基于天工CAD的“沐浴露流水线生产加工机械臂”建模

作者：陈超 黄耀庭 23级机械专业

单位：华中农业大学工学院

一、摘要

【摘要】

新迪天工CAD是一款国产三维CAD软件，具备高成熟度和强大技术能力，满足工业企业的研发设计需求。其特点包括灵活多样的3D建模方式、流畅易用的装配设计、强大的钣金设计功能等，能够提升设计质量和效率。天工CAD提供智能设计向导和工具，快速识别设计意图，支持MBD设计制造一体化和从2D图纸快速创建3D模型。其异构数据处理能力强，兼容30余种主流CAD数据格式，并支持深度编辑和设计迭代。此外，天工CAD与上下游软件紧密集成，提供丰富的API开发接口，实现与西门子Teamcenter等数字化系统的无缝集成。作为机械专业的学生，我们在一个学期的计算机绘图学习后，决定利用天工CAD进行一个机械臂的建模，其具体情景是一个沐浴露流水线的加工臂。

【关键词】 天工CAD 3D建模 机械臂

二、设计灵感

沐浴露作为日常生活中不可或缺的个人护理产品，其生产过程涉及到多个环节，其中流水线加工臂在生产中的作用尤为重要。沐浴露流水线加工臂是一种专为高效、精准生产设计的自动化设备，能够在生产过程中完成混合、灌装、封盖、贴标等多项操作，从而大大提高了生产效率和产品质量。

随着消费者对个人护理产品需求的不断增加，以及对产品品质和生产效率要求的提升，传统的手工生产方式已经无法满足市场需求。沐浴露流水线加工臂通过引入自动化技术，解决了劳动力短缺、生产效率低、产品一致性差等问题，为企业提供了强有力的支持。目前，全球范围内，包括中国、美国、欧洲等在内的许多国家，都已经建立了完善的沐浴露生产自动化产业链，涵盖了加工臂的生产、配件制造、数据处理分析等一系列服务和支撑体系。这些系统和平台的不断升级和完善，为沐浴露流水线加工臂的发展提供了有力保障。

作为华中农业大学机械专业的学生，我们在导论课上就已经知道自动化对于工业生产的重要性，也认识了各种自动化设备。借着这次建模大作业的机会，我们决定建立一个沐浴露流水线加工臂的模型，由此从建模的角度学习自动化，认识生产环节，向从事自动化生产研究的人员学习。

虽然无法见到真的流水线加工臂，缺乏实际印象来进行建模，但是通过在网上寻找资料和浏览图片，在细致研究过机械臂的构造、生成实景和模仿一些已有的建模教程后，我们亲手设计并制造出了一台属于自己的流水线加工臂。这一过程对我们的专业知识与建模知识都有很大的帮助与提升。

三、设计过程

（一）、前期准备

对于加工机械臂，我在网上找到了很多有关的照片和资料

了解到，一个机械臂，确切来说，一个气动机械臂，主要包括以下几个部分，分别是：气爪、气缸、连接基体、连接件、机臂、以及机座部分。

（二）、设计过程

大体的过程是对零件建模、装配和渲染。

1. 连接基体

分为固定连接基体和气缸连接基体。主要为零件建模，主要方式为拉伸，打孔，并且需要阵列处理以形成整个基体。

2.连接立柱

连接立柱建模比较简单，只需要画出截面图形以中心轴进行旋转填料即可，需要注意的是两端的倒角

3.气缸

使用画圆拉伸、除料、打孔等将气缸简化零件与推杆建模出来，推杆需要连接处需要注意

4.气爪

设计草图部分重要，需要用到机械制图中画法几何的知识，其中圆线相切处要有“相关”处理，即相切、平行等，还要有尺寸约束，否则所得零件精确性差，有瑕疵。

5.连接块、连杆等连接部分

这几个零件的建模过程主要用到了拉伸、除料、旋转等手段，其中长连杆部分在建模过程中遇到困难较多，因为在草图绘制时，长连杆涉及的长度角度约束较多，还有直线与弧线之间有很多相切与对称的关系约束，有时约束完长度会被改动，导致最后绘制出的图案与预期不符，再经过多次修正重绘后才完成绘制，并通过拉伸除料完成这部分建模。

