基于 NX?UG 逆向設計的三維建模研究

摘要：隨著市場經濟的迅速發展及產品更新迭代速度的加快，逆向設計技術的應用為新產品開發提供了便利。UG軟件基于其強大的功能，在逆向領域設計得到廣泛應用。文章闡述了使用UG軟件進行逆向設計的常見思路及方法，以及設計高質量曲面產品時的注意事項。

關鍵詞：逆向工程;UG逆向設計;產品質量控制中圖法分類號：TP391

文獻標識碼：A

Research on 3D modeling based on NX-UG reverse design

CHEN Xiaoyun

（Guangxi Technological College of Machinery and Electricity，Nanning 530007，China）

Abstract：With the rapid development of the market economy and the accelerated iteration of product updates，the application of reverse design technology has provided convenience for new product development. Based on its powerful functions，UG software is widely used in reverse engineering. The article expounds the common ideas and methods of reverse design using UG software， and the precautions when designing high-quality curved products.

Key words： reverse engineering， UG reverse design， product quality control

逆向設計是指將已有實物模型通過三維掃描的方式采集點云，并利用相關軟件對點云進行處理，快速轉化成三維數字模型的反求設計方式[1]。采用逆向設計可快速完成產品建模，并可對其進行創新設計。相較于正向設計，逆向設計大大縮短了產品研發周期，因此逆向工程技術在企業產品研發中得到廣泛應用。本文主要介紹了使用 NX?UG 軟件做逆向設計的思路、常用方法及注意事項。

1產品建模原則

產品開發前，應先對產品進行外形分析，根據形狀特征將產品表面劃分為不同區域。首先，判斷產品是否存在對稱關系，如有對稱，建模時只需畫出對稱部分外形，往往是二分之一，四分之一甚至是八分之一外形。其次，采用鏡像命令得到整個產品實體?；诖?，將大大減少逆向工程的工作量。對稱外形建模時，將細節特征忽略，以去圓角的思維方式對產品拆塊，分析該產品由哪幾大塊構成。依據每一塊外形選擇合適的命令。建模順序是：先把產品主體部分構建出來，再逐個對依附主體的其他特征進行建模。建模方式基于“先簡單后復雜，先實體后片體”的原則。能做實體盡量做實體，實體創建不了再考慮片體建模的形式。如圖1所示，對游戲機遙控手柄逆向設計時，根據以上原則，產品對稱，將手柄拆半畫。首先，創建中間基體1，使用旋轉命令做出。其次，依據旋轉基體1，在其上面或周圍構線布面，畫出復雜的操控桿2和3的曲面外形。

2產品建模方法

傳統建模分為實體建模和片體建模。

實體建模大多采用拉伸、旋轉、掃掠等基礎命令。截面形狀一致，考慮選用拉伸命令;回轉類零件的構建適合采用旋轉的方式;掃掠則應用在截面形狀一致或相似，沿引導線掃掠形成的產品外形。

片體建模即曲面建模，隨著 UG 軟件不斷更新換代，功能越來越強大，建模手段越來越豐富。曲面實體建模的方法大部分是先對整個曲面外形進行拆面，分析整個產品或產品部分曲面區域由哪幾個面組成。拆面后首先做大面（圖2），大面做完后，再根據實際情況決定相鄰大面之間需不需要接面，如需要接面，應在兩相鄰面之間裁出一段過渡距離，使用合適的方法接面。創建出來的各個面最終縫合成一體，最后倒圓角，從而完成產品建模。

2.1大面創建方式

在 NX?UG 軟件中，常用的大面創建方式為“拉伸+x 型”“掃掠或變化掃掠+x 型”“網格”“快速造面+擴大+x 型”“填充曲面（內加控制線）+擴大+x 型”“刷色+擬合曲面+擴大+x 型”。不同的命令做出來面的質量不一樣。使用快速造面和擬合曲面方式做出來的面屬于擬合面，其特點是做面便捷、快速。STL 上直接畫線或刷色即可利用命令擬合的方式成面，其缺點是面不夠光順，一般使用在對曲面質量要求不高的產品逆向設計中。

網格命令是 UG 逆向做曲面最傳統的手段。首先，根據曲面外形畫出曲面的邊界線，如曲面形狀復雜，往往需要在中間添加控制線，通過由線構面的方式做出曲面。此構面方式需要逆向設計者有一定的設計經驗，會對復雜曲面進行拆面接面，曲面質量的控制取決于逆向設計者對畫線位置、線型走勢的控制，在構造曲線時應該盡可能仔細、精確，其相較于逆向設計而言難度較大。特別對于某些外型線看不到曲面，需要憑空繪制出大概位置線后，初步做出面外形，然后根據曲面與 STL 的貼合度不斷調整線，以達到逆向設計“既順又貼”的目的。

x 型是 UG 逆向設計里使用相對簡單、構面“既順又貼”的便利工具，通常使用在對逆向產品不需做太多調整的逆向設計里。其創建方法為利用拉伸、掃掠、填充等技術，先大概繪制出一張與逆向曲面大小相近的面，再通過 x 型命令，將做出來的面調整成與 STL 貼合度很高、符合逆向要求的曲面。該做面方法的優點是創面簡單，做出來的面通過調整 UV 階數，可構建出高質量的曲面;缺點是曲面調整時間比較長，如逆向產品后續要改動，不太方便。如需要構建高質量曲面，X 型命令里 UV 次數少于5階，補片數取1。

