1、咖啡杯设计报告西安理工大学实验报告课程：机械CAD/CAM技术操作应用设计题目：PROE咖啡杯设计指导老师：专业：机械设计制造及其自动化班级：2010 级（一）班组长：一、 实验目的 1二、 咖啡杯的市场背景 1三、 实验平台 3四、 实验思想 3五、 实验原理 6六、 实验步骤 12七、 实验结果 20八、 实验改进 23九、 实验推广 23十、 实验总结 24十一、 实验心得 25试验题目 应用PRO软件设计咖啡杯二、 咖啡杯的市场背景 现代社会中，人们越来越注重对于文化生活的追求，咖啡是西 方文化元素的精粹之一， 已经成为现代生活中不可或缺的一部分， 随 着世界各国不断深入交流以来中国饮
2、用咖啡的人也日益增多。 而咖啡 杯则为咖啡文化的重要组成部分，且渐渐的成为了人们体现生活情 趣，文化修养的具体表现之一。咖啡杯在市场中具有一定的的必要性和缺少性 , 在如此多元化的 社会, 人们不再盲目地追潮流、赶时髦，而是开始讲求时尚、品味， 根据自己参加社会活动的具体场合、时间以及自己的身份、气质、个 人爱好和经济承受能力等方面选择适合于自己的商品， 追求消费的个 性化。力求避免消费大同，消费需求进入了个性化需求时代 , 这就意 味着它对咖啡杯生产企业的产品提出了新的要求。 市场上的有创意的 咖啡杯目前还不够充分， 而且有些创意茶具只能作为欣赏， 收藏来用， 而不能更好的达到设计的目的，
3、以及在生活中的使用性， 所以创意杯 具面对这一个非常大的问题： 怎么样才能更好的将创意和实用结合在 一起，从而最大限度的发挥其最大作用， 来为人们的生活更好的服务。 人们选择咖啡杯具，除了注重器具的质地之外，还注意外观的颜色。 只有将茶具的功能、质地、 色泽外形三者统一协调，才能选配出完美 的杯具。在产品设计的过程中， 当产品的使用功能得到满足后， 产品外在 形态的美就会自动出现。因为人类的审美自产生以来就具有功利性， 功能与形式有内在的统一性。 一件产品在具有创新功能的同时也会出 现令人耳目一新的形式美， 这样的产品就会具有明确的识别性。 在设 计时，如果能在不影响其基本使用功能的基础上赋予
4、它另外一种相对 明确的新功能， 那么它就会在形态上与传统的杯具有很大区别， 就有 产生新的审美效果的可能， 并增加使用的趣味性。 这样的茶具设计一 方面能够在一定程度上满足使用者在使用时的心理需求、审美需求， 另一方面也能增加使用时的趣味性。对于咖啡杯的设计 , 这是一个空 间同时更是一个挑战。三、 实验平台软件 : 1 、联想 32 位 win7 系统2、PRO/ENGINEER 4.0系统硬件：Pentium(R) Dual-Core CPU T4400 2.20 GHz 2.20 GHz安装内存 (RAM): 4GB四、 实验思想优质咖啡杯是实用功能与审美功能相结合的产品， 实用功能是咖
5、 啡杯的基础，审美功能则是咖啡杯的灵魂 , 其审美是通过制品优美的 造型、精湛的工艺、 悦目的花面装饰及杯体本身的质地美所带给人们 的精神愉悦来实现的。 任何物体都要有一个外在的形态来展示， 咖啡 杯也不例外。 造型是我们注视某一物体时首先关注的， 其次再是它的-3-装饰带给我们的感觉。 因此要研究咖啡杯设计， 就先从咖啡杯的造型 设计谈起。要想获得比较理想的造型，只借助于想象力是不够的，我 们可以通过直接感受自然形体、几何形体，以及各种形态构成要素， 然后用不同的方法去形成和构成新的形态。 比如对经典的杯具造型进 行模拟变形与简化、 对各种造型进行演绎拓展与取舍、 造型形体的方 位改换与变通
