UGNX8.0在產品設計中的應用

梁莉，黃春燕，楊文超

（廣西大學 行健文理學院，廣西 南寧 530005）

0 引 言

UG 其縮寫為Unigraphics，是由美國UGS 公司研發的三維CAD/CAM/CAE 軟件系統。該軟件功能強大，可用于產品從三維造型設計、分析計算、仿真模擬、工程圖輸出，直至模具設計、鈑金設計等生產加工的全過程。在強調制造業是國家經濟發展基礎的大環境下，UG 的應用范圍涉及汽車、船舶、航空等領域。隨著版本的不斷更新，其功能越來越完備，更能滿足人性化設計的需求，提高設計的效率，并縮短新產品的設計周期。本文從UGNX8.0 在產品設計領域的應用出發，結合其優勢，并基于該軟件設計了一款手機后蓋，具體闡述了利用UGNX8.0 進行產品設計的思路與流程。

1 UG NX8.0 在產品設計中的常用模塊

UGNX8.0 的多種功能是通過不同模塊來實現的，各模塊之間既相互獨立又相互關聯，可以通過“開始”下拉菜單進行切換。下面簡要介紹UGNX8.0 中涉及產品設計的常用模塊及功能。

1）基本環境。這是一個交互環境，主要用于打開、創建、保存部件文件，工程圖創建、模塊選擇等一般性功能；提供視圖顯示操作、工作坐標系操控、屏幕布局和層功能、對象信息和分析等。

2）零件建模。主要可分為實體建模、曲面建模、特征建模和鈑金特征建模。用戶可通過實體建模進行二維和三維的參數化或非參數化模型的創建及相關編輯。曲面設計模塊主要用于設計造型復雜的產品，由于曲面的創建方法和過程具有一定的特殊性與技巧性，對于初級用戶而言不太容易掌握。特征建模可用于孔、螺紋、凸起等特征的創建與編輯；允許實體面相對于指定的拔模方向成一角度，以便于部件與模具分離；可通過抽殼創建有一定壁厚值的殼體；可對特征進行一個或多個有規律性的關聯復制，如線性布局、圓形布局、多邊形布局等。鈑金特征建模主要用于創建基本鈑金特征、附加鈑金特征。在鈑金模塊下可進行鈑金彎邊、折彎、沖孔、拐角等操作。用戶可針對所設計產品的特點選擇相應的建模方式，同時不同建模方式下所對應的工具欄下拉菜單或工具條按鈕中均有具體的命令，操作簡單、快捷，使建模效率得以提高。

3）裝配。產品往往是由一定數量的零件和部件組成的。如需按照設計要求，將這些零件和部件按一定方式組合成產品，則需要用到裝配模塊。UGNX8.0 可支持“自頂向下”和“自底向上”的裝配方式。所謂的自頂向下裝配是從裝配體中展開設計工作，直接創建新的零件。而自底向上裝配是較為常用的設計方法，是先將零件設計好，然后再按順序插入到裝配體中。用戶可通過裝配導航器查詢、編輯、刪除組件和約束；利用爆炸圖工具可生成裝配圖爆炸圖，清楚地反映裝配體的結構，判斷裝配的合理性；而虛擬裝配功能可有效定位組件和設置組件間所對應的位置關系，縮短設計周期。

4）工程圖。該模塊出圖功能強大，可快捷地將三維模型直接轉換為二維工程圖。“視圖”功能可根據圖紙頁的大小創建基本、標準等視圖，同時也支持自動生成圖紙布局，并能按ISO 標準和國標標注尺寸、表面粗糙度符號和注釋等；能直接對模型做簡單/階梯剖、半剖、旋轉剖、軸測剖、局部剖等操作以生成各類剖視圖。同時可通過插入“表格”功能，創建標題欄、孔表、明細表等。

