UG在機械設計中的應用淺析

摘要：將UG軟件應用于機械設計，所賦予是一種全新設計方式，它突破了傳統二維設計局限性，更好體現、驗證、完善設計人員設計意圖，可以簡化復雜產品設計過程，降低產品成本，產品投標報價之時，就能夠將未來產品外觀、造型、技術性能及特點介紹給用戶，更快將產品推向市場，使產品更具有競爭力。鑒于機械UG軟件應用諸多特點以及UG三維設計軟件優越性，可以預見，UG軟件在機械設計和制造領域將會有廣闊應用前景。在此，本文對UG軟件概述的基礎上，對我國機械行業現狀做出了簡要分析，并對UG軟件的強大紅能和在設計制造中的應用，作一個初步探討。

關鍵詞：UG軟件；機械設計；建模；二維工程圖

引言：

UG的一個最大特點就是混合建模，就是在一個模型中允許存在無相關性的特征。如在建模過程中，可以通過移動、旋轉坐標系創建特征構造的基點。這些特征似乎和先前創建的特征沒有位置的相關性。因為NAVIGATOR TREE中（類似Pro/E中的模型樹）沒有坐標系變換的記錄。又如創建BASIC CURVE，在NAVIGATOR TREE中也沒有作為一個參數化特征的記錄，比如如果想把一條圓弧曲線改成樣條曲線就非常困難，而且有時改變并不影響子特征的變化。而在Pro/E中極為強調特征的全相關性，所有特征按照創建的先后順序及參考有著嚴格的父子關系。對父特征的修改一定會反映到子特征上。本人曾就這個問題在問過上海EDS的UG技術工程師，他們說全相關性可以說是一把雙刃劍，對于經驗豐富的設計師，設計修改會非常方便，而對于經驗不多的設計者，則非常容易出現修改后無法生成的錯誤，此時混合建模就比較適用。

1.UG軟件概述

UG軟件是一套集CAD、CAM、CAE于一體的功能強大的軟件。使用該軟件進行設計，能直觀、準確地反映零、組件的形狀及裝配關系，可以使產品開發完全實現設計、工藝、制造等無圖紙化生產，并可使產品設計、工裝設計、工裝制造等相關工作并行開展，從而大大縮短了生產周期，非常有利于新產品的試制及多品種產品的設計、開發和制造。在新品開發期間 ，可以通過UG強大的功能及時檢查尺寸干涉、計算重量及相關特性，提高產品的設計質量。對復雜結構產品的裝配工藝、焊接工藝中工序的合理安排有著極好的指導性。 軟件功能復雜強大，需要有相應的技巧才能更好地掌握和使用。在進行零件建模時，UG軟件可以通過多種途徑建立起模型，可建方塊，也可以拔凸臺，還可以用拉伸實體，甚至可以用分割的辦法等等，只是在實踐中存在著優劣方法的比較。例如，用分割的辦法容易丟失數據，當數模變成無參數模型后，該部分基本上不能再編輯和修改，這將會給以后的模型修改、尺寸修改等造成極大困難。因此，為避免上述情況發生，建模應盡量采用最優化的方法。

2.我國機械設計行業現狀

我國機械設計行業自九十年代以來發展迅速，目前流水線已成為機械工業的重要組成部分。

2.1.機械設計種類繁多，更新換代快。如可分類為制品加工機械、容器加工機械、直接機械設計、裝潢印刷機械及其它.每大類叉可分若干小類。隨著制品（如紙、塑料、玻璃、金屬）材料、結構與造型、裝演的不斷創新以及人們對美的追求.帶動了機械設計行業的迅速發展。因而機械設計更新換代之迅速遠遠超過其它行業。

2.2.機械設計自動化生產線產品中，機電一體化技術、微機應用技術、熱管技術等高新技術得到廣泛應用.而相應的設計與制造技術則較為落后。目前，二維CAD在機械設計設計中的應用較多，而三維CAD的應用尚處于起步階段。因此應大力推廣三維CAD的應用.以提高設計水平.滿足機械設計新產品開發的需要。

2.3.機械設計中機構多而且運動復雜。如一臺機械中就有可能同時存在四桿機構、凸輪機械、齒輪機構或它們的組合形式.利用UG軟件進行裝配建模，可及時發現設計上的相干尺寸。此外利用UG軟件還可進行機構運動仿真、有限元分析及優化，檢查機構運動過程中是否會發生碰撞干涉，為確定合理設計方案提供理論依據。

3.UG有著非常強大的功能

為客戶提供的產品設計模具，其基本步驟如下：

3.1.分析產品：調整產品的拔模斜度，同時考慮SLIDE和LIFTER的位置和設計方式。在一些特殊情況下，還要調整分型面的位置。

3.2.選用標準模架：從網上下載標準模架。比如：D-M-E 北美最知名的模具供應商，在其網頁上可以下載各種規格，適合于各種設計軟件，比如：CATIA，UG等，的3D文件。根據標準模架的規格，安排好產品的位置。

3.3.提取產品型面：先設定產品的膨脹系數，然后分別提取凸模和凹模型面。在UG中，常用SCALE，EXTRACT，SWEEP， BOUNDED SURFACE，SWEAR等指令來完成這個階段的設計

