解析三維UG技術在機械設計中的應用

【摘要】三維UG技術為用戶的產品設計及加工過程提供了驗證手段和數字化造型，具有較高的社會應用價值。本文簡要介紹了三維UG技術的基本定義，分析了三維UG技術的應用效果，并詳盡講解了三維UG技術在機械設計中的應用步驟及應用實例，旨在幫助機械開發者縮短試驗周期，減少試驗經費，使其以最小的資產投入獲得最佳的經濟效益。

【關鍵詞】三維UG技術機械設計應用

【中圖分類號】TH12【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）05-0212-01

近些年來，三維CAD技術在機械工程領域得以廣泛應用。機械設計人員運用CAD軟件進行設計，不但提高了工作效率，而且緩解了機械設計人員的設計壓力。三維CAD軟件眾多，其中的UG軟件在目前的業界領域中占據了主導地位。UG作為一種設計軟件，為全參數化輔助軟件。目前，UG軟件已經被廣泛地應用于機械設計領域中，實現CAD、CAM等各項功能。UG是Unigraphics的縮寫，是Unigraphics Solutions公司開發的產品，具有較強的先進性和使用性，可為客戶提供全新的產品建模系統。設計、試制樣機、測試、修改、重新試制樣機是傳統的機械設計過程，該過程成本高、周期長，在機械設計中應用三維UG技術，可縮短生產周期，控制生產成本，提高農機生產企業市場競爭力。本文將以支架為例介紹三維UG技術在機械設計中的應用效果。

一、三維UG技術概述

在對生產設備的改造中，為了保持原有的結構和精度，就要盡量減少原有零部件的改動。特別是一些關鍵的零部件，當尺寸經過改編之后，就要將其他零件的改動集中到這些零部件。UG是EDS公司出品的一個產品工程解決方案，它突破了傳統的CAD/CAM模式，包括CAD/CAE/CAM三個基本模塊和非基本模塊，非基本模塊包括用于管路設計的管道與布線模塊(UG/Routing、UG/Harness)、用于鈑金設計的板金模塊（UG/SheetMetalDesign）等等。UG的各項功能是通過各模塊功能實現的，CAD模塊主要包括基本環境、零件建模、裝配和制圖，CAE模塊包括UG/Mechanisms與MDI/ADAMS，可將前處理結果直接傳遞到MDI/ADAMS進行分析，CAM模塊允許用戶通過觀察圖形地編輯，刀具的移動，刀軌和執行圖形地改變。設計師可以在UG設計環境中對產品進行構思、建模、裝配、仿真、修改和表達，可虛擬產品的外形、色彩設計、功能展示、性能檢驗以及成品展示，UG可提供VRML接口，該接口可便于設計者與客戶（或設計者）通過Internet交換設計意見，提高工作效率，從而達到縮短產品開發周期的目的，總之，在農業機械中應用虛擬模型代替實物模型進行仿真和分析，可降低產品開發成本及試驗經費，縮短產品設計周期，提高產品質量。

二、三維UG技術的應用效果

UG技術是一種虛擬設計平臺，應用這一軟件進行機械設計，具有一定靈活性。UG支持虛擬現實技術軟件接口、網絡文件接口，可以為客戶提供完整的數字化建模、分析、仿真工具。使用UG技術所進行的虛擬設計，可以支持異地協同設計，還具備仿真可視化技能，虛擬設計過程是指設計師對虛擬原型在沉浸或非沉浸環境中反復改進，以達到最佳設計效果的過程。UG軟件提供的運動/動力學仿真工具、虛擬裝配工具、結構分析工具以及三維建模工具可使設計過程更加直觀、合理，UG提供的VRML接口可供客戶與設計者實現意見交流與溝通，可在很大程度上提高服務質量及設計效率。

三、三維UG技術在機械設計中的應用實例

1.三維UG技術在機械設計中的應用步驟

第一，應建立零部件實體模型；第二，應明確各個零部件之間的裝配關系，一般包括運動關系和配合關系兩種；第三，應進行動力/靜力仿真，即對裝配好的執行機構、傳動機構及重點零部件進行仿真練習；第四，將仿真結果以曲線、動畫、數據表的形式輸出，并將結果轉換為VRML的形式保存；第五，利用網絡向客戶或制造者觀看仿真動畫，交換意見，提高設計質量及設計效率。為提高仿真效果的真實性，可根據零件的材料屬性設置虛擬零件的屈服強度、剪切模量、柏松比、楊氏模量、質量密度等。

2.實例應用

2.1實例依據及建模

以支架的設計過程為例，利用三維技術分分解支架（分解成兩個圓柱孔、梯形板、底板、助板、兩個圓柱孔、形體），充分考慮支架形體的形狀、造型設計、運算、連接等，從中獲得形體的大小及基本參數，應用UG系統的的[建模]功能，建立三維實體模型，使其與支架構相關的裝配功能，支架圖三視圖如圖1所示。

圖1支架的三視圖

2.2設計加工

運算，將形體造型繪制三維實體、編輯等命令組合成線框模型，全方位了解實體物理的力學性質及特性，進行消隱、渲染、著色處理。

四、仿真處理結果分析

合理布置二維圖紙，將主圖、俯圖、左視圖插入，標注并填寫技術要求、標題欄、尺寸。

五、網絡交流

存儲設計結果，選擇VRML形式保存，應用UG導出功能，將相關資料發布到Internet或服務器中，讓設計者、制造者以及客戶在線觀看，交流意見，分析支架性能。

在機械設計中應用三維UG技術，其中的虛擬裝配、仿真、分析等工具可為機械設計者提供完美的設計解決方案，本研究以支架結構的設計為例，介紹了三維UG技術在機械產品設計中的應用情況。相信隨著科技的發展，三維UG技術會不斷完善，會進一步提高機械生產企業的市場競爭力，使其獲得更多的經濟效益。三維UG技術有望成為未來機械設計軟件的主流產品，值得機械設計師進一步應用。

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