最新咖啡杯設(shè)計報告

1、 西安理工大學(xué) 實 驗 報 告課 程： 機(jī)械CAD/CAM技術(shù)操作應(yīng)用 設(shè)計題目: PROE 咖啡杯設(shè)計 指導(dǎo)老師： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 2010級 (一) 班 組 長： 目 錄一、 實驗?zāi)康?二、 咖啡杯的市場背景1三、 實驗平臺3四、 實驗思想3五、 實驗原理6六、 實驗步驟12七、 實驗結(jié)果20八、 實驗改進(jìn)23九、 實驗推廣23十、 實驗總結(jié)24十一、 實驗心得25 -1-一、 試驗題目應(yīng)用PROE軟件設(shè)計咖啡杯二、 咖啡杯的市場背景 現(xiàn)代社會中，人們越來越注重對于文化生活的追求，咖啡是西方文化元素的精粹之一，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分，隨著世界各國不斷

2、深入交流以來中國飲用咖啡的人也日益增多。而咖啡杯則為咖啡文化的重要組成部分，且漸漸的成為了人們體現(xiàn)生活情趣，文化修養(yǎng)的具體表現(xiàn)之一?？Х缺谑袌鲋芯哂幸欢ǖ牡谋匾院腿鄙傩?在如此多元化的社會,人們不再盲目地追潮流、趕時髦，而是開始講求時尚、品味，根據(jù)自己參加社會活動的具體場合、時間以及自己的身份、氣質(zhì)、個人愛好和經(jīng)濟(jì)承受能力等方面選擇適合于自己的商品，追求消費(fèi)的個性化。力求避免消費(fèi)大同，消費(fèi)需求進(jìn)入了個性化需求時代,這就意味著它對咖啡杯生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品提出了新的要求。市場上的有創(chuàng)意的咖啡杯目前還不夠充分，而且有些創(chuàng)意茶具只能作為欣賞，收藏來用，而不能更好的達(dá)到設(shè)計的目的，以及在生活中的使用性，

3、所以創(chuàng)意杯具面對這一個非常大的問題：怎么樣才能更好的將創(chuàng)意和實用結(jié)合在一起，從而最大限度的發(fā)揮其最大作用，來為人們的生活更好的服務(wù)。人們選擇咖啡杯具，除了注重器具的質(zhì)地之外，還注意外觀的顏色。只有將茶具的功能、質(zhì)地、色澤外形三者統(tǒng)一協(xié)調(diào)，才能選配出完美的杯具。-2- 在產(chǎn)品設(shè)計的過程中，當(dāng)產(chǎn)品的使用功能得到滿足后，產(chǎn)品外在形態(tài)的美就會自動出現(xiàn)。因為人類的審美自產(chǎn)生以來就具有功利性，功能與形式有內(nèi)在的統(tǒng)一性。一件產(chǎn)品在具有創(chuàng)新功能的同時也會出現(xiàn)令人耳目一新的形式美，這樣的產(chǎn)品就會具有明確的識別性。在設(shè)計時，如果能在不影響其基本使用功能的基礎(chǔ)上賦予它另外一種相對明確的新功能，那么它就會在形態(tài)上與傳

4、統(tǒng)的杯具有很大區(qū)別，就有產(chǎn)生新的審美效果的可能，并增加使用的趣味性。這樣的茶具設(shè)計一方面能夠在一定程度上滿足使用者在使用時的心理需求、審美需求，另一方面也能增加使用時的趣味性。對于咖啡杯的設(shè)計,這是一個空間同時更是一個挑戰(zhàn)。三、 實驗平臺 軟件 : 1、聯(lián)想32位win7系統(tǒng) 2、PRO/ENGINEER 4.0系統(tǒng)硬件：Pentium(R) Dual-Core CPU T4400 2.20 GHz 2.20 GHz安裝內(nèi)存(RAM): 4GB四、 實驗思想優(yōu)質(zhì)咖啡杯是實用功能與審美功能相結(jié)合的產(chǎn)品，實用功能是咖啡杯的基礎(chǔ)，審美功能則是咖啡杯的靈魂,其審美是通過制品優(yōu)美的造型、精湛的工藝、悅目

