜度的機械設備帶來可能，同時也能夠提升加工這些高精度高復雜度的效率。與此同時計算機圖形技術也開始滲透到生活的各個角落，其應用范圍和領域將會更加豐富。

作者：潘紋單位：黃岡職業技術學院