6、、咖啡杯构件的精彩处理等等， 用这些方法获得的形态， 只是造型的雏形， 还需要进一步根据工艺材料的特点， 工艺制作技术， 做相应的整合处理， 使形态的整体关系更符合咖啡杯的造型特点， 把 造型、装饰、实用、工艺及材料本身的质地完美地结合起来，以达到 审美品位的提高，使人们能够获得更多的美的享受。生活缔造设计，设计影响生活，也即设计的灵感来自自然生活， 设计的宗旨在于服务生活。 因此在设计方面我们有造型分类和材质分 类，两者需要巧妙结合使用要求才能设计出具有实用价值兼审美价值 的咖啡杯来。一、造型类型1、仿生形：做工精巧、结构严谨，仿照动植物形体设计，栩栩如生， 富有质朴、亲切之感2、几何形：造
7、型简朴无华，便面光滑，富有光泽，简约大方。3、艺术形：造型多变，集书画、诗文、雕刻于一体，富有艺术享受。4、特种形：此类咖啡杯专为特殊咖啡的冲饮和特殊饮用方法而设计。二、材质分类：1、 陶土咖啡杯：造型古朴、色泽典雅、光洁无瑕。 质感浑厚，适 合深度烘焙且口感浓郁的咖啡。2、 瓷器咖啡杯：古朴雅致，质地轻盈、圆润，色泽柔和，密度高, 保温性好，能恰好的诠释咖啡的细致香醇。3、 玻璃咖啡杯：质地透明，咖啡浓郁的色泽可一览无余，富有动态的艺术欣赏。4、 金属咖啡杯：密封性能好，有较好的防潮防氧化防光防异味的 效果，且耐用防撞。5、 竹木咖啡杯：风格古典，物美价廉，经济实惠。6、 搪瓷咖啡杯：经久耐
8、用，携带方便，实用性强。三、使用性能要求1、 第一、易于洗涤和保持洁净。釉面光亮，细腻。第二、热稳定性好，传热慢，具有经受一定温差的急热骤冷变化 时不易炸裂的性能。第三、化学性能稳定，经久耐用。具有一定的耐酸、碱、盐及大气中 碳酸气的侵蚀能力，不易与这些物质发生化学反应，不会生锈，老化。第四、气孔极少，吸水率很低。用日用瓷器储存食物，严密封口后， 能防止食物中水分挥发、渗透及外界细菌的侵害。 第五、色泽协调，有一定的观赏性。2、 咖啡杯的尺寸小型咖啡杯(60ml80ml)适合用来品尝纯正的优质咖啡，-5或者浓烈的单品咖啡，虽然几乎一口就能饮尽，但徘徊不去的香 醇余味，最显咖啡的精致风味。正规咖
9、啡杯（120ml140ml）常见的咖啡杯，一般喝咖啡 时多选择这样的杯子，有足够的空间，可以自行调配，添加奶末 和糖如马克杯或法式欧蕾专用牛奶咖啡杯 （300ml以上）一一适合加 了大量牛奶的咖啡，像美式摩卡多用马克杯，才足以包容它香甜 多样的口感。而浪漫的法国人，则惯常用一大碗牛奶咖啡（欧蕾 咖啡），渲染持续一整个早上的雀跃心情。本次实验旨在设计一个主体呈圆柱形，在人走路时尽量不泼溅咖啡 的无盖咖啡杯，且要求其容量尽可能的大。五、实验原理1数字化设计概述三维数字化设计现在在国际上被广泛使用，对于新产品设 计开发与制造有不可替代的优势，也是目前我国制造业发展的 趋势。三维数字化设计一般指新产品
10、的开发全过程采用三维数 字化一体的设计：包括设计、检验、制造、管理等，整个过程 是在计算机上设计完成并进行样机功能检验的，完成后的数字 化产品与实际产品完全一致，还具有方便企业管理、设计变更、 生产制造等优点，是现代企业产品开发的高效且经济的方法， 比传统的样机制作的设计检验更加经济、高效。三维数字化设计产品广泛可分为工业工程与数字表现类。数字表现类产品的三维数字化设计内容可分为创意设计、数字建模、设计表现、动画设计、交互设计：工业工程类产品三维数字化设计内容可分 为工业工程设计、模具设计、制造与仿真。2 Pro/E 软件介绍Pro/E ngi neer 操作软件是美国参数技术公司（PTC旗下