5、的花面裝飾及杯體本身的質(zhì)地美所帶給人們的精神愉悅來實現(xiàn)的。任何物體都要有一個外在的形態(tài)來展示，咖啡杯也不例外。造型是我們注視某一物體時首先關(guān)注的，其次再是它的-3-裝飾帶給我們的感覺。因此要研究咖啡杯設(shè)計，就先從咖啡杯的造型設(shè)計談起。要想獲得比較理想的造型，只借助于想象力是不夠的，我們可以通過直接感受自然形體、幾何形體，以及各種形態(tài)構(gòu)成要素，然后用不同的方法去形成和構(gòu)成新的形態(tài)。比如對經(jīng)典的杯具造型進(jìn)行模擬變形與簡化、對各種造型進(jìn)行演繹拓展與取舍、造型形體的方位改換與變通、咖啡杯構(gòu)件的精彩處理等等，用這些方法獲得的形態(tài)，只是造型的雛形，還需要進(jìn)一步根據(jù)工藝材料的特點(diǎn)，工藝制作技術(shù)，做相應(yīng)的整合

6、處理，使形態(tài)的整體關(guān)系更符合咖啡杯的造型特點(diǎn)，把造型、裝飾、實用、工藝及材料本身的質(zhì)地完美地結(jié)合起來，以達(dá)到審美品位的提高，使人們能夠獲得更多的美的享受。 生活締造設(shè)計，設(shè)計影響生活，也即設(shè)計的靈感來自自然生活，設(shè)計的宗旨在于服務(wù)生活。因此在設(shè)計方面我們有造型分類和材質(zhì)分類，兩者需要巧妙結(jié)合使用要求才能設(shè)計出具有實用價值兼審美價值的咖啡杯來。一、造型類型1、仿生形：做工精巧、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，仿照動植物形體設(shè)計，栩栩如生，富有質(zhì)樸、親切之感2、幾何形：造型簡樸無華，便面光滑，富有光澤，簡約大方。3、藝術(shù)形：造型多變，集書畫、詩文、雕刻于一體，富有藝術(shù)享受。4、特種形：此類咖啡杯專為特殊咖啡的沖飲和特殊

7、飲用方法而設(shè)計。二、材質(zhì)分類： -4-1、 陶土咖啡杯：造型古樸、色澤典雅、光潔無瑕。質(zhì)感渾厚，適合深度烘焙且口感濃郁的咖啡。2、 瓷器咖啡杯：古樸雅致，質(zhì)地輕盈、圓潤，色澤柔和，密度高，保溫性好，能恰好的詮釋咖啡的細(xì)致香醇。3、 玻璃咖啡杯：質(zhì)地透明，咖啡濃郁的色澤可一覽無余，富有動態(tài)的藝術(shù)欣賞。4、 金屬咖啡杯：密封性能好，有較好的防潮防氧化防光防異味的效果，且耐用防撞。5、 竹木咖啡杯：風(fēng)格古典，物美價廉，經(jīng)濟(jì)實惠。6、 搪瓷咖啡杯：經(jīng)久耐用，攜帶方便，實用性強(qiáng)。三、使用性能要求1、第一、易于洗滌和保持潔凈。釉面光亮，細(xì)膩。 第二、熱穩(wěn)定性好，傳熱慢，具有經(jīng)受一定溫差的急熱驟冷變化時不易

8、炸裂的性能。第三、化學(xué)性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用。具有一定的耐酸、堿、鹽及大氣中碳酸氣的侵蝕能力，不易與這些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會生銹，老化。第四、 氣孔極少，吸水率很低。用日用瓷器儲存食物，嚴(yán)密封口后，能防止食物中水分揮發(fā)、滲透及外界細(xì)菌的侵害。第五、色澤協(xié)調(diào)，有一定的觀賞性。2、咖啡杯的尺寸 小型咖啡杯（60ml80ml）適合用來品嘗純正的優(yōu)質(zhì)咖啡， -5- 或者濃烈的單品咖啡，雖然幾乎一口就能飲盡，但徘徊不去的香醇余味，最顯咖啡的精致風(fēng)味。 正規(guī)咖啡杯（120ml140ml）常見的咖啡杯，一般喝咖啡時多選擇這樣的杯子，有足夠的空間，可以自行調(diào)配，添加奶末和糖如馬克杯或法式歐蕾專用牛奶咖啡杯（30

