【正文】 ertical electric fan is very plex, if using the traditional CAD drawing software to design will be very difficult, UG can easily solve this problem, the UG software has powerful functions of solid modeling, surface modeling, virtual assembly simulation, engineering drawing and others. This paper discussed the key link of fan that using reversal design progress from the physical to the mold in virtual design, as the part modeling, virtual assembly, dynamic simulation and the fan injection mold design. The paper also pared the advantages and differences between virtual for product design in the development of traditional design methods. Through the visual display assembly, interference analysis then to achieve accurate simulation campaign that produce real in high efficiency, high quality, short time, low cost environment. Key words: 3D modeling design。并對產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的虛擬設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的差異、優(yōu)越性進(jìn)行了比對。 UG 軟件具有很強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬產(chǎn)品裝配仿真、工程圖生成等功能。與傳統(tǒng)的裝配設(shè)計(jì)相比，虛擬裝配技術(shù)能滿足并行工程的要求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可裝配的設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的問題，提高裝配質(zhì)量和裝配效果。 III 摘 要 面對激烈的市場競爭，制造業(yè)必須加速產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期。計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展，為人們提供了強(qiáng)有力的工具，三維 CAD/CAM/CAE 集成化軟件被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。 研究是在 UG 軟件設(shè)計(jì)平臺上完成風(fēng)扇的三維造型設(shè)計(jì)。論文論述了風(fēng)扇虛擬設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即零部件建模、虛擬裝配、 動態(tài)仿真設(shè)計(jì)等。通過可視化顯示裝配、干涉分析然后以求達(dá)到準(zhǔn)確運(yùn)動仿真，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、低成本的環(huán)境下完成。 simulation assembly。它的產(chǎn)生和不斷發(fā)展，對工業(yè)生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)、科 學(xué)研究等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。在這種背景下， CAD技術(shù)得到迅速普及和極大發(fā)展。 CAD技術(shù)從最初的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域已滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹拿總€角落，從機(jī)械、電子、建筑、教學(xué)、管理等，可以說無數(shù)不包。 （ 1） 三維線框系統(tǒng) 20世紀(jì) 60年代，新出現(xiàn)的三維 CAD系統(tǒng)是簡單的線框式系統(tǒng)，只能表達(dá)基本的幾何信息，而不能有效地表達(dá)幾何數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系 [1]。 （ 3） 實(shí)體造型技術(shù) 早在 60年代初，就提出了實(shí)體造型的概念，但由于當(dāng)時(shí)理論研究和實(shí)踐都不夠成熟，實(shí)體造型技術(shù)發(fā)展 緩慢。到 70年代后期，實(shí)體造型 技術(shù)在理論、算法和應(yīng)用方面逐漸成熟。 （ 4） 參數(shù) 化設(shè)計(jì) 參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改定義好的零件參數(shù)，自動完成圖形中相關(guān)部分的改動，從而實(shí)現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。 三維 CAD系統(tǒng)的核心是產(chǎn)品的三維模型，它所表達(dá)的幾何信息越來越完整和準(zhǔn)確，解決問題的范圍越來越廣三維模型包含了更多的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，通過賦予零部件一定的物理屬性，就可以進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析和各種 物性計(jì)算，并為后續(xù)設(shè)計(jì)制造模塊應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，使用戶在采用三維 CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就能反映實(shí)際產(chǎn)品的構(gòu)造或者加工制造過程，成為實(shí)現(xiàn) CAD/CAE/CAPP/CAM集成的基礎(chǔ)。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配階段 ，一般采用二維制圖和三維造型。 常用三維造型軟件介紹 三維軟件技術(shù)經(jīng)過幾十多年的發(fā)展，每個時(shí)代都有流行的軟件滿足當(dāng)時(shí)的要求，隨著時(shí)間推移，技術(shù)的不斷革新，現(xiàn)在，工作站的微機(jī)平臺 CAD/CAM 軟件已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，并且出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀的商業(yè)化軟件。 （ 1） Pro/ENGINEER 軟件 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E 采用了模塊方式 ， 可以分別進(jìn) 行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 1997 年， Solidworks 被法國達(dá)索（ Dassault Systemes）公司收購，作為達(dá)索中端主流市場的主打品牌。 Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 SolidWorks能夠提供不同 的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 UG軟件的介紹 UG NX 是 Unigraphics Solutions 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，在汽車、交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在 PC 上的應(yīng)用 取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個主流應(yīng)用。 UG NX 是一個在二維和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。 UG 軟件主要分為 CAD 模塊 CAM 模塊 MoldWizard 模塊。實(shí)體建模是特征建模和自由形狀建模的必要基礎(chǔ)。為了基于尺寸和位置的尺寸驅(qū)動編輯、參數(shù)化定義特征，特征可以相對于任何其他特征或?qū)ο蠖ㄎ?，也可以被引用?fù)制，以建立特征的相關(guān)集。 UG 工程制圖模塊是以實(shí)體模型自動生成平面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。利用裝配模塊創(chuàng)建的裝配信息可以方便地建立裝配圖，包括快速 地建立裝配圖剖視、爆炸圖等。裝配建模的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計(jì)和編輯，組件以邏輯對齊、貼合和偏移等方式被靈活地配對或定位。 （ 2） CAM 模塊 UG/CAM 模塊是 UG NX 的計(jì)算機(jī)輔助制造模塊，該模塊提供了對 NC 加工的 CLSFS建立與編輯，提供了包括銑、多軸銑、車、線切割、鈑金等加工方法的交互操作，還具有圖形后置處理和機(jī)床數(shù)據(jù) 文件生成器的支持。 （ 3） MoldWizard 模塊 MoldWizard是 UGS公司提供的運(yùn)行在 Unigraphics NX軟件基礎(chǔ)上的一個智能化、參數(shù)化的注塑模具設(shè)計(jì)模塊。 論文主要內(nèi)容及研究意義 本文利用 UG 對電風(fēng)扇主要零件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行運(yùn)動仿真及扇葉的注塑模設(shè)計(jì)。 無錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 4 本文運(yùn)用了虛擬建模、虛擬裝配、運(yùn)動仿真，運(yùn)用 CAD 軟件進(jìn)行扇葉注塑模設(shè)計(jì)等內(nèi)容。如何縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期成為企業(yè)生存發(fā)展至關(guān) 重要的一部分。 快速、高質(zhì)量的進(jìn)行產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)是快速制造的基礎(chǔ)。利用這種方法可以在實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，能夠使產(chǎn)品一次性制造成功，大大降低了生產(chǎn)成本縮短了開發(fā)周期，為企業(yè)提供了可行的方法和流程。在這種情況下產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)虛擬制造技術(shù)，而虛擬裝配是計(jì)算機(jī) 虛擬 制造技術(shù)的一個重要組成部分，是當(dāng)前裝配設(shè)計(jì)技術(shù)的一種嶄新的思路和方法，具有非常重要的研究價(jià)值。當(dāng)在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段應(yīng)用運(yùn)動仿真、并且作為設(shè)計(jì)過程的一個完整部分時(shí)，運(yùn)動仿真可以對產(chǎn)品性能提供寶貴見解，這些見解可以幫助發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)問題 ， 運(yùn)動仿真有助于從一開始就獲得產(chǎn)品模型，因此它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)揚(yáng) 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)。 目前，國內(nèi)電風(fēng)扇制造廠的零部件自給率較低 。為了確保整機(jī)的質(zhì)量，必須對外構(gòu)件進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。如果能在電風(fēng)扇上在安裝其他功能，這樣便實(shí)現(xiàn)了多功能化，既方便使用又節(jié)約了能源，將會帶來很大的效益。因此，對現(xiàn)代的電風(fēng)扇產(chǎn)品來說，其設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法都將會有一些全新的內(nèi)容。 我們知道電風(fēng)扇和空調(diào)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，它比空調(diào)的耗能要小，特別是隨著國際能源短缺和人們節(jié)能觀念的深入，電風(fēng)扇更受重視。由此可見，電風(fēng)扇還有很大的發(fā)展空間。但是由于種種原因，仍有許多產(chǎn)品，設(shè)計(jì)和制造者面對的是實(shí)物樣件，為了適應(yīng)先進(jìn)制造的發(fā)展，需要通過一定途徑，將實(shí)物轉(zhuǎn)化為 CAD 模型，使之能利用 CAD/CAM 等先進(jìn)技術(shù)處理，這種從實(shí)物取樣再獲取三維模型的技術(shù)就是通常所說的“求反工程”（ Reserve Engineering）。造型時(shí)感到 無從下手，但只要能合理地對產(chǎn)品進(jìn)行分解，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要特征，也就是將設(shè)計(jì)者構(gòu)思的初步輪廓用 UG強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能，生成三維實(shí)體模型，即提供一個可視化界面，再在該界面上逐步進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì)造型 。