11、的CAD/CAM/CA一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领 域中占有着重要地位， Pro/Engineer 作为当今世界机械CAD/CAE/CA领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主 流的CAD/CAM/CA软件之一，特别是在国内产品设计领域占据 重要位置。3Pro/E 模块Pro/E 系统软件包括有操作基础、操作界面、草图绘制、基 准特征应用与操作、零件设计、曲面设计和零件装配等内容。1 ）Pro/E的最主要特征及其基本操作， Pro/ENGINEER的工作界面， Pro/E 的参数式剖面设计方法。包括：用剖面绘制
12、 命令绘制几何元素 ; 标注和修改尺寸；使用约束命令；删除几 何元素和约束；用几何工具对几何元素进行处理。2 ）Pro/E实体建模。包括有 Extrude （挤塑）；Revolve（旋转）；Sweep （扫描）；Blend （混成）；Hole （孔）特征。包括：Round（倒圆角）与Chamfer（倒角）；Cut （切削）与Protrusion（隆起）;Rib （加强肋）与Shell（抽壳）;Pipe（管道）等特征操作。3） Pro/E 的基本曲面特征。包括曲面特征的基本概念：基本曲面的 设计：隆起曲面、旋转曲面、扫描曲面、混成曲面。 基本曲面的操 作：Merge（曲面的合成）、Trim（曲面
13、的修剪）、Extend（曲面的延伸）、 Transform（ 曲面的转变 ）。4实验方案根据实验要求作如下方案设计： 流体力学方面分析： 啡发在桌子上静止不动，表面是水平面，此时咖啡受到竖直向下的重力G=G不子+G咖啡。当人端着咖啡由静止开始走动 时产生了一个向前的加速度a，这个加速度使得杯中咖啡有 一个相反的、向后的惯性力f。向后的惯性力与向下的重力 合成一个指向后下方的合力F。该合力与此时倾斜了的咖啡 表面垂直。加速度越大，倾斜的角度a越大；加速度为零时， 咖啡液面将回到水平状态， 但由于惯性咖啡液面将向另一侧 抬高。受力分析如图 1：根据图示有如下关系:a =tan-1 （2h/D） h
14、为液面距杯口高度，一般为1cm-2cma =tan-1 （ f/G）得：2h/D=f/G; D=2Ghf 即 D=2gh/ag=9.8m/ s2 普通人的步行加速度在1.5m/ s2 -2.5m/ s2故，取 h=1cm a=2.5m/s2得： D=7.84cm5振动分析：初时刻液体处于静止状态，贮腔受水平方向的谐强迫激励（沿 0X轴方向）容器侧壁面受到X方向作用力来反映容器内液体的晃动状态容器侧壁面受力幅值变化如图2。F图2.容器侧壁沿X方向受力的时间历程在0-2.5S，容器侧壁面受力幅值逐渐增大，且出现较大峰值在2.5-4.5S，容器侧壁面受力幅值逐渐减小。在4.5-10S，受力又呈增大趋
