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基于UG软件的产品三维建模与装配设计 |
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作者：江苏春兰机械制造有限公司 张晓陆 |
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1、 引言
UG是世界上先进的CAD/CAE/CAM集成技术的大型软件，其功能强大，使用该软件进行设计，能直观、准确地反映零、组件的形状、装配关系，可以使产品开发完全实现设计、工艺、制造的无纸化生产，并可使产品设计、工装设计、工装制造等工作并行开展，大大缩短了生产周期，非常有利于新品试制及多品种产品的设计、开发、制造。在新品开发期间，能通过其强大的功能及时检查尺寸干涉、计算重量及相关特性，提高产品的设计质量，对复杂结构产品装配工艺、焊接工艺中工序的合理安排有着非常好的指导性。因此，该软件为工厂提供了一个强有力的新品开发手段。在以往的产品设计中，我们主要采用了AUTOCAD软件。由于其功能有限，三维建模有很大的局限性，产品的最终效果无法很好的体现，用户常常无法看到准确的三维造型，只有等样品开发出来以后再进行产品确认。如用户对外观式样不太满意，就需要反复修改模具，甚至有时需要废掉原有的模具，重新开模，再次进行样品生产确认。这样既耽误了产品开发周期，又增加了开发成本。而UG软件的实体模型功能能够在设计阶段给用户提供产品的实体模型用于确认，缩短了产品的确认周期，而且具有复合式建模工具，允许在需要的时候增加、删除、抑制、恢复、改变产品参数，使修改更加具有灵活性，因此，在柜机室内组件设计开发中起了很大的作用，使用非常方便。UG软件的线框造型模块提供了绘制基本图素点、直线、圆弧、曲线的操作指令和线的倒角、剪切、编辑、分割等功能，实体造型模块提供了各种基本几何元素块体、圆柱体、锥体和环体的操作和拉伸实体、旋转实体、缝合、钻孔、挖槽、凸台、抽壳、倒圆角、倒斜角、锥台以及布尔运算的实体相加、实体相减、实体相交等操作，曲面造型模块可以完成各种规则曲面、二次曲面及不规则曲面的生成，在曲面的具体实现上有直纹面、扫描曲面、边界曲线控制、网格曲线控制、矩形点组控制、曲线拉伸、过渡曲面、延伸曲面、偏置曲面、曲面倒圆、曲面桥接等各种方法。
2、 设计依据分析
交给设计人员的设计依据有很多种方式，但不外乎两种，一种是塑件图纸，一种是塑料制件样品。对于前者，要注意图纸的技术要求，许多图纸明确给出浇口位置和形式、尺寸公差等级、未注圆角、产品壁厚等，这些在设计时必须加以重视；对于后者，重点是在样件上提取有用的制模信息为我所用，避免在设计上走弯路（能够生产出样件的模具必有其成功之处），这些信息包括分型面的位置、正反脱模斜度的设计、相互配合的产品保持一致的圆角、脱模斜度等。
该柜机塑料组件主要由上面板、下面板、出风框、底座、顶盖、电器盒、风向片等组成，其上、下面板、出风框、底座形状较为复杂，设计中需要理清思路，遵守工艺设计规范，灵活运用UG操作技巧，以优化设计过程，减少设计周期。由于该柜机塑件较多，而设计方法又类似，故下面仅以其下面板为例进行详细论述。下面板塑件形状如图１所示，材料为ABS（全名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），颜色为乳白色，按统一色板检验。制件成型后表面平整光洁，无扭曲变形、裂纹、流痕、熔接痕等外观缺陷，U面平直度≥1mm。尺寸公差按GB/T14486-93标准MT5级执行，壁厚为2.8mm，未注倒圆角为R0.5mm，外表面不允许设置浇口，配合间隙为0.5mm。设计人员必须认真消化图纸，特别是尺寸的标注是否准确、齐全，有没有未注脱模斜度、公差要求、装配要求等等，以及塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工，若存在这些方面的问题，就得及时与客户取得联系，把存在的疑问一一消除。该塑件采用UG软件进行三维建模，整个产品建模大概需1～2天（整个塑料组件完成的时间大概为7～8天），并且在三维造型过程中要特别注意校验整体与卡勾的装配尺寸及相互配合产品的脱模斜度，以免在设计中产生不必要的失误。
3、 产品建模与装配设计
3.1 产品建模
下面板材料为ABS塑料,注塑加工成型，主要由进风栅、加强筋、勾卡等特征组成,采用Layer Setting（图层设置）、Create Sketch(创建草绘) 、Curve（曲线）、Section（截面曲线）、Basic Curve（创建基本曲线）、Project（点与曲线投影）、Combined Projection（组合曲线投影）、Intersection Curve（相交曲线）、Constraints（约束）、Edit Curve（编缉曲线）、Fillet（曲线圆角）、Extruded Body（拉伸实体）、Revolved Body(旋转实体)、Block（长方体）、Hole（孔）、Pocket（型腔）、Sweep along Guide（沿引导线扫描实体）、Pad（凸台）、Sew（缝合）、Patch（修补）、Trim Body（实体）、Instance （实例特征）、Hollow（抽壳）、Edge Blend（倒圆）、Ruled（规则曲面）、Swept（扫描曲面）、Quilt（融合面）、Extension（延伸曲面）、Trimmed Sheet（修剪曲面）、Taper（拔模）、Replace Face（更换表面）、Move Face（移动表面）、Offset Sheet（偏置曲面）、Extract Geometry（提取几何体）、Unite（求和）、Subtract（求减）、Intersect（求交）等命令完成三维建模。其简要建模步骤如下:
(1) 建立基准面、基准轴和基准坐标系；