首先是從特征入手，保證重點(diǎn)，產(chǎn)生一個合理的造型 “毛坯” ，再在這些 “ 毛坯 ” 上完成細(xì)節(jié)部分如過渡面，凸臺、凹槽、孔、肋板等。 電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)分析 目前的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在 CAD 技術(shù)領(lǐng)域中，二維設(shè)計(jì)逐漸向三維設(shè)計(jì)方向發(fā)展，而二維設(shè)計(jì)只是提供了簡單的建模、裝配及二維工程圖生成功能，這些功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)工作的要求，比如當(dāng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行一些簡單的工程分析工作時(shí)，系統(tǒng)就無法滿足要求，因此需要其它的工程分析系統(tǒng)來配合以便完成相應(yīng)的工作，這就會大大增加設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)工作量、延長設(shè)計(jì)的周期、增加設(shè)計(jì)費(fèi)用 [3] 。因?yàn)樵谶@次設(shè)計(jì)過程，考慮材料的省材、環(huán)保 ，將扇葉、底座、操作面板部分無錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 6 使用價(jià)格比較低廉，性能優(yōu)越的 ABS 塑料，支架部分可使用 45 鋼 ，扇罩部分可用鋼絲。 在設(shè)計(jì)初期為了便于三維建模，以實(shí)用型電風(fēng)扇為例按照其實(shí)現(xiàn)的功能將電風(fēng)扇進(jìn)行模塊劃分：（ 1）電風(fēng)扇扇葉旋轉(zhuǎn)模塊。（ 2）操作面板模塊，這個是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，比如會 4 檔變速，有 “搖頭” 、 “定時(shí)” 旋鈕開關(guān)。（ 4）支架模塊。（ 5）底座模塊，這一部分相對固定。為了節(jié)省能源和材料，扇葉形狀呈三葉形，直徑 360mm。底座的設(shè)計(jì)要保證支撐整個風(fēng)扇主體，尺寸定為 300~300mm 正方形，高度 60mm，厚度 5mm，同時(shí)加肋板增加強(qiáng)度。在考慮操作面板的生 產(chǎn)問題，要考慮拔模角。 數(shù)據(jù)的合理性不僅關(guān)系到電風(fēng)扇的造型美觀效果，同時(shí)也會影響整個風(fēng)扇的裝配及注塑模設(shè)計(jì)，因此這是整個畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要一部分。在創(chuàng)建模型時(shí)，采用搭積木的方式在模型上依次添加新的特征。 電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)總體上來說是使用了由頂而下的產(chǎn)品設(shè) 計(jì)方法，設(shè)計(jì)中將運(yùn)用拉伸、掃描、抽殼、偏移、陣列，進(jìn)行電風(fēng)扇各個部件的設(shè)計(jì) 以及 曲面建模，偏移，修剪實(shí)體等復(fù)雜的建模方法。實(shí)體特征可以是正空間特征 (如銷的突出部分 ),也可以是負(fù)空間特征 (如面板上上的孔、槽等 )?；A(chǔ)特征是三維模型設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，包括拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描特征和混合特征等。 曲面特征主要用于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)和逆向工程等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。 (3) 基準(zhǔn)特征指參數(shù)化設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)平面和坐標(biāo)系等。 在有了這些前期準(zhǔn)備以后便可進(jìn)行風(fēng)扇的三維建模，將電風(fēng)扇零件進(jìn)行繪制。 電風(fēng)扇的虛擬裝配 介紹 在風(fēng)扇主體尺寸大致確定以后，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中并不是完成所有零件再進(jìn)行產(chǎn)品裝配基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動態(tài)仿真 7 而是完成一個裝配一個進(jìn)行檢測。作為一門新興的技術(shù)，虛擬裝配技術(shù)實(shí)際上是裝配和制造技術(shù)可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多種技術(shù)的結(jié)合，所以它的發(fā)展與以上技術(shù)緊密相關(guān)。它可以改變傳統(tǒng)裝配中的如下不足： （ 1） 傳統(tǒng)裝配必須等零件全部加工完成之后才能進(jìn)行裝配； （ 2） 傳統(tǒng)裝配不能體現(xiàn)并行設(shè)計(jì)思想； （ 3） 傳統(tǒng)裝配一般要反復(fù)修改，進(jìn)行多次試裝配，使得產(chǎn)品周期長，成本高，不能適應(yīng)當(dāng)前制造的需要。 裝配時(shí)的約束可分為兩大類，無連接接口約束和有連接接口約束。扇葉部分和后座（里邊裝有電機(jī)轉(zhuǎn)軸，這里只是繪制模型，電機(jī)部分不作考慮）的裝配就要是有連接口的約束，因?yàn)橐錾热~轉(zhuǎn)動的仿真。 下面簡單介紹一下本文裝配所用到的設(shè)計(jì)方法 ：由底向上和由頂向下的裝配設(shè)計(jì)方法。 輸入零件之間的幾何約束關(guān)系，將設(shè)計(jì)好的零件裝配成產(chǎn)品，是目前 CAD 系統(tǒng)普遍支持的一種由底向上的設(shè)計(jì)過程。如圖 所示 。其中一般是先設(shè)計(jì)總裝配圖，再設(shè)計(jì)零件圖，這就是由頂向下的設(shè)計(jì)方法。 零件 零件 零件 零件 部件裝配體 部件裝配體 裝配體 無錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 由頂向下的裝配設(shè)計(jì) 由頂向下的設(shè)計(jì)是一個產(chǎn)品的開發(fā)過程。把關(guān)鍵信息放在一個中心位置，在設(shè)計(jì)過程中通過捕捉中心位 置的信息傳遞到較低級別的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，如果改變這些信息將自動更新整個系統(tǒng)。