2.2曲面做面順序

曲面逆向設計順序通常為“大面→接面→倒 R 角”，面與面相接先后順序以圓角為導向[2]。圓角為導向的判定原則如下：（1）圓角先大后小;（2）最光順圓角或最長圓角最后倒;（3）如果圓角相連地方太多、太長、不好倒，可以先倒一截，剩下一截做網格連接。

如圖3所示，該產品為摩托車座椅，因對稱關系，只須畫出一半。構建時先做出①②③④⑤⑥⑦⑧大面，然后進行大面與大面之間的過渡連接。連接順序依次為：左半邊，②大面和③大面倒圓角相接，倒圓角形成的區域再與①大面倒圓角相接，④大面和⑤大面倒圓角相接，而后與①②③大面相連的區域倒圓角相接;右半邊，⑦大面和⑧大面相接，然后和⑥大面倒圓角相接。左右半邊各自成型后，倒圓角相接。

2.3面與面之間的過渡方式

倒圓角（邊倒圓、面倒圓、樣式圓角、美學圓角等）根據不同的需要選擇相應的圓角命令。兩面切開一定距離，再橋接曲面相接。也可用網格相接，或用藝術曲面相接。

若能采用倒圓角的方式接面，則盡量采用倒圓角來將相鄰面連接。此方式連接方便、過渡自然，而且能用圓角連接，證明之前拆面合理，容易做出高質量的大面。當所做大面質量不太好，圓角倒出來質量不好，走線扭曲，甚至倒不出圓角，或者圓角變形。此時，可將圓角區域裁空，用網格接面的方式做出圓角效果。如圖4的第⑨大面，用圓角過渡不好做，則可改用網格接面的方式畫出來。

3產品質量評估及調整

在構建產品外觀的過程中，特別是構建曲面時，我們不可能一次性將全部產品面構建達到理想的效果。其中，理想的效果指的是逆向構建的曲面光順而且貼點。所以，我們需要不斷對各個曲面進行檢查以及做相應處理，把曲面調整到最佳的視覺效果。在構建曲面的過程中，應結合軟件提供的檢查分析工具，調點、調線、調面，把曲面調整到最優狀態。在傳統由線構面的方式下，面的質量取決于線的走勢及位置，曲面劃分越合理，走線越自然，面的質量控制得越好。

產品曲面品質是指曲面本身是否光順以及相鄰曲面的連接是否自然、過渡連續。目前，行業定義中曲面品質最高級為 A。A 級曲面滿足條件如下：相鄰曲面間之間隙在0.005m 以下（部分大品牌汽車廠甚至要求達到0.001mm），面之間切率變化在0.16°以下，階次與控制點數目不多，UV 方向在5個控制點左右;一個 A 級曲面在 UV 方向必須保證曲率的連續性及變化趨勢的一致性，曲面之間的連接部分至少滿足曲率連續，曲率改變在0.005以下。只有符合上述標準，才能確保曲面光順飽滿，不出現視覺上的瑕疵，滿足產品的外觀品質需求。因此，我們在構建高質量曲面產品時，畫線用曲率梳檢查走線的自然程度。在產品外觀要求中，面與面相接至少滿足 G1的過渡要求。對于汽車、飛機或外觀要求高的產品，要達到 A 級曲面的品質，即至少須達到 G2的控制要求。

4結束語

通過利用常用的三維 CAD 軟件對實物進行反求造型是近年來工業產品設計和開發的趨勢，通過逆向設計，可大大縮短產品設計周期，提升產品的市場競爭力。在同一款軟件上對產品進行建模、分析、分模及加工，可大大降低設計出錯的可能性。UG 軟件基于其豐富及強大的功能模塊，在設計行業占據越來越重要的地位。

參考文獻：

[1]何永喜.UG 曲面設計在逆向工程中的應用[ J].遼寧經濟管理干部學院（遼寧經濟職業技術學院學報），2011（5）：60?61.

[2]蔣青谷.工業設計中的高質量曲面設計[ J].裝備制造技術，2010（12）：59?60+65.

作者簡介：

陳曉云（1978—），本科，講師，研究方向：產品逆向設計及加工。