15、势。在20s之前受力幅值变化较大，20s后手里趋于稳定。如图2.造成这种晃动的主要原因是：容器内液体由一种状态（静止）突然进入到另一种状态（单一 频率、单一振幅的周期性激励）。在外界非线性激励作用下容器 内液体的晃动的幅值没有被无限放大，这主要是液体內部阻尼 的能量与系统的能量（包括外界激励产生的能量）达到平衡。器壁面自由液面位置变化如图3K=1时，表示容器装满液体。K与容器内液体晃动频率的关系，如图 4.图4. K与容器内液体晃动频率的关系综上所述，容器中液体前后的晃动具有某种固有频率，这是由容器的大小决定的。当人端着杯子行走时，行走的频率与杯子 固有频率接近时形成共振，这样杯中液体晃动就增
16、强。物体频 率与其硬度、质量、外形尺寸等有关。其计算公式：其中，m=1 2、n=1、2；H为液面高度；p为液体密度; R为杯子的半径；为表面张力；g为重力加速度。得: 2.5cmR6.7cm ；5.7cmH8.9cm六、实验步骤(1)运行Proe,在上工具箱中单击新建按钮，在类型中选取 零件选项，在子类型中选取 实体选项，输入零件名称“ cup”。新建零件(Cup)(2)取消选中使用缺省模板选项，单击确定。系统打开新文件选项对话框，选取其中的 mms_part_solid选项，单击确定文件选项图(3)在右工具箱中单击贰 按钮，选择FRONT乍为草绘平面， 继续单击S3按钮，绘制旋转面 图i ,
17、接受图标上的缺省参数，创建 旋转实体图2.新建旋转平面（图1） 旋转实体图（图2）（4）单击壳工具回I按钮打开壳体设计图标，在参照中激活移除的曲面，在非缺省厚度，为其指定非缺省厚度值“ 3.0”，如图3。实体抽壳图（图3）（5）在图标版输入壳体缺省厚度“ 3.0”，完成一上操作，形成壳体特征如图4.抽壳效果图（图4）（6）单击倒圆角工具栏，在杯口初设置倒圆角，圆角半径为“ 1”,如图5.I计令按住CTRL電理边/満底廣口或逋过匪一戒一？曲耳到建新焦*倒圆角半径选项 |列 I杯口倒角图（图5）（7）在菜单栏中选择“插入-扫描-伸出项”，在弹出来的菜单管理器中选择“草绘轨迹”，点击FR0NT:F3
18、（基准平面），选择“方向-正向，草绘视图-缺省”，如图6.体素扫描选项选取参照缺省参照图（图6）（7）然后在菜单栏中选择“草绘t参照”，选取杯柄连接侧的轮廓线作为基准项目，并用样条曲线画出咖啡杯手柄的轮廓（此操作需要栏的对号，“合并终点-完成”，如图7.杯柄轮廓线图(图7)合并终点选项(9)在手柄轮廓线与参照线接触点处作一适当大小的椭圆，然后 单击“伸出项：扫描”栏中的“预览”，则咖啡杯大概轮廓已完成 如图8 :叵0 O 0 O(_o|-选取椭圆实体轮廓图(图8)(10)然后选择菜单栏中的“视图 颜色和外观”，在弹出的“外 观编辑器”中选择“ ptc-ceramic ”材质并应用，经“视图实时
19、渲 染”后得到图9.外观编辑选项实时渲染效果图（图9）七、实验结果咖啡杯主要参数：杯高:90.00mm杯口半径：38.00mm杯底半径：30.00mm杯壁壁厚：3.00mm杯口圆角半径：1.00mm以下是不同材质咖啡杯的设计情况ptc-glassptc-metallic-alumi niumptc-st on e-marble-purpleptc-metallic-brushed-steelptc-wood-elm八、实验改进（1）首先我们需要大量的调查来确定哪种形状的杯子拿起来舒 适，并且视觉效果比较惬意，以及不同的材质对温度的敏感程度，用 湿手和干手拿杯子时，哪一种杯子不易滑落。其次，我们
