基于UG NX三维软件的手机实体虚拟设计

2013-05-07金卫东黄志荣

机械工程与自动化 2013年1期

金卫东，黄志荣

（常州工学院机电工程学院，江苏常州 213002）

0 引言

虚拟设计技术是一种崭新的产品开发模式，是知识经济时代产品制造技术革新的重要标志，它提供了一个基于计算机仿真模型的数字化设计方法。当前，国外虚拟设计技术已经趋于成熟，国内也正处于快速发展和大力推广应用的关键时期。本文基于UG NX三维软件设计平台，并以NOKIA N78手机为例，介绍了虚拟设计技术在机械产品设计中的具体应用。

1 虚拟设计技术

虚拟设计技术即虚拟产品建模技术，是以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚拟建模技术等为一体，在基于计算机软、硬件提供的虚拟环境下，实现对机械产品的方案构思、结构设计、虚拟装配、力学分析、运动仿真和虚拟制造等［1］。

相对于传统的基于半理论、半经验的串行设计模式，基于计算机虚拟环境的交互式和数字化的并行开发过程为机械产品的方案构思、造型设计、结构构建与分析提供了自由而灵活的技术平台与工具手段，不仅便于设计者进行结构创新、优化设计、实时分析与设计质量评价，而且大大提高了工作效率，减少甚至取消了物理样机的研制次数，从而可实现机械产品的一次性制造成功［2］。因此，作为一个全新而充满活力的技术领域，基于计算机辅助工程（CAE，Computer Aid Engineering）的产品虚拟设计技术具有很大的发展空间和极好的发展前景。

2 UG NX

虚拟设计技术在工程上的应用是通过功能强大、性能稳定和交互性良好的商品化软件实现的。常用的计算机辅助三维虚拟设计软件有 UG NX、Pro／E、Solid Works、CATIA、CAXA 等［3］。其中，EDS 公司的UG NX是一个高度集成的CAD／CAM／CAE软件系统，它包括产品的概念设计、三维建模、性能分析和虚拟加工等功能模块，可为现代机电产品的研制提供一个真正的虚拟产品开发环境［4］。针对用户的虚拟产品设计和工艺设计需求，UG NX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，提供了一个经过实践验证的整体解决方案。UG NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具备高性能的机械设计和制图功能，并具有简便的虚拟装配功能和相关分析模块，可满足客户设计任何复杂产品的需要。UG NX不仅为设计者与设计团队提供了一个基于并行工程的产品开发模式，还便于设计人员有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的显性与隐性知识，从而为机械产品的设计制造提供了高性能和灵活性。

3 NOKIA N78虚拟设计实例

本文以NOKIA N78的后盖三维建模和手机的虚拟装配过程为示例，比较详细地介绍UG NX在机电产品虚拟设计中的运用。

3.1 后盖三维建模

虽然机械零件形状各异、结构多变，但在进行三维实体建模时，根据其结构特点综合选用UG NX软件的拉伸、回转、扫掠等建模工具，并结合曲面造型功能和布尔运算，就能够较为便利地创建各种复杂机械零件的实体模型。同时，对于一些系列化机电产品的零部件，还可运用UG NX软件的参数化功能，以便通过修改功能尺寸来进行改进与创新设计。

如图1所示，首先利用草图功能，绘制出N78手机后盖的截面二维图及扫掠引导线。然后，利用沿引导线扫掠的方法做出实体，如图2所示。

图1 后盖边框截面线及扫掠引导线

图2 后盖边框图

利用抽取曲线和拉伸功能，创建后盖中间的三维模型，并绘制摄像头区域的二维轮廓图，进行拉伸后与前面的三维模型进行减法的布尔运算，如图3所示。

利用曲线中的文字功能写出NOKIA和Nseries的字样，并在所在后盖面上进行分割面的操作，最终完成后盖的完整三维设计模型，如图4所示。

图3 后盖内侧图

图4 后盖最终效果图

同样，利用UG NX8.0中强大的计算机辅助虚拟设计功能，完成了NOKIA N78的主体框架（如图5、图6所示）、SIM卡、电池等设计，在此不一一详述。

图5 主体框架正面

图6 主体框架反面

3.2 NOKIA N78虚拟装配

传统的工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，使用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型仅仅是产品整体效果的一种概念体现，在工程实际中还需要进行结构设计，因此必须使用虚拟装配技术来更好地体现整个产品的设计效果。

UG NX8.0提供了强大的虚拟装配功能，装配中其主要装配约束有：面贴合（Mate）、对齐（Align）、角度（Angle）、平行（Parallel）、垂直（Perpendicular）、居中（Center）、距离（Distance）、相切（Tangent）。本文利用UG NX装配功能完成手机装配的总图和爆炸图，如图7、图8所示；并进行相关的装配干涉分析，最后进行相关零部件的修改工作，同时利用装配序列生成了整机装配动画。