3.4.設計凸模和凹模：在模架裝配圖中，分別設定CAVITY和CORE為工作零件。用WAVE指令將提取出來的產品型面與之相關聯。最后用TRIM BODY，完成CAVITY和CORE的設計。

3.5.LOCK，SLIDE和LIFTER設計。注意選用標準的GIB。要考慮干涉，調整不同的BLEND半徑。冷卻水路的位置也是設計的重點。

4.UG軟件在機械設計行業中的應用

4.1.實體建模模塊應用

UG是一種復合建模（Modeling）工具，它提供了多種建模方法。建立零件模型時， 既可以用基本體素建立簡單實體， 也可以對曲線、草圖拉伸、旋轉建立各種掃描實體， 還可以用系統提供特征創建各種特征體。

小型凹版印刷試驗機零部件結構并不復雜，但建模時候要考慮采用哪種建模方法，不同建模方法所建立實體模型，其編輯性能不同。例如：要創建凹版印刷試驗機印版滾筒軸三維模型，這種階梯軸，可用基本體素圓柱體來逐段建立，也可逐段繪制圓再對其進行拉伸來建立，還可先建一個基本體素圓柱體，再用凸臺特征來建立。這3種建模方法中，第一種方法建立軸編輯性不好，縮短中間某個臺階長度，則會出現更新失效提示，而第三種方法從建模方便性和各參數可編輯性來說都是最好。，正確建模方法對設計順利進行至關重要。

一個零件模型，沒有一種固定建模順序和建模方法， 但有一定規律可循。一般應零部件結構特點， 先建立一個基本體素或掃描特征作為零件毛坯，再參照零件粗加工過程逐步創建零件孔、鍵槽、型腔、凸臺、凸墊及用戶定義等特征，最后參照零件精加工過程創建倒圓、倒角、螺紋、修剪和陣列等特征。當然，建模過程中，可建模需要創建相關參考特征，各特征建立順序應盡可能與零件加工順序一致。圓柱、塊和錐等基本體素屬非關聯性特征，它們不與已建立幾何對象關聯，，為保證模型可修改性，一個零件模型中創建基本體素不要超過1個，基本體素一般作為第一個特征。對小型凹版印刷試驗機零部件建模時，首先要選擇正確建模方法，其次確定合理建模順序，然后零部件結構特點逐步建立模型。

4.2.虛擬裝配模塊應用

UG裝配（Assembly）模塊用于實現各零部件間裝配關系。它把多個建模模塊建立模型零件，Mating（配對）、Align（對齊）和Orient（方位）等關系組裝一起，實現其空間位置安排。裝配可以確定零件空間位置，反映部件裝配結構以及發現其空間干涉情況等。裝配中，部件幾何體是被裝配引用，而復制到裝配中。如何編輯部件和何處編輯部件，整個裝配部件都保持關聯性，某部件修改，則引用它裝配部件自動更新，反應部件最新變化。

UG裝配模塊能快速將零部件組合成為產品，裝配中，可參照其他部件進行部件關聯設計，并可對裝配模型進行間隙分析、重量管理等操作。裝配模型生成后，可建立爆炸視圖，并可將其引入到裝配工程圖中；同時，裝配工程圖中可自動產生裝配明細表，并能對視圖進行局部挖切。

小型凹版印刷試驗機設計中，利用裝配模塊將建模模塊中建立模型零件一定空間位置關系裝配起來，及時檢查裝配模型是否存設計尺寸干涉，為將來實際裝配順利進行提供可靠保證。由此所產生裝配信息可以方便繪制裝配圖，并能快速生成裝配分解圖，節省繪制裝配圖和零件圖時間和成本。

4.3.工程圖模塊應用

UG工程圖（Drafting）模塊提供了自動視圖布置、剖視圖、各向視圖、局部放大圖、局部剖視圖、自動（手工）尺寸標注、形位公差、粗糙度符合標注、支持GB、標準漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖、明細表自動生成等工具。

將UG建模模塊創建凹版印刷試驗機各零件和裝配模型引用到UG工程圖功能中，快速生成二維工程圖。UG工程圖功能是基于創建三維實體模型二維投影所到二維工程圖，，工程圖與三維實體模型是完全關聯，實體模型尺寸、形狀和位置任何改變，都會引起二維工程圖作出實時變化。這樣便大大減少了二維圖更新所需時間，可以從根本上杜絕傳統二維工程圖設計中尺寸矛盾、丟線等常見錯誤，保證二維工程圖正確無誤。

結束語：

隨著機械設計自動化的不斷發展，CAD/CAE/CAM 一體化軟件層出不窮，UG軟件便是其中之一。UG軟件能將機械設計與生產的全過程集成在一起，它通過一種獨特的參數化的以及面向零件的3D實體模型的設計制造技術，改變了傳統的設計理念，為我們提供了一條更直觀、更有效、更快捷的設計途徑。在機械制造中，利用UG軟件可以創建實體零件模型及組裝造型，它具有運動模擬功能、虛擬裝配功能、產生工程圖功能、高級數控功能等，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性。

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作者簡介：毛震威 ，浙江余姚人，大學本科，機械工程師，單位：上海強生科技有限公司。