随着社会的进步和人们生活水平的提高，追求细致已经成为一种时尚。人们对消费品的要求不仅满足于基本功能的完成，而且更加注重美观。随着家用电器功能的不断完善和完善，对外观造型的要求越来越高。大多数以复杂方式自由变化的曲线曲面称为自由曲线曲面组合。但这种形状不能简单地用画法几何和机械制图来表达。这给家电产品的设计和制造带来了挑战。随着计算机技术和计算机图形学的不断发展，为人们提供了强大的工具。三维CAD/CAM/CAE集成软件广泛应用于制造业。然而，要快速、高质量地完成家电产品的造型设计，必须根据家电产品的特点总结出一套造型方法和技巧。这样可以大大缩短设计周期，提高设计效率，满足客户对产品的各种特殊需求。

一、掌握三维CAD建模原理，充分理解应用软件中的建模方法

CAD中的三维模型有线框图、曲面和实体三种。在早期的CAD系统中，这三种造型往往是分开处理的。然而，目前先进的三维软件UGII、Pro/E、Euclid将三者有机地结合在一起，形成一个整体，在建立产品几何模型时采用了线、面、体三种设计方法[1]。其所有的几何建模都有一个通用的数据库，建模方法可以相互替换，无需数据交换。在产品建模过程中，首先要充分了解应用软件中的各种建模方法，总结建模方法的特点、相关参数和应用技巧，减少建模的盲目性，才能快速有效地获得满意的结果。

线框建模生成、修改和处理二维和三维线框几何图形。它可以生成点、线、圆、二次曲线、样条曲线等，并对这些基本线框元素进行修剪、延伸、分段和连接，生成更复杂的曲线。线框造型的另一种方法是对三维曲面进行处理，即利用曲面的交集、曲面的等参线、曲面的边界线、曲面上的曲线、曲面在一定方向上的投影分型线等方法生成复杂的曲线。事实上，线框函数是进一步构造曲面和实体模型的基本工具。在复杂产品设计中，基本轮廓线通常是由线来绘制的，即所谓的“控制线”，然后逐步细化，在此基础上建立曲面和实体模型。

曲面建模有两种方法，一种是从曲线构造曲面，另一种是从曲面导出曲面。

1） 旋转曲面：由围绕轴旋转角度的轮廓曲线生成的曲面。

2） 线性拉伸曲面：通过沿矢量方向拉伸一段距离的曲线获得的曲面。

3） 直纹面：两条曲线之间，参数值相同的点用直线段连接。

4） 扫掠曲面：曲线沿一个、两个或三个方向运动变化而生成的曲面。根据各曲线与脊柱曲线的运动关系，扫描面可分为平行扫描面、法向扫描面和径向扫描面。

5） 网格曲面：由一系列曲线组成的曲面。根据构造曲面的曲线分布，将网格曲面分为单向网格曲面和双向网格曲面。单向网格曲面由一组平行或近似平行的曲线组成，而双向网格曲面由一组横向曲线和与之相交的另一组纵向曲线组成。

6） 拟合面：由一系列有序点拟合的面。

7） 平面轮廓：由闭合的平面曲线组成的表面。

8） 二次曲面：椭圆q-抛物面、双曲面等。

1） 等半径圆角曲面：圆弧段与两原始曲面相切并沿其相交线方向移动一定半径而生成的圆弧过渡曲面。

2） 变半径圆角曲面：由圆弧段生成的圆弧过渡曲面，其半径值按一定规律变化，与两原始曲面相切，并沿其相交方向移动。

3） 等厚偏移曲面：由原始曲面的均匀厚度值偏移的曲面。

4） 变厚度偏置曲面：在原始曲面的拐角处沿曲面的法向量方向偏置给定值而得到的曲面。

5） 过渡曲面（过渡曲面）：在两个（或多个）分离曲面的指定边界线上，生成一个中间曲面，该中间曲面以指定边界作为生成曲面的边界线，并与选定区域周围的原始曲面平滑连接。

6） 延伸曲面：在曲面的指定边界线上，根据曲面的原始趋势（或给定的矢量方向），按给定的条件延伸曲面生成曲面。

7） 修剪表面：通过移除原始表面的一部分而产生的表面。

8） 拓扑连接曲面：拓扑添加两个具有公共边界线的曲面后的曲面。

1） 挤出体：通过沿矢量方向挤出一段距离的闭合曲线而获得的实体，包括立方体。

2） 旋转体：由围绕轴旋转一定角度的封闭曲线生成的实体。包括圆柱体、圆锥体、球体等。

3） 扫描体：由一条或多条闭合的截面曲线按一定规则沿轨道运动而形成的固体。

4） 等厚线：从原始表面偏移给定厚度值而形成的实体。

5） 缝：由一组封闭表面缝成的固体。

6） 倒圆：在实体的边上，生成与边的两个相邻表面相切的弧形过渡体。

7） 倒角体：在实体边缘生成具有给定角度和长度的倒角体。

（3） 拓扑操作用于合并、相交和减去体素，并使用曲面片修剪体素以生成新实体。

2、分析产品，确定产品结构的主要特征和合理的建模顺序

一些家用电器在造型上显得相当复杂，感到无助。但只要能合理分解产品，就可以确定产品结构的主要特征，确定产品的基本特征（如配合面、保证产品外形的特征）和结构特征（如表面、凸台、空腔、倒圆、倒角等的过渡，等）可以区分。首先，从基本特征出发，保证焦点，产生合理的造型“矩阵”或“空白”。完成坯料的细节，如过渡面、局部凸台、空腔、孔、肋等。这样，优先级就很清楚了，这个问题可以先解决，然后再解决。

