銅絲自動纏繞機的3D虛擬裝配

黃輝明

摘 要：UG NX（Unigraphics NX）是Siemens公司出品的一個產品工程解決方案，是現代電腦輔助設計中應用最廣泛的先進3D軟體，其功能十分強大。筆者研究了依靠UG軟體的銅絲纏繞機各部件的虛擬建模及裝配過程，展示了在UG NX的裝配功能對銅絲纏繞機各零件如滾動滑輪、軸、纏繞機座、面板、支架的虛擬裝配，根據最終3D裝配圖對銅絲纏繞機各零件之間的裝配干涉關系進行檢測，進一步驗證設計的銅絲纏繞機是否合理，提高了銅絲纏繞機設計的準確性和效率。

關鍵詞：UG 參數化設計 3D建模 虛擬裝配

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0012-01

CAD技術是通過電腦和CAD工程軟體對設計“產品”進行分析與模擬，調整改進產品結構與性能，此類技術將設計人員所擁有的最優特性（創造性思維、形象思維、知識經驗、綜合判斷與分析的能力）與電腦強大的記憶與信息檢索功能，海量數據的高速精確計算與處理能力，易于修正規劃，作業狀況穩定且不疲勞的特性結合起來，然后極大增進設計速度和效率，增進規劃質量，降低規劃成本。在機械設計中，利用UG的3D實體建模功能和虛擬裝配功能，能使產品開發周期大大縮短，設計的可靠性大大提高。該課題以銅絲纏繞機為研究對象，在實際生產生活中，為了保護產品及運輸的方便，要對銅絲進行包裝，傳統的人工包裝效率低而且包裝的質量也不好，所以有必要設計出自動包裝銅絲的機械，對銅絲進行快速且高質量的包裝，用UG對其進行設計和虛擬裝配將大大提高設計效率和設計質量。

1 銅絲纏繞機設計方案

用UG的3D實體建模功能生成銅絲纏繞機的各部件，然后在虛擬裝配功能下在各部件的基礎上對銅絲纏繞機進行虛擬裝配，并檢查安裝在銅絲纏繞機上的各零件是否存在干涉現象。主要零件參數如下：

疊合范圍：任意重疊（可調）

包裝材料：編織帶（或其他纏繞材料）

銅絲寬度W：W≤500 mm

鋼帶外徑OD：800 mm≤OD≤1400 mm

鋼帶內徑ID：450 mm≤ID≤1000 m

環體轉速v：v≤40 r/min（變頻控制）

托輥高度：約500 mm

托輥承重：≤2000 kg

總 功 率：約3 kW

電壓/頻率：3￠380 V/50 Hz

重量：約2000 kg

1.1 最終模型圖及工作原理

如圖1，當銅絲放到底座的滾軸上時，可以通過升降手輪1來調整面板到合適的高度，然后轉動手輪6，通過四個固定滑輪8使銅絲準確的固定在底座的正中間；在電機的帶動下，4開始旋轉，從而通過皮帶5帶動另一滾軸以同速同向的運動轉動使銅絲在滾軸摩擦力作用下以開始滾動，其滾動速度可能通過調整電動機的速度來實現；同時，另一電動機帶動主軸10轉動，主軸10通過面板后的皮帶帶動其他三個滾輪一起以同速同向轉動，從而在摩擦力的作用下帶動膠帶環9以一定的方向旋轉；在兩個運動同時作用下，使在3上裝的膠帶準確、快速的纏繞在銅絲上，完成對銅絲的自動化包裝。

1.2 銅絲纏繞機的裝配

1.2.1 裝配的概述

UG NX裝配模塊不但可以方便的將散件組裝配成產品，更能夠在裝配中，依照另外部件展開部件關聯設計，并對裝配模型進行干涉分析與材質參數管理等操作。裝配模型完成后，進而生成裝配爆炸圖，并可將其引入到裝配工程圖中。同時，在工程裝配圖中可自動產生裝配明細表，同時對軸測圖設計局部挖切。

虛擬裝配：次裝配模式是根據部件鏈接關系建立裝配。該裝配模式有以下三個優點：（1）由于是鏈接部件而不是部件復制到裝配，因此，裝好配時需要的內存空間小；（2）裝配中不需要編輯的下層部件可簡化顯示，提高顯示速度；（3）當構成裝配的部件修改時，裝配自動更新。

1.2.2 纏繞機座組件的裝配

對纏繞機底座進行裝配，底座組件包括15個零件，纏繞機座為基礎零件，4個完全相同的固定滑輪、滾輪和軸做為配合零件，最后裝相三角帶。導入基礎零件——纏繞機座并安裝軸和固定滑輪。點擊添加現有的組件按鈕，然后選擇部件文件，選取纏繞機座做為部件文件，一直點擊確定按鈕。然后又回到選擇部件文件對話框，選擇與纏繞機座軸支撐部分相配合的軸，在定位里面選擇配對，然后點擊確定。點擊配對按鈕，分別選擇軸端面和纏繞機座上的孔端面做為配合面，點擊應用進行裝配，然后再分別選擇配對類型為中心，選擇軸的外圓表面和纏繞機座孔的內表面，點擊確定，使軸的軸心線與纏繞機座孔的軸心線重合，從而配合完成。

1.2.3 面板的裝配

方法是：在配對條件中選擇配對按鈕，分別選擇滾輪側面和面板的表面，點擊應用按鈕，在配對條件中選擇中心按鈕，選擇滾輪孔中心和面板上軸的中心，點擊確定按鈕，完成四個小滾輪的裝配。以同樣的步驟選擇軸和大滾輪進行依次裝配。

1.2.4 銅絲纏繞機的總裝配

銅絲纏繞機的總裝配包括纏繞機座組件的裝配、與面板組件的裝配、與支架組件的裝配、面板后蓋、操作面板、螺釘、墊片、定位銷等許多元件的裝配，具體的生成的最終裝配圖見圖1所示。通過做虛擬干涉檢測關系可以看出，銅絲纏繞機的結構設計合理，沒有產生任何干涉現象。銅絲自動纏繞機是專門為冶金行業而研究，設計，制造的一種新穎的纏繞纏繞機，用于銅絲、焊絲、線纜等線材的纏繞包裝，以達到良好的保護和裝飾作用。

1.3 制作工程圖

單擊“圖紙布局”工具欄上的“基本視圖”圖標按鈕，在圖紙上合適的位置放置基本視圖，并添加相應的投影視圖、軸二測視圖，并標注其裝配的整體尺寸。

2 結語

UG是一個功能強大的電腦輔助設計軟體，本文所討論的是利用UG平臺來創建纏繞機系列零件的3D模型，并在UG環境下實現纏繞機的虛擬裝配。通過虛擬裝配，可以減少設計過程中的缺陷和不足，提高設計的效率和準確性。由于時間的關系和對軟體掌握程度的不足，沒能對整個銅絲纏繞機進行參數化建模，對纏繞機的設計也比較簡單，以后需要在此基礎上進一步改進。

參考文獻

[1] 葉國林，謝龍漢.UG NX8三維設計全解視頻精解[M].電子工業出版社，2013.

[2] 王瑞東，潘文斌.UG NX8中文版設計基礎與實踐[M].機械工業出版社，2012.

[3] 謝龍漢.UG NX8三維造型設計及制圖[M].清華大學出版社，2013.endprint