基于UG摆线针轮减速机设计[下载](2)

第二章 UG的功能与特点分析

2.1 参数化与模块化设计

2.1.1 参数化设计和变量化设计

    早期的CAD系统中其设计结果仅仅实现了用计算机及其外围设备出图,就产品图形而言,不过是几何图素(点,线,圆,弧)的拼接,是产品的可视形状,并不包含产品图开有内在的拓扑关系和尺寸约束.因此,当需要改变图形中哪怕任一微小的部分,都要擦除重画.这不仅使设计者投入相当的精力用于重重劳动,而且,这种重复劳动的结果并不能充分反映设计者对产品的本质构思和意图.一个机械产品,从设计到定型 ,其间经历了反复的修改和优化;定型之后,还要针对用户不同的规格系列的变而自动生成.如何将只有几何图素的“死图”变为含有设计构思,设计信息的产品几何模型,这是研究参数化设计和变量化设计的出发点。

参数化和变量化设计的基础是尺寸驱动几何模型。与传统的设计不同,尺寸驱动的几何模型可以通过改变尺寸达到更改设计的目的。这意味着,设计人员一开始可以设计一个草图,稍后再通过精确的尺寸完成设计的细节。

    参数化设计一般指图形的拓扑关系不变,尺寸形状由一组参数进行约束。参数与图形的控制尺寸有显式的对应,不同的参数值驱动产生不同大小的几何图形。可见,参数化设计的规格化,系列化产品设计的一简单,高效,优质的设计方法。

    变量化设计是指设计图开有修改自由度不仅是尺寸形状参数,而且包括拜年结构关系,甚至工程计算条件,修改余地大,可变元素多,设计结果受到一组约束方程的控制和驱动.这种方法为设计方法为设计者提供了更加灵活的修改空间。

    无论参数化设计还是变量化设计,其本质是相同的,即在约束的基础上驱动产生新的设计结果,所不同的是约束自由度的范围,在参数化设计方法中要严格的逐个连续求解参数；而在变量设计方法中则是方程联立求解。

2.1.2 模块化设计

    模块化的概念由来已久，人类的语言无论其表达能力多么丰富,都是由有限的音节构成的；再用有限的字符刻录下来就构成了描述不同对象的文字系统。这里音节和字符就是基本模快，通过基本模型的排列组合就构成了丰富万千的不同系统；26个英文字母可以表达任何意思；10个阿拉伯数字字符可以表达任何数字；一组儿童积木可以拼搭不同的玩具造型；相同的建筑材料可以盖成不同式样的楼宇。到20世纪50年代,欧美一些国家正式提 出“模块化设计”概念,把模块化设计提到理论高度来分。目前,模块化设计的思想已涌到许多领域,例如机床,减速器,家电,计算机等等.在每个领域,模块及模块化化设计都其特定的含义。

    所谓模块化设计,即在对产品进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列相对通用的功能模快,通过模块的选择和组合可以构成不同功能或相同功能不同性能,不同规格的产品,以满足市场的不同需求。

2.2 UG的功能与特点

    目前,随着信息技术的发展,市场上已出现了许多不同的CAD/CAPP/CAM软件,如CAD、 UG 、PRO/E、 CAXA、Solidworks等等,其中,犹以PRO/E和UG为典型代表。PRO/E是基于参数化设计的典型软件,UG是基于模块化设计的典型软件。

UG NX主要应用于数字化产品设计、数字化仿真和数字化产品制造等3大领域。

（1）数字化产品设计

    数字化产品设计又称全面设计技术。作为通向整个产品工程的一个主要的部分，Unigraphics产品设计技术涉及了绝大部分设计方法，使概念设计与详细的产品设计无缝组合。装配设计被提升为基于系统的建模，它提高了工程师对整个产品和生产过程进行评估的能力。评估过程中，工程师可以无限制地修改设计尺寸、零件或者整个部件。UG NX附加的开发设计工具还可以提高产品的质量，并且促进产品开发协作。

（2）数字化仿真

    UG NX 软件具有强大的根据产品特性进行虚拟仿真的功能。传统的虚拟仿真往往意味着需要专门训练的工程师和昂贵的物理原型，尽管随着高级仿真工具的出现省掉了一些物理原型，但对产品而言，这些工具往往显得笨拙而不易操作，而且还要求操作人员经过高级的专门培训。而UG NX 软件提供了专业的产品仿真应用模块，能够进行产品的运动仿真、结构强度分析和产品模态分析。随着更多现代化的仿真工具的嵌如，UG NX的虚拟仿真更便于非专业的设计师和工程师使用，并且在最大程度上确保了产品的物理特性。