20、需要调查了 解杯子采用哪种名称、图案、颜色会给人带来与众不同的感官冲击和 视觉体验，以及对顾客心理上良好作用。（2） 其次，我们需要进一步建立起杯子更科学的外轮廓曲线， 通过数学建模、有限元分析等有效手段力求最大程度的防止咖啡泼 溅。（3） 此外，需要对不同浓度（粘度）的咖啡在不同温度环境下 质条件要求。针对不同的温度环境下制定出不同材质做出咖啡液面的动态变化过程（4）最后，我觉得我们应该更深入的观察和研究人们正常行走 时的频率、加速度、速度等参数，以及针对不同年龄阶段设计出不同 的杯子， 其次要建立起当人们行走时咖啡的运动参数， 通过综合各方 面的主要影响因素， 能够对杯子做出更科学、 更合
21、理、更实用的设计。九、 实验推广随着经济的高速发展，人们的生活品质也在不断的提高，杯具 的使用也来越普遍， 越来越多的人已经不再局限于杯具的材料， 而更 多的是关注杯具的质地外观，实用性和观赏性。好马配好鞍，好的咖 啡好的水，同样也需要好的咖啡杯具。对许多人来 说，咖啡杯具不仅仅是一种器皿，更是生活中一个美丽的衔接。作为 喝咖啡用的专用工具， 其经历了许多发展和变化。 它不仅只是生活中 的一种日用品，加上创意的设计，可以让其变成很好的装饰品，大大 增加了生活的情趣！陶瓷材料制成的咖啡杯， 便于清洗， 可以很好的保持杯体干净整 洁，为达到赏心悦目的效果， 我们还可以将杯子外部由漂亮的合成呢 绒线
22、包裹，并且可以起到防滑、隔热、装饰的效果。十、 实验总结首先，这次的设计让我们对设计有了一定的接触和认识，让我们 由原来的什么也不知道、 对设计的程序一无所知到现在的对设计流程 的认知和熟悉。在做设计时，我们不仅要对产品整体有大概的认识， 还要特备熟悉下一层级的内容， 才能做出符合产品要求的设计。 而且在设计时还需要采取不同的思维方式和方法将要设计的产品做好初 步定位，做心理上有一个大致的设计方向， 然后通过市场调研分析消 费者的心理需求，在此基础上确定要设计的产品。然后绘制草图，建 立模型。同时这也是一个团队的合作，在设计过程中，我们不能摆脱 团队而依个人的意愿去进行，必须把团队合作放在第一
23、位。 其次，可能是第一次做设计的原因吧，我们感觉在整个设计过程中， 有许许多多的不足， 比如在开始时不知道从何处下手， 在调研过程中 考虑不够周详，在后期的制作中许多想法无法不能够很好的总结和表现出来，即设计的产品太过理想化，同时由于 自身的原因很多效果不能达到， 比如说对建模软件不不熟悉而不能做 出一定的效果，对模型材料的不了解做不出自己想要的模型造型和要 求。总之，通过这次设计实验，我们从一个什么也不懂的初涉者到对 设计的具体流程有了一定的了解，在学习的同时对产品构思、调研、 设计，到最后的模型制作， 一步一步的垒叠完成最后的设计。这既是 一次实践又是一次学习，这其中让我们的设计能力有了很大的提升， 同时也发现了很多不足之处。我们将会继续努力，弥补不足。在此特 别感谢指导老师的悉心指导和大力支持。十一、实验心得通过这次做实验的过程，我更深入的了解了这个软件，也使我更 认真的学习了这门课程，并且了解到 PRO敢件用途很大，尤其是对 于机械专业。我深知短暂的学习还不够，自己还得花时间去练习，同 别人交流。这次做实验的经验也使我明白， 无论做什么事都要有耐心， 有一种钻研的精神， 虽然实验做的不是很好， 但是这都是自己努力的 结果，也是一种学习的过程。 我从中也对这么课程产生了浓厚的兴趣， 也希望在以后的学习中可以更深入的掌握这一科目。
