UGNX8.0在产品设计中的应用

梁莉，黄春燕，杨文超

（广西大学 行健文理学院，广西 南宁 530005）

0 引 言

UG 其缩写为Unigraphics，是由美国UGS 公司研发的三维CAD/CAM/CAE 软件系统。该软件功能强大，可用于产品从三维造型设计、分析计算、仿真模拟、工程图输出，直至模具设计、钣金设计等生产加工的全过程。在强调制造业是国家经济发展基础的大环境下，UG 的应用范围涉及汽车、船舶、航空等领域。随着版本的不断更新，其功能越来越完备，更能满足人性化设计的需求，提高设计的效率，并缩短新产品的设计周期。本文从UGNX8.0 在产品设计领域的应用出发，结合其优势，并基于该软件设计了一款手机后盖，具体阐述了利用UGNX8.0 进行产品设计的思路与流程。

1 UG NX8.0 在产品设计中的常用模块

UGNX8.0 的多种功能是通过不同模块来实现的，各模块之间既相互独立又相互关联，可以通过“开始”下拉菜单进行切换。下面简要介绍UGNX8.0 中涉及产品设计的常用模块及功能。

1）基本环境。这是一个交互环境，主要用于打开、创建、保存部件文件，工程图创建、模块选择等一般性功能；提供视图显示操作、工作坐标系操控、屏幕布局和层功能、对象信息和分析等。

2）零件建模。主要可分为实体建模、曲面建模、特征建模和钣金特征建模。用户可通过实体建模进行二维和三维的参数化或非参数化模型的创建及相关编辑。曲面设计模块主要用于设计造型复杂的产品，由于曲面的创建方法和过程具有一定的特殊性与技巧性，对于初级用户而言不太容易掌握。特征建模可用于孔、螺纹、凸起等特征的创建与编辑；允许实体面相对于指定的拔模方向成一角度，以便于部件与模具分离；可通过抽壳创建有一定壁厚值的壳体；可对特征进行一个或多个有规律性的关联复制，如线性布局、圆形布局、多边形布局等。钣金特征建模主要用于创建基本钣金特征、附加钣金特征。在钣金模块下可进行钣金弯边、折弯、冲孔、拐角等操作。用户可针对所设计产品的特点选择相应的建模方式，同时不同建模方式下所对应的工具栏下拉菜单或工具条按钮中均有具体的命令，操作简单、快捷，使建模效率得以提高。

3）装配。产品往往是由一定数量的零件和部件组成的。如需按照设计要求，将这些零件和部件按一定方式组合成产品，则需要用到装配模块。UGNX8.0 可支持“自顶向下”和“自底向上”的装配方式。所谓的自顶向下装配是从装配体中展开设计工作，直接创建新的零件。而自底向上装配是较为常用的设计方法，是先将零件设计好，然后再按顺序插入到装配体中。用户可通过装配导航器查询、编辑、删除组件和约束；利用爆炸图工具可生成装配图爆炸图，清楚地反映装配体的结构，判断装配的合理性；而虚拟装配功能可有效定位组件和设置组件间所对应的位置关系，缩短设计周期。

4）工程图。该模块出图功能强大，可快捷地将三维模型直接转换为二维工程图。“视图”功能可根据图纸页的大小创建基本、标准等视图，同时也支持自动生成图纸布局，并能按ISO 标准和国标标注尺寸、表面粗糙度符号和注释等；能直接对模型做简单/阶梯剖、半剖、旋转剖、轴测剖、局部剖等操作以生成各类剖视图。同时可通过插入“表格”功能，创建标题栏、孔表、明细表等。

2 UG NX8.0 在产品设计中的优势与特点

1）草图功能完备，便于对象的绘制与修改。在创建模型拉伸、回转等特征时，截面形状需在草图环境中进行绘制、编辑与约束。在进行二维草图绘制时，草图对象(如直线、矩形、圆、样条曲线、圆角等)的绘制与AutoCAD 的二维绘图功能操作基本相当，熟悉AutoCAD 操作的用户可轻松上手。UGNX8.0 的“约束”功能可对对象进行定位或确定对象之间的相互关系，如：固定长度、相切、等半径、共线等，有效提高了绘图的精准性。用户对对象进行标注后，可直接修改标注尺寸值从而改变对象的大小。而利用AutoCAD 进行二维绘图与编辑时，不能通过直接修改尺寸值改变对象的大小，因此需首先确定对象的相对位置和精确绘制对象的尺寸，否则会导致后期的修改困难。与AutoCAD 不同的是，利用UGNX8.0 可首先绘制出对象的大致轮廓，再利用约束和尺寸关联对象的功能确定对象的精准位置和尺寸，从而大大提高了产品设计的灵活性、节省了修改的时间。

2）与Pro/E 相比较，UG 的建模优势在于可以进行复合建模，支持传统的显示建模、参数化建模、基于约束的建模，并将这些工具汇集在同一建模环境下，体现了操作的便捷性。在三维建模中曲线是建模的基础，将关系到生成曲面和实体的精度质量。在曲面造型方面，UG 的曲面功能更为突出，提供了更为丰富的曲面构造工具与曲面分析工具，曲面的创建方法有20 多种，方便用户设计不规则曲面的产品。与3ds Max 相比，UG 设计出的是实体，而3ds Max 只是设计图像，主要用于工业设计、广告、影视制作、装饰设计等领域，如动画、角色、效果图渲染等，无法用于制造领域。AutoCAD 虽然也有三维建模功能，但功能不够完备，仅能创建一些简单的三维模型，因此该软件多用于二维平面图的绘制。

