UGCAD建模技术的浅析与运用

张文庆

(河北金牛化工股份有限公司,河北 沧州 061000)

UG(Unigraphics NX)是 Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案,已经成为高端及商业CAD/CAE/CAM应用开发的常用软件。它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。CAD/CAM/CAE技术以其高精度、高效率、低成本的优势已成为从事设计制造工作的工程师及技术员必备的知识。UGCAD计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,它能够减轻设计人员的计算、画图等重复性劳动,专注于设计本身,缩短设计周期和提高设计质量。UGCAD作为主流软件,反映了当前流行的建模思想、方法技术,这些思想贯穿 UG软件的每个模块。

1 实体建模

实体建模方法能够精确的表达零件的全部属性,在理论上有助于CAD、CAM、CAE的模型表达,给设计带来了极大的方便。但缺点是用固定尺寸值定义点、线、面创建的模型,实体间没有关联性,也没有历史记载,从而不利于建模修改和产品更新。

2 参数化建模

2.1 参数化建模特点

参数化是指对零件的各种特征施加各种约束形式,各个特征的几何形式与尺寸大小用变量数的方式来表达。参数化建模主要特点是:基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关。

1)基于特征的参数化造型

在实体建模技术中特征是构建产品几何模型的基本要素,如倒角、壳体等。遵循整体设计意识,加入必要参数形成一个个的特征,组合起来形成零件,将零件组合起来达到设计的目的。

2)基于全尺寸约束的造型

参数化建模任何特征约束尺寸不能形成欠约束,否则会因为驱动尺寸不足而造型失败。全尺寸约束不利于提高建模的效率,另外设计关键拓扑关系的改变会造成某些约束丢失,使整个系统混乱。

3)基于尺寸驱动的设计修改

通过修改尺寸可以驱动模型,模型将随着尺寸的改变而改变。

4)基于全数据相关的管理

参数化建模将所有数据建立在单一的数据库上,在整体设计中任何一处参数发生改动,都会在每个相关设计中反映,扩展到整个设计中,同时更新所有工程文档,大大提高了设计效率。参数化建模弥补了实体建模的缺点。

2.2 参数建模方法

UG电子表格(Spreadsheet)是参数化建模技术内非常重要的工具,它在 Microsoft Excel或Xess与 UG间提供了一个智能接口。在建模应用里,信息可以从部件被抽取到电子表格里,在被用来更新部件前进行手工处理。表格驱动的界面及机内函数为相关的、参数化设计提供了方便而有力的工具。下面通过图1所示平垫片倒角型(GB972-85)三维模型创建实例来说明参数化建模方法。

1)分析零件模型提取参数

新建一个部件modle1.prt,启动建模环境。使用“工具—表达式”定义设计变量。在表达式对话框内输入名称、公式等。经分析其主要变量为外径 d2、内径 d1、厚度h、倒角 t=h/4。

2)在草绘及建模过程中建立尺寸约束

进入草绘模式,绘制两同心圆分别标注直径为d1、d2完成草绘。拉伸两圆,设置高度为h,顶面边倒角h/4完成建模。

3)利用部件族及电子表格建立三维零件库

使用“工具—部件族”启动部件族对话框,将各变量用“添加到列”添加到部件族。设置存储路径,点击“创建”启动 excel电子表格,见表 1。

表1 平垫片倒角型(GB 972-85)参数表

根据表1向电子表格内添加数据后,点击电子表格的菜单命令“部件族—保存族”系统保存并退出电子表格,返回到建模窗口。完成部件组的创建,保存零件。

4)调用部件族中的零件

在装配环境下,点击“装配—组件—添加现有组件”选择需要的组件。零件即被调入装配环境中,设置放置位置(效果如图 2所示)。以这种方法建立零件库简单快捷。

3 变量化建模

变量化建模保持了参数化技术的优点,它将单一的尺寸参数分为形状约束和尺寸约束。形状约束可以通过几何对象之间的几何位置关系确定,不需对所有几何对象进行全约束,欠约束与过约束均可生成模型。参数化建模与非参数化建模并用使建模技术又得到了进一步完善。

4 直接建模

直接建模Direct Modeling简称DMX利用DMX在从其它CAD系统读入的非参数化模型的实体表面上施加约束。这些功能加特征到部件,它们可以利用编缉特征参数来编缉。DXM更进一步增强了 UG的复合建模功能,使用户可以修改遗留的和基于历史的模型。

5 同步建模

同步建模技术的最大创新在于成就了基于特征的参数建模和基于特征的非参数建模的完美兼容。设计人员能够有效进行尺寸驱动的直接建模,而不像以前一样必须考虑相关性和约束等情况,同步建模技术允许用户重用来自其他 CAD系统的数据,无需重新建模,用户通过一个快速的、灵活的系统,能够以比原始系统更快的速度编辑来自其他 CAD系统的数据。

同步建模技术快速捕捉设计意图,其智能化使几何图形和设计规则保持同步,提供了一个无历史记录,基于特征的建模技术,突破了基于历史记录的设计系统固有架构障碍,同步建模技术系统实时识别产品模型当前的几何条件,这些条件将它们与设计人员添加的参数和几何约束合并在一起以便评估、构建新的几何模型并且编辑模型,使模型重建仅限于使几何模型几何条件保持正确必需的那部分,无需重复全部历史记录。同时避免了特征损失带来的后果,图 3和图 4可以说明这一点。

图3是在传统的基于历史记录CAD建模技术建立的。首先草绘拉伸二联板基板,然后添加两孔到基板上,两孔是基板的子特征。如要调整两孔间的距离,传统的做法是回溯到母特征编辑更新,是不能在原孔上直接操作的,这样既费时又费力还易出错。如图4所示,利用同步建模技术,可以简单的在两孔之间建立一个尺寸并且直接移动,以达到满意的设计目的。同步建模技术更加缩短了产品开发周期和产品上市时间,为企业节约成本,创造更大的利润。

6 结论

参数化建模能更好的表达设计者的意图,有效地促进了零件的标准化、通用化和系列化,同时也符合了制造业信息化的要求。同步建模技术综合各种建模技术优点,提供了一个无历史记录、基于特征的建模技术,它的先进性和智能性会更加提高设计效率,削减成本并缩短产品的上市周期。UGCAD建模技术的不断完善为用户提供了一个强大的智能化设计工具,建模更加灵活。UGCAD建模技术使设计人员从繁重的画图工作中解脱出来,专注于产品设计与研发。深入学习运用、挖掘参数化建模与同步建模的功能对数字化、自动化制造业具有深远的意义。

[1][美 ]Unigraphics Solutions Inc.等.UG相关参数化设计培训教程 [M].北京:清华大学出版社,2002.

[2]钟日铭.UGNX7.5完全自学手册 [M].北京:机械工业出版社,2010.

[3]王华昌.UGNX学习要点与应用方法探讨 [M].北京:华中科技大学,2010.