王友利，代立明

（1.太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西天地煤機(jī)股份有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

UG是集CAD／CAM／CAE于一體的3D參數(shù)化軟件，Unigraphics NX系統(tǒng)是一款優(yōu)秀的三維參數(shù)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件，具有強(qiáng)大的建模、分析和加工功能，另外還提供了 UG／Open GRIP和 UG／Open API應(yīng)用開發(fā)語言和 UG／Open MenuScrip、UG／Open UI－Styler、User Tools等輔助開發(fā)模塊。其中UG的建模技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)建模和參數(shù)化建模的特點(diǎn)，采用尺寸驅(qū)動技術(shù)，具有全相關(guān)的參數(shù)化功能，是一種“復(fù)合建?！惫ぞ?。

1 UG的建模方法

UG的建模方法通常有3種：

（1）基于特征建模的參數(shù)化設(shè)計(jì)。特征是指有特定意義的幾何形狀，可以分為基本體素特征、成形特征、加工特征等。特征建模是參數(shù)化建模最常用的方法，適合于形狀規(guī)則、截面簡單的零件。

（2）基于草圖的參數(shù)化設(shè)計(jì)。該方法是將帶有約束的草圖通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等方式生成幾何體。該方法對于截面復(fù)雜的零件較為有用，但是工作量太大，一般將不易或不能運(yùn)用特征的部分采用草圖功能，其余采用特征建模。

（3）基于裝配的參數(shù)化設(shè)計(jì)。該方式將裝配關(guān)系引入到參數(shù)化設(shè)計(jì)中來，可以解決模型某個部分無法定位的難題，同時可以進(jìn)行部件的整體參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2 建模的順序

UG特征建模是基于特征的參數(shù)化系統(tǒng)，它是一種復(fù)合建模工具，提供了多種建模方法。在建立零件模型時，既可以用基本體素特征如圓柱體、長方體、圓錐體等建立簡單的實(shí)體，進(jìn)行各種操作和編輯，也可以對曲線、草圖采用擴(kuò)展特征如拉伸、回轉(zhuǎn)、沿導(dǎo)引線掃掠等建立和編輯各種實(shí)體特征，還可以采用系統(tǒng)提供的設(shè)計(jì)特征如孔、圓臺等成形特征來創(chuàng)建各種特征實(shí)體。但是對于同一個零件模型來說，盡管可以采用不同的建模方法和順序，但是不同的方法和不同的順序其建立的模型的編輯性能是不同的。如零件模型長方體的中心有一個圓柱體，這是一個很簡單的實(shí)體造型，可以采用以下幾種方式建立：①先采用基本體素特征建立一個長方體，然后在其中心采用凸臺特征建立圓柱體，其缺陷在于一旦長方體的參數(shù)發(fā)生改變，那么圓柱體的中心將不在長方體的中心；②先建立長方體這個基本的體素特征，然后圓柱體采用曲線繪制拉伸，這時需要將圓柱體中心建立在長方體的中心，其缺陷在于一旦長方體的參數(shù)發(fā)生改變，那么圓柱體的中心將不在長方體的中心；③建立長方體的草圖曲線，即繪制矩形，將矩形的中心定義在原點(diǎn)（如圖1所示），然后進(jìn)行拉伸，最后在原點(diǎn)建立圓柱體，若要改變矩形的大小，只需要修改其定位尺寸即可，這樣可以保持圓柱體的圓弧中心始終在長方體的中心，如圖2所示。

對于一個零件模型，一般應(yīng)先建立零件的毛坯，再按加工過程創(chuàng)建零件的孔、鍵槽、腔等特征，最后按照精加工過程創(chuàng)建圓角、螺紋、陣列等特征。各特征的建立應(yīng)該與零件的加工順序相一致，以方便后面的加工操作。