（3）数字化产品制造

    UG NX的数字化制造应用模块为生成、模拟和验证数控加工路径提供了一套全面、易用的方法，以应对制造业越来越昂贵的费用开支，它是一个可扩展的解决方案，可以在单机和多CDA或集成环境下有效地实施。在与机床和传感器产品的结合方面，UG NX 倡导抓住和再利用加工过程中面向知识驱动的解决方案，以提高精密加工的技术和含量。

    UG每次升级的最新版本都代表了最先进的制造技术，很多现代设计方法和理论都能较快地在其新版本中找到。例如在并行工程中强调的几何关联设计，参数化设计等都是这些先进方法的体现。

UG NX 的主要特点是：实现了知识驱动型自动化和利用知识库进行建模，同时能自上而下进行设计，以确定子系统和接口，实现完整的系统库建模。知识驱动型自动化就是终端用户能够利用系统向导进行操作，由于有制作向导的工具，因此用户可以添加设计方法。系统库建模使用的是先前版本中被称为“WAVE”的设计技术。

    同时UG NX还是Unigraqhics与I-deas进行整合的版本，实现了它们之间的互操作性。在一个系统中进行设计，而在另一个系统中可以对该设计进行分析或加工。用户可以充分利用两套软件的优势来优化产品的研发流程，以获取更高价值。两套系统之间保证双向变更的相关通知及更新，实现对历程树等智能跟踪。按照不同设计阶段，两套系统将逐步实现对几何参数，模型文件，产品数据的交互操作功能。比如，在绘制产品的二维图形时，可以将I-deas数据自动读入UG NX中，在草图设计中追加约束条件。

·UG NX还具有UG系列软件通用性

·集成的产品开发环境

·产品设计相关性

·产品设计并行协作

·基于知识的工程管理

·设计客户化

2.3 UG NX 产品设计概述

2.3.1 UG NX的工作流程

    UG NX 软件在产品的设计制造过程中，体现了并行工程的思想，在产品设计的早期，它的下游应用部门（如工艺部门、加工部门、分析部门等）就已经介入设计阶段，所以设计过程是一个可反馈、修改的过程。UG NX 强大的参数化功能能够支持模型的实时修改，系统能自动刷新模型，以满足设计要求。由此，这种设计过程不必等产品全部设计完，才进行下游工作，而是在产品初步设计后，进可进行方案评审，并不断修改设计，直到达到设计要求。应用UG NX 软件进行产品设计的工作流程如图2-1所示。

图2-1 UG NX 的工作流程

2.3.2 UG产品设计的一般过程

（1）先做准备工作

       ·阅读有关设计的初始文档，了解设计目标和设计资源。

       ·收集可重复使用的设计数据

       ·定义关键参数的结构草图

·了解产品装配结构的定义

·编写设计细节说明书

·建立文件目录

（2）再应用UG进行设计

       ·建立主要的产品装配结构

       ·在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和设计结构描述

       ·将这些参数和结构描述数据

       ·保存整个产品设计结构

       ·对不同了部件和零件进行细节设计

       ·随时进行装配层上的检查

2.3.3 三维造型的步骤

（1）理想模型的设计

     这里应该了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。

（2）主体结构造型

   找出模型的关键结构，如主要轮廓和关键定位孔等结构。关键结构的确定会对造型过程起到关键性作用。

    对于复杂模型而言，模型的分解是造型的关键。如果一个结构不能直接用三维特征造型来完成，就需要找到该结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸、旋转或扫描的方法，还可以用曲面造型的方法来建立该模型。

    UG 允许用户在一个实体设计上使用多个特征，这样就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期将它们用布尔运算连接在一起。对于能够确定的设计模型，应该先造型，而那些不能确定的设计部分应该放在造型后期来完成。

    在进行主体结构造型时，要注意设计基准的确定。设计基准常将决定设计的思路，好的基准会帮助简化造型过程，并方便后期的设计工作。

（3）零件的相关性设计

   UG 允许用户在建模完成之后，再建立零件之间的参数关系。但更直接的方法是在造型中就直接引用相关参数。

（4）细节特征设计

    细节特征设计一般放在造型的后期阶段，一般不要在早期阶段进行这些细节设计，这样会大大加长设计周期。

2.3.4 UG NX 基本操作流程

    UG NX 的功能操作都是在零部件文件的基础上进行的，UG的文件是以“xxxxx.prt”格式保存的。下面介绍UG NX 基本的操作流程。

（1）启动UG NX 。

（2）如果是新的设计，应该先建立一个新的文件名。如果是修改一个已有的零件，可以打开已经存在的文件。

（3）根据设计需要，进入相应的设计功能模块，如建模、制图、装配和结构分析等模块。

（4）进行相关的准备工作：如坐标系、层和参数的预设置，为具体的设计指定相应的参数，它们会影响用户的后续操作。

（5）开始做具体的设计操作。

（6）检查零部件模型的正确性，如果有必要，对模型进行相应的修改。

（7）保存需要保存文件后，退出系统。