在建模过程中，根据产品的主体结构建立特征曲线，通过拉伸、旋转等方法建立合理的“毛坯”，然后采用布尔“并、交、差”运算对实体进行合并、挖掘和相交。同时，利用贴片体作为“刀具”，对“空白”实体进行切割和去除，得到实体的外观和形状。这也是家电产品造型中常用的造型方法。关键是如何为贴片构建一个高质量的“刀具”，这将在曲面造型技术一节中提到。应指出，用于修剪和分割实体的“刀具”的边缘应超过“空白”切割部分的边缘。此时，原片可沿切割方向延伸，延伸片与原片缝合后形成的较大片可再次用作“工具”或较大片的“工具”。图1显示了一个手机充电器盖。在对产品结构分析的基础上，根据外轮廓线进行图2所示的粗加工，然后进行表面S1去除粗加工。在此基础上，挖长凸台B1、空腔P1、P2，制作长两定位钉B2，后制作成圆角特征S2。图1充电器盖图2草图

家用电器的外观和外形大多由自由曲线和曲面组成，它们的共同点是保证表面的光滑。表面平滑度可以直观地理解为保证表面光滑圆润，不会造成视觉上的凹凸感。理论上，它具有二阶几何连续性、无奇异点和多余拐点、曲率变化小、应变能小等特点。为了保证所构造的曲面是光滑的，能够满足一定的精度要求，需要掌握一定的曲面造型技巧。

用单一的表面来描述复杂形状的家用电器是不切实际和不可行的，因此构造的表面往往不光滑，导致大变形。在这种情况下，根据应用软件的曲面造型方法，结合产品的形状，将其划分为若干区域，构造若干曲面，然后进行缝合，或与过渡曲面连接。在当今的三维CAD系统中，几乎所有的曲面都是在四边形域上定义的。因此，在区域划分时，应尽量在四边形域中定义每个子域，即每个子面片有四条边。当一个边退化为一个点时，就形成了三角形区域，因此构造的曲面在该点不会产生大的变形。

曲面的质量与生成曲面的曲线（即控制线）密切相关。因此，为了保证表面光滑，必须有光滑的控制线。曲线的质量主要考虑以下几点：满足精度要求；主曲率方向应尽可能一致；曲线曲率应大于圆角过渡半径值。在建立曲线时，采用投影、插值、光顺等方法生成样条曲线，然后通过显示其“曲率梳”来调整曲线段函数的个数、迭代次数、曲线段个数、起止条件、样条刚度参数值等来交互修改曲线以达到其平滑效果。线束或其他方法生成的曲面有时波动较大，这往往是由于u、V参数分布不均匀或线段数目不均匀造成的。在这种情况下，可以调整这些空间曲线的参数一致性，或在曲线上生成足够数量的点（取决于形状和精度），然后通过这些点重新拟合曲线。

为了实现面片之间的平滑连接，首先要保证连接面片之间有一条公共边。更重要的是，要保证补片的控制线连接顺畅，这是保证补片连接顺畅的必要条件。此时，可以更改控制线的起点和终点约束，使其曲率或切线向量在接触点处保持一致。

我们看到的曲面轮廓经常被修剪。如果直接用这些等高线来构造曲面，往往很难保证曲面的光滑性。因此，在建模时，可以采用延拓、投影等方法将三维轮廓线还原为原始的二维轮廓线，去除细节，然后构造“原始”曲面，再利用该曲面通过修边的方法得到曲面轮廓。

产品三维建模的终目的是制造业。家用电器的大部分零件是用模具生产的。因此，在三维造型中，有必要从模具的角度来考虑。确定产品出模方向后，要检查表面是否能出模，是否有反扣现象（即模具角度为负）。如果出现反扣现象，应修改表面控制线，以重建表面。这一点常常被忽视，但它非常重要。

在构造曲面时，应随时检查曲面的状况，并注意检查曲面是否光滑、变形、曲率变化等，以便及时进行修改。通过检测表面平滑度的方法，可以对所构建的表面进行渲染，即通过透视、透明、多光源的方式，生成逼真度和观察度都很高的高清晰彩***像，然后根据被处理表面的亮度分布规律来判断表面的平滑度形象。如果图像的亮度变化均匀，则曲面的平滑度良好。如果某一区域的图像亮度与其他区域相比变化较大，则该区域的表面平滑度较差。此外，它还可以在曲面上显示等高斯曲率线，然后显示高斯曲率的彩色光栅图像。从等高斯曲率线的形状和分布，彩色光栅图像的明暗区域和变化，可以直观地了解曲面的平滑度[2]。

家电产品CAD三维造型是整个产品设计过程的重要组成部分。充分利用现代先进的CAD技术，不仅有助于设计者完成设计理念，降低劳动强度，提快捷率和精度，提高视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、数控加工打下基础。等。为了完成高质量家电产品的造型，通常是经过多次反复、综合运用各方面知识和经验，并掌握一定的造型方法和技巧。在实际操作中，要不断发现问题，总结经验，在实践中加以改进。