9、0ml以上）適合加了大量牛奶的咖啡，像美式摩卡多用馬克杯，才足以包容它香甜多樣的口感。而浪漫的法國人，則慣常用一大碗牛奶咖啡（歐蕾咖啡），渲染持續(xù)一整個早上的雀躍心情。 本次實驗旨在設(shè)計一個主體呈圓柱形，在人走路時盡量不潑濺咖啡的無蓋咖啡杯，且要求其容量盡可能的大。五、 實驗原理1 數(shù)字化設(shè)計概述 三維數(shù)字化設(shè)計現(xiàn)在在國際上被廣泛使用，對于新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)與制造有不可替代的優(yōu)勢，也是目前我國制造業(yè)發(fā)展的趨勢。三維數(shù)字化設(shè)計一般指新產(chǎn)品的開發(fā)全過程采用三維數(shù)字化一體的設(shè)計：包括設(shè)計、檢驗、制造、管理等，整個過程是在計算機(jī)上設(shè)計完成并進(jìn)行樣機(jī)功能檢驗的，完成后的數(shù)字化產(chǎn)品與實際產(chǎn)品完全一致，還具有方

10、便企業(yè)管理、設(shè)計變更、生產(chǎn)制造等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的高效且經(jīng)濟(jì)的方法，比傳統(tǒng)的樣機(jī)制作的設(shè)計檢驗更加經(jīng)濟(jì)、高效。三維數(shù)字化設(shè) -6-計產(chǎn)品廣泛可分為工業(yè)工程與數(shù)字表現(xiàn)類。數(shù)字表現(xiàn)類產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計內(nèi)容可分為創(chuàng)意設(shè)計、數(shù)字建模、設(shè)計表現(xiàn)、動畫設(shè)計、交互設(shè)計：工業(yè)工程類產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計內(nèi)容可分為工業(yè)工程設(shè)計、模具設(shè)計、制造與仿真。2 Pro/E軟件介紹 Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engine

11、er作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。3 Pro/E模塊 Pro/E系統(tǒng)軟件包括有操作基礎(chǔ)、操作界面、草圖繪制、基準(zhǔn)特征應(yīng)用與操作、零件設(shè)計、曲面設(shè)計和零件裝配等內(nèi)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的參數(shù)式剖面設(shè)計方法。包括：用剖面繪制命令繪制幾何元素;標(biāo)注和修改尺寸；使用約束命令；刪除幾何元素和約束；用幾何工具對幾何元素進(jìn)行處理。 2）Pro/E實體建模。包括有Extrude（擠塑）；Revolve（旋轉(zhuǎn)）；Swe

12、ep（掃描）；Blend（混成）；Hole（孔）特征。 -7-包括：Round（倒圓角）與Chamfer(倒角)；Cut（切削）與Protrusion（隆起）；Rib（加強(qiáng)肋）與Shell(抽殼);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：基本曲面的設(shè)計：隆起曲面、旋轉(zhuǎn)曲面、掃描曲面、混成曲面。 基本曲面的操作：Merge(曲面的合成)、Trim(曲面的修剪)、Extend(曲面的延伸)、Transform(曲面的轉(zhuǎn)變)。 4 實驗方案 根據(jù)實驗要求作如下方案設(shè)計： 流體力學(xué)方面分析： 啡發(fā)在桌子上靜止不動，表面是水平面，此時咖啡受到豎直向下的重力G=

13、G杯子+G咖啡。當(dāng)人端著咖啡由靜止開始走動時產(chǎn)生了一個向前的加速度a，這個加速度使得杯中咖啡有一個相反的、向后的慣性力f。向后的慣性力與向下的重力合成一個指向后下方的合力F。該合力與此時傾斜了的咖啡表面垂直。加速度越大，傾斜的角度越大；加速度為零時，咖啡液面將回到水平狀態(tài)，但由于慣性咖啡液面將向另一側(cè)抬高。受力分析如圖1： -8- 圖1 根據(jù)圖示有如下關(guān)系：=tan-1（2h/D）h為液面距杯口高度，一般為1cm-2cm=tan-1（f/G） 得：2h/D=f/G; D=2Ghf即 D=2gh/ag=9.8m/ 普通人的步行加速度在1.5m/-2.5m/故，取h=1cm，a=2.5m/ 得：

