UGCAD建模技術(shù)的淺析與運(yùn)用

張文慶

(河北金?；す煞萦邢薰?河北 滄州 061000)

UG(Unigraphics NX)是 Siemens PLM Software公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案,已經(jīng)成為高端及商業(yè)CAD/CAE/CAM應(yīng)用開(kāi)發(fā)的常用軟件。它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。CAD/CAM/CAE技術(shù)以其高精度、高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)已成為從事設(shè)計(jì)制造工作的工程師及技術(shù)員必備的知識(shí)。UGCAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作,它能夠減輕設(shè)計(jì)人員的計(jì)算、畫(huà)圖等重復(fù)性勞動(dòng),專注于設(shè)計(jì)本身,縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。UGCAD作為主流軟件,反映了當(dāng)前流行的建模思想、方法技術(shù),這些思想貫穿 UG軟件的每個(gè)模塊。

1 實(shí)體建模

實(shí)體建模方法能夠精確的表達(dá)零件的全部屬性,在理論上有助于CAD、CAM、CAE的模型表達(dá),給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。但缺點(diǎn)是用固定尺寸值定義點(diǎn)、線、面創(chuàng)建的模型,實(shí)體間沒(méi)有關(guān)聯(lián)性,也沒(méi)有歷史記載,從而不利于建模修改和產(chǎn)品更新。

2 參數(shù)化建模

2.1 參數(shù)化建模特點(diǎn)

參數(shù)化是指對(duì)零件的各種特征施加各種約束形式,各個(gè)特征的幾何形式與尺寸大小用變量數(shù)的方式來(lái)表達(dá)。參數(shù)化建模主要特點(diǎn)是:基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)。

1)基于特征的參數(shù)化造型

在實(shí)體建模技術(shù)中特征是構(gòu)建產(chǎn)品幾何模型的基本要素,如倒角、殼體等。遵循整體設(shè)計(jì)意識(shí),加入必要參數(shù)形成一個(gè)個(gè)的特征,組合起來(lái)形成零件,將零件組合起來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

2)基于全尺寸約束的造型

參數(shù)化建模任何特征約束尺寸不能形成欠約束,否則會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)尺寸不足而造型失敗。全尺寸約束不利于提高建模的效率,另外設(shè)計(jì)關(guān)鍵拓?fù)潢P(guān)系的改變會(huì)造成某些約束丟失,使整個(gè)系統(tǒng)混亂。

3)基于尺寸驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)修改

通過(guò)修改尺寸可以驅(qū)動(dòng)模型,模型將隨著尺寸的改變而改變。

4)基于全數(shù)據(jù)相關(guān)的管理

參數(shù)化建模將所有數(shù)據(jù)建立在單一的數(shù)據(jù)庫(kù)上,在整體設(shè)計(jì)中任何一處參數(shù)發(fā)生改動(dòng),都會(huì)在每個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)中反映,擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中,同時(shí)更新所有工程文檔,大大提高了設(shè)計(jì)效率。參數(shù)化建模彌補(bǔ)了實(shí)體建模的缺點(diǎn)。

2.2 參數(shù)建模方法

UG電子表格(Spreadsheet)是參數(shù)化建模技術(shù)內(nèi)非常重要的工具,它在 Microsoft Excel或Xess與 UG間提供了一個(gè)智能接口。在建模應(yīng)用里,信息可以從部件被抽取到電子表格里,在被用來(lái)更新部件前進(jìn)行手工處理。表格驅(qū)動(dòng)的界面及機(jī)內(nèi)函數(shù)為相關(guān)的、參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了方便而有力的工具。下面通過(guò)圖1所示平墊片倒角型(GB972-85)三維模型創(chuàng)建實(shí)例來(lái)說(shuō)明參數(shù)化建模方法。

1)分析零件模型提取參數(shù)

新建一個(gè)部件modle1.prt,啟動(dòng)建模環(huán)境。使用“工具—表達(dá)式”定義設(shè)計(jì)變量。在表達(dá)式對(duì)話框內(nèi)輸入名稱、公式等。經(jīng)分析其主要變量為外徑 d2、內(nèi)徑 d1、厚度h、倒角 t=h/4。

2)在草繪及建模過(guò)程中建立尺寸約束

進(jìn)入草繪模式,繪制兩同心圓分別標(biāo)注直徑為d1、d2完成草繪。拉伸兩圓,設(shè)置高度為h,頂面邊倒角h/4完成建模。

3)利用部件族及電子表格建立三維零件庫(kù)

使用“工具—部件族”啟動(dòng)部件族對(duì)話框,將各變量用“添加到列”添加到部件族。設(shè)置存儲(chǔ)路徑,點(diǎn)擊“創(chuàng)建”啟動(dòng) excel電子表格,見(jiàn)表 1。

