【正文】 7 第一章 緒論 UG 軟件的簡介 Unigraphics Solutions 公司 (簡稱 UGS)是全球著名的 MCAD供應商 ,主要為汽車與交通、 航空航天、日用消費品、通用機械以及電子工業(yè)等領域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā) (VPD)的理念提供多級化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產(chǎn)品與服務在內(nèi)的完整的 MCAD 解決方案。其主要的 CAD 產(chǎn)品是 UG。 UG 具 有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標準二次曲線方法放樣、等半徑和變半 徑倒圓、廣義二次曲線倒 圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動態(tài)拉動調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點云生成、曲面編輯。 UG 進入中國已經(jīng)有九個年頭了，其在中國的業(yè)務有了很大的發(fā)展，中國已成為遠東區(qū)業(yè)務增長最快的國家。幾年來， UG 在中國的用戶已超過 800 家，裝機量達到 3500 多臺套。 UG 特點 : 建模的靈活性 （ 1） 復合建模：無需草圖 ,需要時可進行全參數(shù)設計 ,無需定義和參數(shù)化 線 ——可直接利用實體邊緣。 幾何特征 ：具有凸墊、鍵槽、凸臺、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征 、引用模式 。 光順倒圓 : 業(yè)界最好的倒圓技術 ，可自適應于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 （ 2） 協(xié)同化裝配建模 可提供自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構定義方式并可在上下文中設計／編輯 ，高級的裝配導航工具 ，可圖示裝配樹結(jié)構，可方便快速的確定部件位置 ， 對裝配件的簡化表達，隱藏或關掉特定組件。局部著色 ，強大的零件間的相關性 ，配對條件，零件間的表達式（關系） ，協(xié)同化團隊工作 ，可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部 件以取得最新的工作版本，團隊成員可并行設計產(chǎn)品中各子裝配或零件 。 （ 3） 直觀的二維繪圖 對制圖員來講，簡單并富于邏輯性 ，剖視圖自動相關于模型和剖切線位8 置 ，正交視圖的計算和定位可簡便的由一次鼠標操作完成 ，自動隱藏線消除 ，自動尺寸排列 —— 不需要了解設計意圖 ，自動工程圖草圖尺寸標注。 （ 4） 被業(yè)界證實的數(shù)控加工 ２～５軸銑 ，車加工， 線切割， 鈑金件制造 ，刀軌仿真和驗證 ，刀具庫／標準工藝數(shù)據(jù)庫功能 。 （ 5） 領先的鈑金件制造 可在成型或展開的情況下設計或修改產(chǎn)品結(jié)構 ，折彎工序可仿真工藝成型過程 ，鈑料展開幾何自動與產(chǎn)品設計相關 ，可在一幅工程圖中直接展 示產(chǎn)品設計和鈑料展開幾何 。 （ 6） 集成的數(shù)字分析 機構運動學分析 ，硬干涉檢查和軟干涉檢查 ，運動仿真和分析 ，動畫過程中的動態(tài)干涉檢查 （ 7） 廣泛的用戶開發(fā)工具 用戶命令宏 ，高級編程語言 ，可自定義裁剪的用戶界面 （ 8） 內(nèi)嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù) ，可簡便定義零件系列 ，可方便修改表達式 ，可生成扇形圖、直方圖和曲線圖等 。 (9)照片真實效果渲染 利用基于數(shù)字的設計審視，加快產(chǎn)品上市時間 ，快速成型。 本論文研究的目的意義 UG 是 當今許多大型制造企業(yè)廣泛 使用的 CAD/CAM 軟件， 通過對 CAD/CAM 技術的發(fā)展 ， 極大地改變了人們的設計手段和方法，更為重要的是 CAD/CAM 技術的廣泛應用顯著提高了設計的效率和質(zhì)量，大大地降低了設計師的勞動強度，特別是三維 CAD/CAM 技術的日益廣泛應用使其體現(xiàn)得更為明顯 。實踐證明，基于 UG的產(chǎn)品結(jié)構設計和 虛擬加工 ，不僅可以縮短研發(fā)周期，還可以進行應力分析、運動仿真和模擬 裝配 ，從而優(yōu)化產(chǎn)品 的 結(jié)構，為產(chǎn)品的最終加工奠定了堅實的基礎 。 9 第二章 UG 在機械行業(yè)中的地位及應用 UG 在機械行業(yè)中的地位 UG 公司的產(chǎn)品主 要有為機械制造企業(yè)提供包括從設計、分析到制造應用的Unigraphics 軟件、基于 Windows 的設計與制圖產(chǎn)品 Solid Edge、集團級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) iMAN、產(chǎn)品可視化技術 ProductVision 以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實體建模核心 Parasolid 在內(nèi)的全線產(chǎn)品。 UG 在航空航天、汽車、通用機械、工業(yè)設備、醫(yī)療器械以及其它高科技應用領域的機械設計和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應用。