14、D=7.84cm 5 振動分析：初時刻液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，貯腔受水平方向的諧強(qiáng)迫激勵（沿OX軸方向） 容器側(cè)壁面受到X方向作用力來反映容器內(nèi)液體的晃動狀態(tài)容器側(cè)壁面受力幅值變化如圖2。 -9- 圖2.容器側(cè)壁沿X方向受力的時間歷程在0-2.5s，容器側(cè)壁面受力幅值逐漸增大，且出現(xiàn)較大峰值。在2.5-4.5s，容器側(cè)壁面受力幅值逐漸減小。在4.5-10s，受力又呈增大趨勢。在20s之前受力幅值變化較大，20s后手里趨于穩(wěn)定。如圖2.造成這種晃動的主要原因是： 容器內(nèi)液體由一種狀態(tài)（靜止）突然進(jìn)入到另一種狀態(tài)（單一頻率、單一振幅的周期性激勵）。在外界非線性激勵作用下容器內(nèi)液體的晃動的幅值沒有被無限放

15、大，這主要是液體內(nèi)部阻尼的能量與系統(tǒng)的能量（包括外界激勵產(chǎn)生的能量）達(dá)到平衡。 器壁面自由液面位置變化如圖3。 -10- 圖3. 自由液面位置變化的時間歷程 K=1時，表示容器裝滿液體。 K與容器內(nèi)液體晃動頻率的關(guān)系，如圖4. 圖4. K與容器內(nèi)液體晃動頻率的關(guān)系 綜上所述，容器中液體前后的晃動具有某種固有頻率，這是由 -11- 容器的大小決定的。當(dāng)人端著杯子行走時，行走的頻率與杯子固有頻率接近時形成共振，這樣杯中液體晃動就增強(qiáng)。物體頻率與其硬度、質(zhì)量、外形尺寸等有關(guān)。 其計算公式： 其中，m=1、2、n=1、2 ；H為液面高度；為液體密度；R為杯子的半徑；為表面張力；g為重力加速度。 得：

16、2.5cm<R<6.7cm；5.7cm<H<8.9cm六、 實驗步驟 （1）運(yùn)行Proe，在上工具箱中單擊 新建按鈕，在類型中選取<零件>選項，在子類型中選取<實體>選項，輸入零件名稱“cup”。 新建零件（Cup） （2）取消選中使用缺省模板選項，單擊確定。系統(tǒng)打開新文件選 -12-項對話框，選取其中的mms_part_solid選項，單擊確定。 文件選項圖 （3）在右工具箱中單擊 按鈕，選擇FRONT作為草繪平面，繼續(xù)單擊按鈕，繪制旋轉(zhuǎn)面 圖1 ，接受圖標(biāo)上的缺省參數(shù)，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實體圖2. 草繪平面 草繪選項 -13- 新建旋轉(zhuǎn)平面（圖1） 旋

17、轉(zhuǎn)實體圖（圖2）（4）單擊殼工具按鈕打開殼體設(shè)計圖標(biāo)，在參照中激活移除的曲面，在非缺省厚度，為其指定非缺省厚度值“3.0”，如圖3。 實體抽殼圖（圖3）-14- （5）在圖標(biāo)版輸入殼體缺省厚度“3.0”，完成一上操作，形成殼體特征如圖4.抽殼效果圖（圖4）（6） 單擊倒圓角工具欄，在杯口初設(shè)置倒圓角，圓角半徑為“1”，如圖5.倒圓角半徑選項-15-杯口倒角圖（圖5） （7）在菜單欄中選擇“插入掃描伸出項”，在彈出來的菜單管理器中選擇“草繪軌跡”，點(diǎn)擊FRONT:F3(基準(zhǔn)平面），選擇“方向正向，草繪視圖缺省”，如圖6.體素掃描選項-16-選取參照缺省參照圖（圖6）（7） 然后在菜單欄中選擇“草