表1 平墊片倒角型(GB 972-85)參數(shù)表

根據(jù)表1向電子表格內(nèi)添加數(shù)據(jù)后,點(diǎn)擊電子表格的菜單命令“部件族—保存族”系統(tǒng)保存并退出電子表格,返回到建模窗口。完成部件組的創(chuàng)建,保存零件。

4)調(diào)用部件族中的零件

在裝配環(huán)境下,點(diǎn)擊“裝配—組件—添加現(xiàn)有組件”選擇需要的組件。零件即被調(diào)入裝配環(huán)境中,設(shè)置放置位置(效果如圖 2所示)。以這種方法建立零件庫(kù)簡(jiǎn)單快捷。

3 變量化建模

變量化建模保持了參數(shù)化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),它將單一的尺寸參數(shù)分為形狀約束和尺寸約束。形狀約束可以通過(guò)幾何對(duì)象之間的幾何位置關(guān)系確定,不需對(duì)所有幾何對(duì)象進(jìn)行全約束,欠約束與過(guò)約束均可生成模型。參數(shù)化建模與非參數(shù)化建模并用使建模技術(shù)又得到了進(jìn)一步完善。

4 直接建模

直接建模Direct Modeling簡(jiǎn)稱DMX利用DMX在從其它CAD系統(tǒng)讀入的非參數(shù)化模型的實(shí)體表面上施加約束。這些功能加特征到部件,它們可以利用編緝特征參數(shù)來(lái)編緝。DXM更進(jìn)一步增強(qiáng)了 UG的復(fù)合建模功能,使用戶可以修改遺留的和基于歷史的模型。

5 同步建模

同步建模技術(shù)的最大創(chuàng)新在于成就了基于特征的參數(shù)建模和基于特征的非參數(shù)建模的完美兼容。設(shè)計(jì)人員能夠有效進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)的直接建模,而不像以前一樣必須考慮相關(guān)性和約束等情況,同步建模技術(shù)允許用戶重用來(lái)自其他 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù),無(wú)需重新建模,用戶通過(guò)一個(gè)快速的、靈活的系統(tǒng),能夠以比原始系統(tǒng)更快的速度編輯來(lái)自其他 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

同步建模技術(shù)快速捕捉設(shè)計(jì)意圖,其智能化使幾何圖形和設(shè)計(jì)規(guī)則保持同步,提供了一個(gè)無(wú)歷史記錄,基于特征的建模技術(shù),突破了基于歷史記錄的設(shè)計(jì)系統(tǒng)固有架構(gòu)障礙,同步建模技術(shù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別產(chǎn)品模型當(dāng)前的幾何條件,這些條件將它們與設(shè)計(jì)人員添加的參數(shù)和幾何約束合并在一起以便評(píng)估、構(gòu)建新的幾何模型并且編輯模型,使模型重建僅限于使幾何模型幾何條件保持正確必需的那部分,無(wú)需重復(fù)全部歷史記錄。同時(shí)避免了特征損失帶來(lái)的后果,圖 3和圖 4可以說(shuō)明這一點(diǎn)。

圖3是在傳統(tǒng)的基于歷史記錄CAD建模技術(shù)建立的。首先草繪拉伸二聯(lián)板基板,然后添加兩孔到基板上,兩孔是基板的子特征。如要調(diào)整兩孔間的距離,傳統(tǒng)的做法是回溯到母特征編輯更新,是不能在原孔上直接操作的,這樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力還易出錯(cuò)。如圖4所示,利用同步建模技術(shù),可以簡(jiǎn)單的在兩孔之間建立一個(gè)尺寸并且直接移動(dòng),以達(dá)到滿意的設(shè)計(jì)目的。同步建模技術(shù)更加縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間,為企業(yè)節(jié)約成本,創(chuàng)造更大的利潤(rùn)。

6 結(jié)論

參數(shù)化建模能更好的表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖,有效地促進(jìn)了零件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化,同時(shí)也符合了制造業(yè)信息化的要求。同步建模技術(shù)綜合各種建模技術(shù)優(yōu)點(diǎn),提供了一個(gè)無(wú)歷史記錄、基于特征的建模技術(shù),它的先進(jìn)性和智能性會(huì)更加提高設(shè)計(jì)效率,削減成本并縮短產(chǎn)品的上市周期。UGCAD建模技術(shù)的不斷完善為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)大的智能化設(shè)計(jì)工具,建模更加靈活。UGCAD建模技術(shù)使設(shè)計(jì)人員從繁重的畫(huà)圖工作中解脫出來(lái),專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)。深入學(xué)習(xí)運(yùn)用、挖掘參數(shù)化建模與同步建模的功能對(duì)數(shù)字化、自動(dòng)化制造業(yè)具有深遠(yuǎn)的意義。

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