  

6.机械臂

机械臂的建模主要用到了拉伸、打孔的处理手段，一些除料、倒圆角来增加细节，通过抽壳使零件成为壳体，以便于完成后续的装配

7.基座

主要是草图绘制出类椭圆图案，建立新平面建模外凸连接部分，随后还是拉伸、除料与打孔

8.装配

装配时要注意先将机械爪需要的零件进行简单的装配和渲染，之后将爪的连接部分装配起来，与机械臂连接，可以使用宽度配合、同轴心配合等方式使装配体完全定义，之后将两者再次装配起来；并为装配体添加背景，完成设计和建模。

   

9.背景与相关要素
为了迎合沐浴露流水线这一背景，我们在网上寻找了流水线的相关照片作为模型背景，还额外建立了支架、流水线平台和沐浴露的模型，目的是使整个作品更加真实完整。

四、学习体会

在计算机绘图课程中，我们经历了一次极为丰富的学习旅程，深入掌握了3D建模技术和相关软件——天工CAD的基本与进阶操作，深刻认识到了计算机绘图在现代工业设计和制造中的重要性。此次学习不仅使我积累了大量的专业知识，还拓宽了我的技能视野。

小时候，我们对于电脑绘图的认识只停留在电脑通常自带的“画图”软件，换言之，只是二维绘图。然而，通过计算机绘图课程的浸润，我获得了对天工CAD界面、工具栏及功能的多方面解析，并通过老师提供的现场演示与视频中的细致讲解操作，我迅速掌握了一系列高效的建模技巧和操作精髓。

在课程中，李老师主要让我们在慕课上看着视频边看边做，她在旁边提示指引作为主要授课方式。古话说“纸上得来终觉浅”，区别于线下讲解教学，我觉得这种注重实操的教学方式更为直观易操作，让我能迅速适应软件的操作环境，习得软件技能。这种鼓励实践，主张**学习的教学观点，可以看出李老师对同学们学习习惯的精确把握和长期总结出的最好的传授知识的方式。李老师在课程一开始常说“不要问为什么”，我起初不太理解，后来我才明白，所有问题都会在一遍遍细细理解后迎刃而解，重在重试，而推荐看着视频做的原因也在于此，学生有机会把错过或者未理解的地方再看一遍，而后熟能生巧。

课程伊始，老师展示了前辈们的杰出建模作品，起初我对自己能否完成如此宏大的任务持怀疑态度。然而，在数月的努力和学习后，我不仅自信地使用天工CAD设计并完成了一个机械爪模型，还深入探讨了其在实际应用中的综合需求，以及涉及的制造和装配问题。在这一过程中，我们攻克了诸多挑战，比如精确控制模型的尺寸和比例、精心设计零件间的相互作用和运动、以及进行高级纹理添加和渲染等。

尽管课程设置在每周五的下午，早上满当的课程使下午上课的精力荡然无存，但最初的不适应很快在李老师的巧妙教学下转变为期待。李老师以其创新的教学方法，不时地在枯燥的课程中注入趣味，例如提供小零食和组织建模比赛，这些都极大地激发了我们的学习热情，让我们在享受创造乐趣的同时，更加深刻地体会到3D建模的艺术与技术双重魅力。

我深深感激李老师不仅传授了软件操作的技艺，更通过丰富的实践案例和锻炼，让我们洞悉了计算机绘图在现代工业设计和制造中的应用，并培养了我们的团队合作精神和创新能力。李老师会邀请过去毕业的优秀学长们回来为我们做宣讲，目的是为我们未来可能走上的道路提供对应的经验与指引，李老师常常热心劝导各位同学积极参加各种比赛，希望我们早点明白“大学是靠自己的”这一道理，鼓励我们走出舒适圈，大胆拼搏。李老师的良苦用心十分的打动我，也教会了我在面对困难时要勇往直前，不断求索，将所学知识与实际问题紧密结合，真正实现知识的应用。在此，我再次表达对李老师的深深感激，愿老师事业顺利，学术成就斐然！