3 蝸輪殼的建模

UG的建模技術(shù)完全支持自頂向下的建模方法，即先總體設(shè)計(jì)再詳細(xì)設(shè)計(jì)，局部設(shè)計(jì)決策服從總體設(shè)計(jì)決策。對零件進(jìn)行建模時，先要充分理解設(shè)計(jì)意圖，確定建模的先后順序，然后根據(jù)需要設(shè)計(jì)出零件的總體結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。蝸輪殼是蝸輪減速箱的一個主要零件，蝸輪減速箱減速比大，使用范圍廣，蝸輪殼的模型主要由底座和兩個相互垂直的圓柱殼體組成。因此UG環(huán)境下蝸輪殼三維模型建立的步驟為：采用草繪建立底座和兩個圓柱體；采用布爾操作建立模型實(shí)體；采用螺紋、孔等細(xì)化模型；最后隱藏草圖、基準(zhǔn)等完成蝸輪殼的整體模型設(shè)計(jì)。

圖1 矩形草圖曲線

圖2 草圖尺寸修改后

3.1 草繪曲線

分析蝸輪殼的形狀，確定所要建立的基本特征。選擇繪圖基準(zhǔn)面，簡單有效地建立草圖特征。在草繪時應(yīng)盡量以原點(diǎn)為參考尺寸點(diǎn)，完全約束草圖，達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。由于UG支持參數(shù)化設(shè)計(jì)，因此草繪時不需要正確畫出草圖，可先大致畫出草圖，然后標(biāo)注尺寸，最后修改尺寸即可。蝸輪殼的安裝基準(zhǔn)是底面，因此應(yīng)先建立底面模型，在XC－YC平面上草繪矩形（見圖1）；然后是蝸輪殼的下圓柱殼體，在YC－ZC平面上繪制，如圖3所示；最后是上圓柱殼體，在XC－YC平面上繪制4個圓。草圖完成后回到建模界面，如圖4所示。

3.2 構(gòu)建蝸輪殼模型

蝸輪殼的底面模型是長方體，只需要將草圖中的矩形拉伸即可；然后是下面的圓柱體和上面的圓柱體，都采用圓形曲線進(jìn)行拉伸，最端面的那個圓柱體可以采用凸臺的形式創(chuàng)建；最后進(jìn)行布爾求和操作。根據(jù)其特點(diǎn)對其上的幾個孔采用圓形曲線拉伸時的布爾求差操作；長方體下面的凹槽，也采用繪制草圖曲線進(jìn)行拉伸的求差操作完成。通過上述草圖曲線創(chuàng)建的蝸輪殼的整體模型，只要修改草圖曲線的尺寸，就可以實(shí)現(xiàn)真正的參數(shù)化。

圖3 下底圓草圖曲線

圖4 蝸輪殼草圖曲線

3.3 簡單孔、螺紋孔等細(xì)化操作

在構(gòu)建好的蝸輪殼模型上進(jìn)行成形特征的操作，底座上的4個孔、圓柱體表面的螺紋孔都可以采用陣列操作完成。最后是模型的邊倒圓和面倒圓操作。

經(jīng)過上述操作后，最終得到蝸輪殼的3D模型，隱藏草圖和基準(zhǔn)后的實(shí)體模型如圖5所示。用以上方法建成的三維模型通過修改草圖尺寸，生成的模型可以自動更新，而且可以直接導(dǎo)入到CAM中進(jìn)行數(shù)控加工，從而將CAD與CAM集成起來。

圖5 蝸輪殼實(shí)體模型

4 結(jié)論

本文在研究UG建模方法和順序的基礎(chǔ)上以蝸輪殼的建模為例，采用草圖參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，以加工順序?yàn)榻ｍ樞?，?shí)現(xiàn)了模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員只需要修改草圖參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)蝸輪殼整體模型的修改和更新。本文中，綜合運(yùn)用了成形特征操作、布爾操作、陣列、倒圓面等命令，探討了模型建立的方法，由于采用的是以加工順序?yàn)榻ｍ樞虻姆椒ǎ仕⒌哪Ｐ涂梢砸氲郊庸つK中，真正實(shí)現(xiàn)了CAD／CAM的集成。

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