关于UG 3D建模与装配设计的讨论
李毅生 天津轻工职业技术学院
摘要: 介绍了使用UG进行模具三维建模与装配设计的方法，着重分析了草图在参数化模型创建中的功用，及装配过程UG WAVE技术的使用
关键词：UG 草图 装配 UG WAVE 自顶向下 从上向下
随着近些年先进工业国家对模具行业的重视与开发模具的制造/设计和应用的软件也得到了快速的发展,变革的速度也越来越快,这就需要专业的软件的大力支持并需要在一系列的CAD/CAE/CAM软件中加入数字化设计/加工/分析以及数字化制造中的管理技术.
Unigraphics(以下简称UG)是当今世界上最先进的紧密级成的集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件,它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案,功能包括:概念设计/工程设计/性能分析和制造,它自1990年进入中国市场以来发展迅速,目前以广泛应用在航空/航天/汽车/造船/通用机械和电子工业等领域.其中UG/Mold Wizard是UG系列软件中一个独立的应用模块,也是应用于注朔模具设计的专用应用模块.
1 产品建模
UG的建模功能非常强大,起主要的建模方法有:UG/实体建模(UG/Solid Modeling) UG/特征建模(UG/Features Modeling) UG/自由曲面建模(UG/Freedom Modeling) UG/用户自定义特征(UG/User—Define Features)等其中,相对于其他CAD软件UG的特征建模是比较大的亮点,对于不太复杂的模型,特征建模完全可以胜任,可以达到很高的的建模效率,但对于形状/位置复杂要求实现参数化的模型,单纯的特征建模就显得麻烦,这时草图(Sketch)就是最常用的解决这方面问题的简洁高效的方法.
UG中的草图是指与实体模型相关联的二维图形。它可以通过对近似的曲线轮廓进行尺寸和几何约束来准确地表达设计师们的设计意图，再辅以拉伸、旋转和扫描等实体建模方法来创建模型。另外设计人员在修改模型中可以通过改变草图的形状和参数,很方便的更改实体模型的形状.
一般来说，草图较多地应用在以下场合：(1)模型需要参数化驱动时；(2)要建立的特征不是标准的成型特征时；(3)作为自由形状特征的控制线；(4)作为拉伸、旋转和扫描等的基础特征；(5)需要一系列成型特征才可以建立且难以编辑时。
建立参数化模型的建模思路：不管多么复杂的零件，都是由一些特征组成的。对零件进行建模时，首先要充分理解设计意图，确定建模的先后顺序，然后根据需要设计出零件的总体结构，再进行细化设计。
下面通过在UG NX环境下以一个法兰盘零件建模实例来说明利用草图功能创建模型的设计方法（图1） (图1)
(1) 确定零件结构:该零件由三部分组成:回转体/五个均布的孔/一个通孔
(2) 创建三个固定基准面和三个固定基准轴!XZ平面、YZ平面、ZY平面和X轴、Y轴、Z轴；
(3) 建立草图选择XZ平面为草图平面，用草图中的曲线命令绘制回转体剖面的形状，忽略不影响绘图标注的倒角和圆角；添加几何约束和尺寸约束使草图约束，完成草图（图2）。改变草图中的约束条件，则模型的形状也将随之而发生改变。这充分体现出了利用草图功能创建的模型的两个突出优点：易于编辑和修改；易于实现参数化和系列化设计； (图2)
(4) 生成回转体选择草图为扫描的截面线串X轴为旋转轴，对草图采用旋转(Revolved Body)实体建模方法来建立旋转体特征，生成回转体
(5) 分别创建延圆周分布的五个孔:利用UG的成型特征先建立一个孔,然后在用环行阵列均布5个同样的孔.
(6) 创建一个中心的通孔:利用成型特征中的通孔输入参数,选定基准平面进行通孔的操作.
2基于UG装配的应用
UG NX装配(Assembly)模块提供了从底向上设计(Down-Top Modeling)和自顶向下设计(Top-Down Modeling)的装配方式，保证了装配模型和零件设计完全双向相关。从底向上设计是指在生成单个零件的基础上，通过给定相配零件之间的配对约束关系，得到装配体的过程；自顶向下设计是指在装配环境中创建相关零部件，从装配顶级向下产生子装配和零件的装配设计过程；在实际应用中可以根据具体情况交替使用这两种设计方法。在工装设计中，与产品零件直接发生关系或相互之间影响尺寸、形状、位置关系的非标件的建立要采用自顶向下设计，而标准件可通过从底向上的设计方法加入到装配中来。UG的装配模块还具有制作组装体拆卸顺序的简单动画以一套模具为例:我们可以根据模拟实际装配车间的模具装配顺序
2.1单元装配体设计方法
在装配过程中,可采用自底而上(Down-Top)和自顶而下(Top-Down)的两种装配设计方法
2.1.1从底向上设计方法的应用
从底向上设计装配方法类似总装车间的装配，各制造车间把制造成品集件到总装车间，总装车间按产品结构完成产品装配。采用从底向上设计方法就是通过添加部件到工作部件成为组件。这个部件可以是一个已存部件或一个部件家族成员。对数椐库中已存的系列产品零件、标准件以及外购件也可通过自下而上的设计方法加入到装配件中来。
例如:进行模具组件单元装配时,先新建一个单元体装配文件作为父体,在按定模,镶件,动模板垫板,垫块等元件的顺序结构依次添加完成装配.如(图3)
(图3)
2.1.2从顶向下的设计方法的应用
UG的装配建模技术完全支持自顶向下的设计方法，即先总体设计后详细设计，局部设计决策服从总体设计决策，它采用Context Control技术支持在装配环境中进行零件设计。配合使用UG/WAVE技术和部件间表达式技术，可以更好地体现设计人员的设计思想。下面分别说明UG/WAVE技术在装配过程中的使用情况。
UG的WAVE技术是一种基于装配建模的相关性参数化设计技术，利用它可以在不同部件之间建立参数之间的相关关系，即所谓“部件间关联”关系，实现部件之间几何对象的相关复制。利用UG NX WAVE的强大技术，能从一个共同产品结构快速开发出新产品。WAVE技术用更新相关的组件与工具自动传递设计的改变，减少了设计改变的费用，大大提高了设计的重复率，还能实现快速迭代试验和可行性研究。
2.2总体装配建模设计方法
根据模具结构的特点,采取自顶而下和自下而上的两种装配方法,先新建一个父体,在依次添加子装配体,利用对称的方法,按照不同的装配约束条件,最终完成整体的装配.在装配中约束应正确不允许发生冲突,保持正确的空间自由度,同时装配的约束条件必须有效,以免发生未加载的情况
3结论
通过在产品的设计开发过程中应用UG NX软件可以方便快洁的设计出产品的模型,并对模型进行各种分析,以检验产品是否满足设计要求,减轻了设计者的工作强度,并能够不断更新产品,推动的机械领域的迅速发展.
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是转向架建模与装配呀！！
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