2 UG NX8.0 在產品設計中的優勢與特點

1）草圖功能完備，便于對象的繪制與修改。在創建模型拉伸、回轉等特征時，截面形狀需在草圖環境中進行繪制、編輯與約束。在進行二維草圖繪制時，草圖對象(如直線、矩形、圓、樣條曲線、圓角等)的繪制與AutoCAD 的二維繪圖功能操作基本相當，熟悉AutoCAD 操作的用戶可輕松上手。UGNX8.0 的“約束”功能可對對象進行定位或確定對象之間的相互關系，如：固定長度、相切、等半徑、共線等，有效提高了繪圖的精準性。用戶對對象進行標注后，可直接修改標注尺寸值從而改變對象的大小。而利用AutoCAD 進行二維繪圖與編輯時，不能通過直接修改尺寸值改變對象的大小，因此需首先確定對象的相對位置和精確繪制對象的尺寸，否則會導致后期的修改困難。與AutoCAD 不同的是，利用UGNX8.0 可首先繪制出對象的大致輪廓，再利用約束和尺寸關聯對象的功能確定對象的精準位置和尺寸，從而大大提高了產品設計的靈活性、節省了修改的時間。

2）與Pro/E 相比較，UG 的建模優勢在于可以進行復合建模，支持傳統的顯示建模、參數化建模、基于約束的建模，并將這些工具匯集在同一建模環境下，體現了操作的便捷性。在三維建模中曲線是建模的基礎，將關系到生成曲面和實體的精度質量。在曲面造型方面，UG 的曲面功能更為突出，提供了更為豐富的曲面構造工具與曲面分析工具，曲面的創建方法有20 多種，方便用戶設計不規則曲面的產品。與3ds Max 相比，UG 設計出的是實體，而3ds Max 只是設計圖像，主要用于工業設計、廣告、影視制作、裝飾設計等領域，如動畫、角色、效果圖渲染等，無法用于制造領域。AutoCAD 雖然也有三維建模功能，但功能不夠完備，僅能創建一些簡單的三維模型，因此該軟件多用于二維平面圖的繪制。

3）能有效創建三維模型的二維工程圖，并與之相關聯。二維工程圖是便于工程技術人員相互溝通的一種重要圖樣形式。目前，行業中大部分仍利用AutoCAD 軟件設計出產品并按照裝配關系進行二維工程圖的繪制，這樣不僅設計效率低、設計人員勞動強度大且不直觀、易出錯。而UGNX8.0 制圖界面簡潔、歸類清晰直觀，能夠將三維模型準確轉換為二維工程圖，插入父視圖后，系統可自動對齊其余視圖，并能生成軸測視圖。且三維模型中所做的更改可自動關聯至二維工程圖中，有效防止轉換過程中產生的錯漏和不規范，增強了繪制二維工程圖的準確性、快捷性，使用戶能夠將更多的時間與精力投入到產品設計本身而非繁雜的二維工程圖繪制上。對于習慣利用AutoCAD 繪制二維工程圖的用戶而言，可先用UG 軟件進行三維建模，轉換為二維工程圖后以dwg 格式導出，最后在AutoCAD 上添加符合要求的標注、圖框和表格等內容。

3 設計實例

隨著計算機輔助設計（英文縮寫為CAD）技術的發展，CAD 技術越來越多的應用于產品設計中。設計者僅通過電腦的鼠標操作便可干凈、高效、直觀地完成繁瑣的設計工作，從而掀起了一場“無紙化設計”革命。本文以手機后蓋為例，詳細介紹了利用UGNX8.0 進行產品設計的過程。

3.1 設計流程與建模方式

產品設計流程會根據不同的產品類型、特點、工藝技術和設計軟件有所不同，下面提供利用UGNX8.0 進行產品設計的流程與建模方式以供參考。

首先，進行概念設計，形成設計模型，把握好設計中關鍵的結構與約束；其次，理順三維建模思路，以盡可能少的建模步驟、更直觀的建模過程、更易修改的模型為前提，提取產品的細節特征、草圖特征、設計特征。在平面內完成二維草圖截面或軌跡繪制后，利用拉伸、回轉、掃掠等方式完成三維建模，各特征之間可以通過布爾操作進行組合；然后，根據實際需要進行產品的分析、優化與外觀處理，如疲勞分析、應力分析、NC 仿真及優化、動態仿真等。最后，進入工程圖環境，進行圖紙頁的創建。在基本視圖創建完成后可適當地創建剖視圖、局部放大圖等高級視圖，再添加標注、注釋、表格等內容，完成三維模型向二維工程圖的轉換。

