铜丝自动缠绕机的3D虚拟装配

黄辉明

摘 要：UG NX（Unigraphics NX）是Siemens公司出品的一个产品工程解决方案，是现代电脑辅助设计中应用最广泛的先进3D软体，其功能十分强大。笔者研究了依靠UG软体的铜丝缠绕机各部件的虚拟建模及装配过程，展示了在UG NX的装配功能对铜丝缠绕机各零件如滚动滑轮、轴、缠绕机座、面板、支架的虚拟装配，根据最终3D装配图对铜丝缠绕机各零件之间的装配干涉关系进行检测，进一步验证设计的铜丝缠绕机是否合理，提高了铜丝缠绕机设计的准确性和效率。

关键词：UG 参数化设计 3D建模 虚拟装配

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0012-01

CAD技术是通过电脑和CAD工程软体对设计“产品”进行分析与模拟，调整改进产品结构与性能，此类技术将设计人员所拥有的最优特性（创造性思维、形象思维、知识经验、综合判断与分析的能力）与电脑强大的记忆与信息检索功能，海量数据的高速精确计算与处理能力，易于修正规划，作业状况稳定且不疲劳的特性结合起来，然后极大增进设计速度和效率，增进规划质量，降低规划成本。在机械设计中，利用UG的3D实体建模功能和虚拟装配功能，能使产品开发周期大大缩短，设计的可靠性大大提高。该课题以铜丝缠绕机为研究对象，在实际生产生活中，为了保护产品及运输的方便，要对铜丝进行包装，传统的人工包装效率低而且包装的质量也不好，所以有必要设计出自动包装铜丝的机械，对铜丝进行快速且高质量的包装，用UG对其进行设计和虚拟装配将大大提高设计效率和设计质量。

1 铜丝缠绕机设计方案

用UG的3D实体建模功能生成铜丝缠绕机的各部件，然后在虚拟装配功能下在各部件的基础上对铜丝缠绕机进行虚拟装配，并检查安装在铜丝缠绕机上的各零件是否存在干涉现象。主要零件参数如下：

叠合范围：任意重叠（可调）

包装材料：编织带（或其他缠绕材料）

铜丝宽度W：W≤500 mm

钢带外径OD：800 mm≤OD≤1400 mm

钢带内径ID：450 mm≤ID≤1000 m

环体转速v：v≤40 r/min（变频控制）

托辊高度：约500 mm

托辊承重：≤2000 kg

总 功 率：约3 kW

电压/频率：3￠380 V/50 Hz

重量：约2000 kg

1.1 最终模型图及工作原理

如图1，当铜丝放到底座的滚轴上时，可以通过升降手轮1来调整面板到合适的高度，然后转动手轮6，通过四个固定滑轮8使铜丝准确的固定在底座的正中间；在电机的带动下，4开始旋转，从而通过皮带5带动另一滚轴以同速同向的运动转动使铜丝在滚轴摩擦力作用下以开始滚动，其滚动速度可能通过调整电动机的速度来实现；同时，另一电动机带动主轴10转动，主轴10通过面板后的皮带带动其他三个滚轮一起以同速同向转动，从而在摩擦力的作用下带动胶带环9以一定的方向旋转；在两个运动同时作用下，使在3上装的胶带准确、快速的缠绕在铜丝上，完成对铜丝的自动化包装。

1.2 铜丝缠绕机的装配

1.2.1 装配的概述

UG NX装配模块不但可以方便的将散件组装配成产品，更能够在装配中，依照另外部件展开部件关联设计，并对装配模型进行干涉分析与材质参数管理等操作。装配模型完成后，进而生成装配爆炸图，并可将其引入到装配工程图中。同时，在工程装配图中可自动产生装配明细表，同时对轴测图设计局部挖切。

虚拟装配：次装配模式是根据部件链接关系建立装配。该装配模式有以下三个优点：（1）由于是链接部件而不是部件复制到装配，因此，装好配时需要的内存空间小；（2）装配中不需要编辑的下层部件可简化显示，提高显示速度；（3）当构成装配的部件修改时，装配自动更新。

1.2.2 缠绕机座组件的装配

对缠绕机底座进行装配，底座组件包括15个零件，缠绕机座为基础零件，4个完全相同的固定滑轮、滚轮和轴做为配合零件，最后装相三角带。导入基础零件——缠绕机座并安装轴和固定滑轮。点击添加现有的组件按钮，然后选择部件文件，选取缠绕机座做为部件文件，一直点击确定按钮。然后又回到选择部件文件对话框，选择与缠绕机座轴支撑部分相配合的轴，在定位里面选择配对，然后点击确定。点击配对按钮，分别选择轴端面和缠绕机座上的孔端面做为配合面，点击应用进行装配，然后再分别选择配对类型为中心，选择轴的外圆表面和缠绕机座孔的内表面，点击确定，使轴的轴心线与缠绕机座孔的轴心线重合，从而配合完成。

1.2.3 面板的装配

方法是：在配对条件中选择配对按钮，分别选择滚轮侧面和面板的表面，点击应用按钮，在配对条件中选择中心按钮，选择滚轮孔中心和面板上轴的中心，点击确定按钮，完成四个小滚轮的装配。以同样的步骤选择轴和大滚轮进行依次装配。

1.2.4 铜丝缠绕机的总装配

铜丝缠绕机的总装配包括缠绕机座组件的装配、与面板组件的装配、与支架组件的装配、面板后盖、操作面板、螺钉、垫片、定位销等许多元件的装配，具体的生成的最终装配图见图1所示。通过做虚拟干涉检测关系可以看出，铜丝缠绕机的结构设计合理，没有产生任何干涉现象。铜丝自动缠绕机是专门为冶金行业而研究，设计，制造的一种新颖的缠绕缠绕机，用于铜丝、焊丝、线缆等线材的缠绕包装，以达到良好的保护和装饰作用。

1.3 制作工程图

单击“图纸布局”工具栏上的“基本视图”图标按钮，在图纸上合适的位置放置基本视图，并添加相应的投影视图、轴二测视图，并标注其装配的整体尺寸。

2 结语

UG是一个功能强大的电脑辅助设计软体，本文所讨论的是利用UG平台来创建缠绕机系列零件的3D模型，并在UG环境下实现缠绕机的虚拟装配。通过虚拟装配，可以减少设计过程中的缺陷和不足，提高设计的效率和准确性。由于时间的关系和对软体掌握程度的不足，没能对整个铜丝缠绕机进行参数化建模，对缠绕机的设计也比较简单，以后需要在此基础上进一步改进。

参考文献

[1] 叶国林，谢龙汉.UG NX8三维设计全解视频精解[M].电子工业出版社，2013.

[2] 王瑞东，潘文斌.UG NX8中文版设计基础与实践[M].机械工业出版社，2012.

[3] 谢龙汉.UG NX8三维造型设计及制图[M].清华大学出版社，2013.endprint