多年來， UGS一直在支持美國通用汽車公司實施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項目，同時Unigraphics 也是日本著名汽車零部件制造商 DENSO 公司的計算機應用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應用，如 Navistar、底特律柴油機廠、 Winnebago和 Robert Bosch AG 等。 UG 軟件在數(shù)控加工市場具有良好的口碑，占有大量的市場，尤其在高端多軸精密加工市場占有領先地位，但其設計軟件市場占有率不高， UG 本身沒有良好的分析工具，因此其分析功能主要是借用第三方軟件，目前以美國公司的Nastran 為主。典型用戶：東方汽輪機（高精尖發(fā)電機螺旋槳葉片加工） 。 另外， UGS 公司在航空領域也有很好的的表現(xiàn)： 在美國的航空業(yè)，安裝了超過 10,000 套 UG 軟件；在俄羅斯航空業(yè)， UG 軟件具有 90%以上的市場；在北美汽輪機市場， UG軟件占 80%。 UGS在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動機公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有： B/E航空公司、波音公司、 以色列飛機公司、英國航空公司、 Northrop Grumman、伊爾飛機和 Antonov。 UGS 公司的產(chǎn)品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術以及日用消費品等行業(yè)，如： 3M、 WillPemco、 Biomet、 Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等。 10 UG 在機械行業(yè)中的應用 UG 軟件 是當今世界最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件，廣泛應用于航空、航天、汽車、輪船、通用機械和電子等工業(yè)領域。 Unigraphics CAD、 CAM、 CAE 系統(tǒng)提供了一個基于過程的產(chǎn)品設計環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設計與制造。 UG 軟件面向過程驅(qū)動的技術是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的關鍵技術，在面向過程驅(qū)動技術的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品以 及精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關，從而有效地實現(xiàn)了并行工程。 UG 軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設計功能，而且在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高了設計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言 UG/open GRIP、 UG/open API 簡單易學，實現(xiàn)功能多，便于用戶開發(fā)專用CAD 系統(tǒng)。 實體建模模塊的應用 UG 是一種復合建模 （ Modeling）工具，它提供了多種建模方法。在建立零件模型時， 既可以用基本體素建立簡單的實體， 也可以通過對曲線、草圖的拉伸、旋轉(zhuǎn)建立各種掃描實體， 還可以用系統(tǒng)提供的特征創(chuàng)建各種特征體。 臺虎鉗的零部件結(jié)構并不復雜，但在建模的時候要考慮采用哪種建模方法，因為不同建模方法所建立的實體模型，其編輯性能不同。例如：要創(chuàng)建 臺虎鉗座 的三維模型，對于這種階梯軸，可用基本體素圓柱體來逐段建立，也可逐段繪制圓再對其進行拉伸來建立，還可先建一個基本體素圓柱體，再用凸臺特征來建立。在這 3 種建模方法中，第一種方法建立的軸 編輯性不好，如果縮短中間某個臺階的長度，則會出現(xiàn)更新失效的提示，而第三種方法從建模的方便性和各參數(shù)的可編輯性來說都是最好的。因此，正確的建模方法對設計的順利進行至關重要。 對于一個零件模型，雖然沒有一種固定的建模順序和建模方法， 但還是有一定規(guī)律可循的。一般應根據(jù)零部件的結(jié)構特點， 先建立一個基本體素或掃描特征作為零件的毛坯，再參照零件的粗加工過程逐步創(chuàng)建零件的孔、鍵槽、型腔、凸臺、凸墊及用戶定義等特征，最后參照零件的精加工過程創(chuàng)建倒圓、倒角、螺11 紋、修剪和陣列等特征。當然，在建模過程中，可根據(jù)建模的需要創(chuàng)建 相關的參考特征，各特征的建立順序應盡可能與零件的加工順序一致。由于圓柱、塊和錐等基本體素屬非關聯(lián)性特征，它們不與已建立的幾何對象關聯(lián)，因此，為保證模型的可修改性，在一個零件模型中創(chuàng)建的基本體素不要超過 1 個，而且基本體素一般作為第一個特征。 因此，在對臺虎鉗零部件建模時，首先要選擇正確的建模方法，其次確定合理的建模順序，然后按照零部件的結(jié)構特點逐步建立模型。 虛擬裝配模塊的應用 UG 裝配（ Assembly）模塊用于實現(xiàn)各零部件間的裝配關系。它把多個通過建模模塊建立的模型零件，依照 Mating（配對）、 Align（對齊）和 Orient（方位）等關系組裝在一起，實現(xiàn)其空間位置的安排。通過裝配可以確定零件的空間位置，反映部件的裝配結(jié)構以及發(fā)現(xiàn)其空間干涉情況等。在裝配中，部件的幾何體是被裝配引用，而不是復制到裝配中。不管如何編輯部件和在何處編輯部件，整個裝配部件都保持關聯(lián)性，如果某部件修改，則引用它的裝配部件自動更新，反應部件的最新變化