(2) 层的设置、利用（1-29层里放solid、30-49层放Sketch,每一个Sketch放一层、50-59层放置Datum数据平面及数据轴、60-99层放Curve及其它需要的Object、100-149层放其它临时Object、150-199层备用、200-249层属于制图范围层、250-256留作它用）；
(3) 建立下面板外形特征（使用Curve、Project、Combined Projection、Extruded Body、Revolved Body、Pocket、Sweep along Guide、Pad、Sew、Patch、Trim Body、Instance、Hollow、Edge Blend、Ruled、Quilt、Extension、Trimmed Sheet、Taper、Offset Sheet、Extract Geometry、Unite等命令）；
(4) 建立薄壁（壁厚为2.8mm）实体特征（Hollow）；
(5) 建立中间与左右进风栅特征（使用Curve、Project、Combined Projection、Pocket、Sweep along Guide、Pad、Sew、Patch、Trim Body、Instance、Edge Blend、Taper、Offset Sheet、Extract Geometry、Subtract等命令）；
(6) 建立勾卡特征（使用Extruded Body、Pocket、Instance、Edge Blend、Curve等命令）；
(7) 建立面板背部的加强筋特征（Extruded Body、Edge Blend）；
(8) 加未注脱模斜度1°特征（Taper）；
(9) 倒未注圆角R0.5（Edge Blend）；
(10)进行拔模斜度和厚度检测；
(11)对产品进行渲染。最后完成的下面板三维实体如图1所示。
图1 柜机下面板
3.2 装配设计
通过在Application下拉式莱单上的Assemblies选项，使用Add Existing Component、Create New Component、Reposition Component、Mate Component(Mate、Align、Parallel、Center、Distance、Tangent)等命令完成所有零部件的装配，其装配图如图2所示。通过选择Assemblies®Components®Check Clearances或在装配工具条上的Check Clearances图标进行间隙与干涉检查。最后，对产品装配图进行艺术渲染，其渲染效果如图3所示。
图2 柜机室内组件
图3 柜机室内组件渲染图
4、 UG建模经验总结
(1) 建模之前，应对模型建立的顺序作大体通篇地考虑，尤其是对复杂模型（如柜机上、下面板，挂机上、下壳体等），更应该周全地考虑好，先做什么，后做什么，用什么方法做，这对后序工作的完成有极其重要的影响；
(2) 做重要步骤前，应先仔细检查尺寸，防止出现错漏。例如上面板的“抽壳”操作，做出其内腔，如若有某部分尺寸遗漏或看错，做了“抽壳”操作后，在其后所做的工作，可能会因该遗漏而造成全部报废，从头而来，浪费时间，影响了进度；
(3) 建模过程应尽量避免产生“无参数”的实体，否则将对以后更改尺寸造成极大的麻烦。产生“无参数”实体的操作有：“Transform（改变）”中的“Copy（拷贝）”操作，“阵列(Pattern)”的“镜像（Mirror）”操 作，以及针对一个实体进行“切断”操作。以上操作应尽量避免使用，第1种和第2种情况尽量用新做同样的实体完成，或者尽量用“阵列”中的“矩形阵列”、“圆周阵列”完成，第3种情况尽量用“切飞”代替“切断”操作，以保留参数可以编；
(4) 对复杂模型，应该使三维实体建模与生成二维图两过程相结合。在空间不易检查的尺寸，在二维图能较准确的检查，通过生成的二维图可反过来检查实体建模的正确与否，能及时发现存在的问题；
(5) 建议做了一系列实体后应及时检查参数，最好进行了一定阶段后由产品校对员协助检查尺寸，以便及时发现问题进行纠正，避免导致重来，耽误进度；
(6) 做复杂零件应多做备份，进行了一定阶段存一个新文档，以备操作失误造成文件丢失或损坏时可调用最近相邻的文件重做。复杂零件不要用一个文档从头干到尾，因为当做某些操作产生“无参数”实体，存盘后，就无法再回到原来参数齐全的实体了，该步骤是不可逆的。因此复杂零件应多做备份，待确实成功完成后再将前面已无用的备份删除，这样可避免很多问题发生。另外，勤做备份、勤存盘也有好处，当出现死机或误操作退出等异常情况时，还可以马上重新调入再做，不会让心血白费；
(7) 应当针对实际遇到的问题多上机、多实践，这样才能了解更深入，发现其不常用的功能，有时能对解决问题起很大作用；
(8) 经常向别人请教，和他人讨论，可开阔思路，有时可共同找到更佳的方法，不至于陷入思维定式；
(9) 对解决不了的问题应及时做好记录，以便能集中请教。对解决问题的方法也应及时记录下来，以便日后查看。如果条件允许的话，应与外单位技术人员进行经验交流，取长补短。
5、 结束语
通过在产品的开发设计过程中充分应用UG软件进行三维建模与装配设计，不仅提高了产品的设计质量和水平，方便了与客户的沟通，而且还缩短了产品的开发周期，降低了开发成本，为企业提升产品的竞争力和丰富产品品种提供了有力的保障，从而为企业带来良好的经济效益。
参考文献:
[1] 黄俊明等. Unigraghics II模型设计高级篇.北京：中国铁道出版社，2001.
[2] 黄俊明等. Unigraghics II模型设计实例演练篇.北京：中国铁道出版社，2002.
[3] 塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.(end)
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(10/25/2005) |
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