3）能有效创建三维模型的二维工程图，并与之相关联。二维工程图是便于工程技术人员相互沟通的一种重要图样形式。目前，行业中大部分仍利用AutoCAD 软件设计出产品并按照装配关系进行二维工程图的绘制，这样不仅设计效率低、设计人员劳动强度大且不直观、易出错。而UGNX8.0 制图界面简洁、归类清晰直观，能够将三维模型准确转换为二维工程图，插入父视图后，系统可自动对齐其余视图，并能生成轴测视图。且三维模型中所做的更改可自动关联至二维工程图中，有效防止转换过程中产生的错漏和不规范，增强了绘制二维工程图的准确性、快捷性，使用户能够将更多的时间与精力投入到产品设计本身而非繁杂的二维工程图绘制上。对于习惯利用AutoCAD 绘制二维工程图的用户而言，可先用UG 软件进行三维建模，转换为二维工程图后以dwg 格式导出，最后在AutoCAD 上添加符合要求的标注、图框和表格等内容。

3 设计实例

随着计算机辅助设计（英文缩写为CAD）技术的发展，CAD 技术越来越多的应用于产品设计中。设计者仅通过电脑的鼠标操作便可干净、高效、直观地完成繁琐的设计工作，从而掀起了一场“无纸化设计”革命。本文以手机后盖为例，详细介绍了利用UGNX8.0 进行产品设计的过程。

3.1 设计流程与建模方式

产品设计流程会根据不同的产品类型、特点、工艺技术和设计软件有所不同，下面提供利用UGNX8.0 进行产品设计的流程与建模方式以供参考。

首先，进行概念设计，形成设计模型，把握好设计中关键的结构与约束；其次，理顺三维建模思路，以尽可能少的建模步骤、更直观的建模过程、更易修改的模型为前提，提取产品的细节特征、草图特征、设计特征。在平面内完成二维草图截面或轨迹绘制后，利用拉伸、回转、扫掠等方式完成三维建模，各特征之间可以通过布尔操作进行组合；然后，根据实际需要进行产品的分析、优化与外观处理，如疲劳分析、应力分析、NC 仿真及优化、动态仿真等。最后，进入工程图环境，进行图纸页的创建。在基本视图创建完成后可适当地创建剖视图、局部放大图等高级视图，再添加标注、注释、表格等内容，完成三维模型向二维工程图的转换。

在建模方式上，主要运用“特征添加”的方式。这是一种更有效、更直观、更易提取关键要素、表达更符合设计者设计习惯的方式。各特征之间是相互独立的，可以根据需要随时更改相关参数，但各特征之间又是相互关联的，可通过布尔操作组合，且建模的过程与后续的加工过程可以共通，在添加特征时，可顺带添加与之相关的工程制造等信息。

3.2 设计步骤

手机后盖的整体设计尺寸为121 mm×60 mm×8 mm，在UGNX8.0 中选择［建模］模块进行三维造型，具体步骤如下：

1）创建长方体特征。选择［拉伸］命令，在绘制截面中选择YZ 基准平面为草图平面绘制尺寸为60 mm×8 mm的矩形，完成草图后选择结束的距离值为121 mm，拉伸矢量为X 轴，得到一个符合设计尺寸的长方体。

2）选择［边倒圆］命令，对长方体的边分别进行半径为3 mm 和10 mm 的边倒圆操作，以完成边倒圆特征的创建，如图1 所示。

3）创建抽壳特征。选择［偏置/缩放］中的抽壳命令，抽壳类型为移除面，然后抽壳，抽壳厚度为1 mm，确保手机后盖的整体壳厚为1 mm，如图2 所示。

4）手机后盖上各类型特征的创建。后盖上需设计有摄像头、闪光灯、耳机、开关等功能孔。这些孔特征可通过［拉伸］命令创建，以功能孔所在平面为草图平面进行草图的绘制后，选择结束的距离值为2 mm，然后对壳体进行布尔求差，完成各特征的创建，如图3 所示。值得注意的是拉伸矢量会根据草图平面方位的不同而有所不同，在选择矢量方向的时候要视具体的方位而定。后盖内卡扣的创建操作基本如前，选择结束的距离值为0.3 mm，然后对壳体进行布尔求和，如图4 所示。为确保卡扣在两侧边的对称性，在完成一边的卡扣特征创建后，可选择[关联复制]中的镜像特征命令，以XZ 为镜像平面进行镜像操作。

5）外观处理。这一步骤主要是对手机后盖进行着色、凹凸和透明度等参数的设置，以得到符合该产品设计理念、时尚、流行的外观造型。本产品的外表面采用具有皮革质感的防刮花设计，制品材料为ABS+PC。选择[可视化]中的材料/纹理命令后，在“部件中的材料”选项卡空白处右击新建可视化材料，对材料外观进行相应的常规、凹凸、透明度等设置，以得到所需的外观效果，如图5 所示。

4 结 语

“三维设计”已逐步成为设计行业中的主流，对于设计师而言要与时俱进，具备先进的三维设计理念。UGNX8.0 的功能强大，通过手机后盖设计实例可知，该软件有着模块分类清晰、操作直观、相互转换方便、建模快速等特点，是一款值得学习与运用的软件。利用UGNX8.0设计手机后盖为本项目的前段工作与成果，设计好的模型可直接导入到该软件中进行后阶段的注射模具设计。

［1］ 展迪优.UGNX8.0 快速入门教程［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［2］ 吉海云.UG 开发技术在三维零部件设计中的应用［J］.科技传播，2012（24）：126-128.

［3］ 邓婕.浅谈UG 软件在机械设计中的应用与研究［J］.露天采矿技术，2010，27（2）：61-63.

［4］ 王林峰，毕长飞.UG 技术的应用及发展［J］.机械，2010，37（7）：51-54.