在建模方式上，主要運用“特征添加”的方式。這是一種更有效、更直觀、更易提取關鍵要素、表達更符合設計者設計習慣的方式。各特征之間是相互獨立的，可以根據需要隨時更改相關參數，但各特征之間又是相互關聯的，可通過布爾操作組合，且建模的過程與后續的加工過程可以共通，在添加特征時，可順帶添加與之相關的工程制造等信息。

3.2 設計步驟

手機后蓋的整體設計尺寸為121 mm×60 mm×8 mm，在UGNX8.0 中選擇［建模］模塊進行三維造型，具體步驟如下：

1）創建長方體特征。選擇［拉伸］命令，在繪制截面中選擇YZ 基準平面為草圖平面繪制尺寸為60 mm×8 mm的矩形，完成草圖后選擇結束的距離值為121 mm，拉伸矢量為X 軸，得到一個符合設計尺寸的長方體。

2）選擇［邊倒圓］命令，對長方體的邊分別進行半徑為3 mm 和10 mm 的邊倒圓操作，以完成邊倒圓特征的創建，如圖1 所示。

3）創建抽殼特征。選擇［偏置/縮放］中的抽殼命令，抽殼類型為移除面，然后抽殼，抽殼厚度為1 mm，確保手機后蓋的整體殼厚為1 mm，如圖2 所示。

4）手機后蓋上各類型特征的創建。后蓋上需設計有攝像頭、閃光燈、耳機、開關等功能孔。這些孔特征可通過［拉伸］命令創建，以功能孔所在平面為草圖平面進行草圖的繪制后，選擇結束的距離值為2 mm，然后對殼體進行布爾求差，完成各特征的創建，如圖3 所示。值得注意的是拉伸矢量會根據草圖平面方位的不同而有所不同，在選擇矢量方向的時候要視具體的方位而定。后蓋內卡扣的創建操作基本如前，選擇結束的距離值為0.3 mm，然后對殼體進行布爾求和，如圖4 所示。為確保卡扣在兩側邊的對稱性，在完成一邊的卡扣特征創建后，可選擇[關聯復制]中的鏡像特征命令，以XZ 為鏡像平面進行鏡像操作。

5）外觀處理。這一步驟主要是對手機后蓋進行著色、凹凸和透明度等參數的設置，以得到符合該產品設計理念、時尚、流行的外觀造型。本產品的外表面采用具有皮革質感的防刮花設計，制品材料為ABS+PC。選擇[可視化]中的材料/紋理命令后，在“部件中的材料”選項卡空白處右擊新建可視化材料，對材料外觀進行相應的常規、凹凸、透明度等設置，以得到所需的外觀效果，如圖5 所示。

4 結 語

“三維設計”已逐步成為設計行業中的主流，對于設計師而言要與時俱進，具備先進的三維設計理念。UGNX8.0 的功能強大，通過手機后蓋設計實例可知，該軟件有著模塊分類清晰、操作直觀、相互轉換方便、建模快速等特點，是一款值得學習與運用的軟件。利用UGNX8.0設計手機后蓋為本項目的前段工作與成果，設計好的模型可直接導入到該軟件中進行后階段的注射模具設計。

［1］ 展迪優.UGNX8.0 快速入門教程［M］.北京：機械工業出版社，2013.

［2］ 吉海云.UG 開發技術在三維零部件設計中的應用［J］.科技傳播，2012（24）：126-128.

［3］ 鄧婕.淺談UG 軟件在機械設計中的應用與研究［J］.露天采礦技術，2010，27（2）：61-63.

［4］ 王林峰，畢長飛.UG 技術的應用及發展［J］.機械，2010，37（7）：51-54.