18、繪參照”，選取杯柄連接側(cè)的輪廓線作為基準(zhǔn)項目，并用樣條曲線畫出咖啡杯手柄的輪廓（此操作需要 -17-(8) 以工具欄中的 按鈕輔助修改樣條曲線形狀），單擊右側(cè)工具欄的對號，“合并終點(diǎn)完成”，如圖7.杯柄輪廓線圖（圖7）合并終點(diǎn)選項 （9）在手柄輪廓線與參照線接觸點(diǎn)處作一適當(dāng)大小的橢圓，然后單擊“伸出項：掃描”欄中的“預(yù)覽”，則咖啡杯大概輪廓已完成。如圖8：選取橢圓-18-實體輪廓圖（圖8） （10）然后選擇菜單欄中的“視圖顏色和外觀”，在彈出的“外觀編輯器”中選擇“ptc-ceramic”材質(zhì)并應(yīng)用，經(jīng)“視圖實時渲染”后得到圖9.外觀編輯選項-19-實時渲染效果圖（圖9）七、 實驗結(jié)果 咖啡杯

19、主要參數(shù)： 杯高:90.00mm 杯口半徑：38.00mm杯底半徑：30.00mm 杯壁壁厚：3.00mm 杯口圓角半徑：1.00mm 以下是不同材質(zhì)咖啡杯的設(shè)計情況-20- ptc-glassptc-metallic-aluminium-21-ptc-stone-marble-purple ptc-metallic-brushed-steel -22-ptc-wood-elm八、 實驗改進(jìn)（1） 首先我們需要大量的調(diào)查來確定哪種形狀的杯子拿起來舒適，并且視覺效果比較愜意，以及不同的材質(zhì)對溫度的敏感程度，用濕手和干手拿杯子時，哪一種杯子不易滑落。其次，我們需要調(diào)查了解杯子采用哪種名稱、圖案、顏

20、色會給人帶來與眾不同的感官沖擊和視覺體驗，以及對顧客心理上良好作用。（2） 其次，我們需要進(jìn)一步建立起杯子更科學(xué)的外輪廓曲線，通過數(shù)學(xué)建模、有限元分析等有效手段力求最大程度的防止咖啡潑濺。 （3） 此外，需要對不同濃度（粘度）的咖啡在不同溫度環(huán)境下質(zhì)條件要求。針對不同的溫度環(huán)境下制定出不同材質(zhì)做出咖啡液面的動態(tài)變化過程。（4） 最后，我覺得我們應(yīng)該更深入的觀察和研究人們正常行走時的頻率、加速度、速度等參數(shù)，以及針對不同年齡階段設(shè)計出不同的杯子，其次要建立起當(dāng)人們行走時咖啡的運(yùn)動參數(shù)，通過綜合各方面的主要影響因素，能夠?qū)Ρ幼龀龈茖W(xué)、更合理、更實用的設(shè)計。九、 實驗推廣 隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人

21、們的生活品質(zhì)也在不斷的提高，杯具的使用也來越普遍，越來越多的人已經(jīng)不再局限于杯具的材料，而更多的是關(guān)注杯具的質(zhì)地外觀，實用性和觀賞性。好馬配好鞍，好的咖啡好的水，同樣也需要好的咖啡杯具。對許多人來說，咖啡杯具不僅僅是一種器皿，更是生活中一個美麗的銜接。作為喝咖啡用的專用工具，其經(jīng)歷了許多發(fā)展和變化。它不僅只是生活中的一種日用品，加上創(chuàng)意的設(shè)計，可以讓其變成很好的裝飾品，大大增加了生活的情趣！ 陶瓷材料制成的咖啡杯，便于清洗，可以很好的保持杯體干凈整潔，為達(dá)到賞心悅目的效果，我們還可以將杯子外部由漂亮的合成呢絨線包裹，并且可以起到防滑、隔熱、裝飾的效果。十、 實驗總結(jié) 首先，這次的設(shè)計讓我們對設(shè)計有了一定的接觸和認(rèn)識，讓我們由原來的什么也不知道、對設(shè)計的程序一無所知到現(xiàn)在的對設(shè)計流程的認(rèn)知和熟悉。在做設(shè)計時，我們不僅要對產(chǎn)品整體有大概的認(rèn)識，還要特備熟悉下一層級的內(nèi)容，才