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UG軟件相關模塊在電動工具中的應用；闡述產品概念設計﹑結構設計﹑模具設計的方法和技巧；產品設計中如何利用UG軟件提高產品質量，設計效率。

激烈的市場競爭使制造業對快速反應市場要求和一次制造成功等要求日益迫切。消費者追求的不僅僅是產品的質量，進一步的要求是藝術，美的享受。這就要求設計者開發出的產品更符合人的需求，力求實現產品的造型、合理的功能以及生產工藝達到藝術與科技的完美結合，從而使產品在市場上更有競爭力。這對于機械工藝設計師來說，既是巨大的挑戰，也是巨大的機遇。對于企業來說，其最關心的已不僅僅是要高效率地設計出某個零件產品，而是要高質量、低成本地及時地向市場推出滿足市場需要的產品，以獲得最大的經濟效益。也就是說，企業關心的是其產品從市場需求到設計、分析、制造，以至到質檢、營銷這一過程如何實現高效、優質、低耗這一目標。傳統的二維設計已基本不能滿足上述要求，選擇新的CAD軟件已成了公司的未來發展方向。TTi選擇了美國UGS公司開發的UG軟件作為公司的設計應用軟件。

一.電動工具產品的特點

結構復雜。手持電動工具既要滿足手感要求，還要考慮美感;不同地區客戶的區域性差異、不同的手型大小都得考慮在內。因而90%的外觀都是由復雜的自由曲面生成。

安全性要求高。TTi的產品大部分是銷往北美、歐洲、日本等地，產品必須符合國際和區域標準。為了防止因質量問題而影響公司的形象，產品在設計和生產過程中的每一個環節都必須時時把關，成品在出廠前都要經過嚴格的性能測試。

設計周期短。企業為了在市場中能占據優勢，每一款產品從市場調研、概念設計、結構設計到定型、模具圖及二維圖，需要在短時間內完成。

二.新產品開發過程

1.概念形成

新產品的設計主要是客戶的需求和集團內新類型產品的開發，而資料的來源往往是客戶提供的手繪產品外型草圖、照片、DXF文檔、CGM文檔、點云數據或手板等。這些數據UG都提供了轉化接口，可以直接傳遞。

UG/StylingDesign和Studio提供了產品外觀曲面生成、評估分析、和修剪的功能，它具有參數化的自由曲線和曲面的建模特點，而其中的freeformfeature和shape可完成復雜的外觀設計及創意，完成了的外 觀再經過UG/Photo渲染成逼真的三維實體模型(如圖1)送給客戶確定或進行市場調研，再進行產品開發、試產、生產。

UG/Capture模塊，它可根據得到的大量點云(PointsCloud)數據，自動智能化地抽象出三維形體特征，重構測量實物形體的幾何數字特征。此外，國際上著名的工業設計軟件AliasV9.0與UG的數據可以直接傳遞。UG軟件的功能模塊基本上滿足了公司的新產品開發需要。

2.概念設計

創建幾何圖形。例如，當產品開發的原始資料僅僅是圖片時，可通過UG/RasterImage調入等比例的TIFF文檔(如圖2)。

圖2 圖3

利用UG的曲線(spline、curves、sketch)造型功能進行外觀描繪及截面繪制。曲線在外觀造型中起到主導作用，曲線的曲率光順度將決定曲面的光順度、模型的合理性及美感。生成的曲線用UGFreeFormFeature和shape進行產品外觀曲面構造和修剪，然后依據功能準則、美學準則、檢查準則進行評估分析，在作出必要修改后進行UG/photo產品真實性渲染(如圖3)。完成后的產品外觀圖再送給客戶確定或進行市場調研，可行后將進行產品內部結構設計。

3.詳細設計

3.1設計內部結構筋骨位

在概念設計階段，結構設計組已經著手進行內部結構設計(如齒輪箱組)，這是一個由計算機支持的協同工作(CSCW:ComputerSupportedCooperativeWork)進行產品設計過程，產品數據由UG/Manager管理。UG/Manager應用主模型方法創建Part的數據，主模型是以軟件為中心的一個中央數據庫，它包括與產品相關的所有幾何和非幾何信息，用來為產品在生命周期中產品開發過程的各個階段和各個部門提供服務，所有用戶均可通過這個單一的主模型完成其技術任務，如3D圖、2D圖、NC刀位數據、模具圖和裝配信息等。這些任務可由不同的工程師完成，主模型可保證操作者工作的獨立性、安全性和工程數據的集中性。筋骨位設計中必須應用UG/WaveGeometrylink來實現零件與機殼之間全相關，這樣在零件修改的情況下，機殼筋位相應位置尺寸就會自動更新。如果用了WaveGeometrylink，零件與機殼卻沒有相關性，可通過改變參數設置文件ugenglish.def和ugmetric.def中的AssembliesAllowInterPart:no改為yes即可。

3.2檢查幾何尺寸和公差配合

這是產品設計中較關鍵的一步。在裝配中可利用Analysissimpleinterference進行靜態干涉檢查，確定相鄰兩零件間是否有干涉情況，如有干涉，兩零件的干涉區域將生成干涉條塊，呈高亮顯示。設計者可據此對主模型進行相應的修改，消除兩零件間的靜態干涉。

UG/Advancedassembly提供了clearanceanalysis，它可檢查一個群組中所有零件的五種干涉情況(No、Soft、Touching、Hard、Containmentinterference)。當輸入一公差值時，選擇相應的待檢查零件群組，就可生成一張對應零件間的五種干涉情況報表，設計者可根據報表內容進行相應的修改以滿足功能要求。

三.樣品制造與實驗

1.制作樣板

干涉檢查過的UG三維模型，用激光快速成型(RP&M)進行原型手板制作，主要采用光固化成型法(Stereolithography，SL)制成SLA樣板。原理是將激光聚焦到液態光敏樹脂表面令其有規律地固化，由點到線到面，完成一個層的建造;然後升降臺移動一個層片的距離，重新覆蓋一層液體材料，再建造一個層面，由此迭加成為一個三維實體。工序就是將UG三維模型檔案轉化成STL格式，用3Dlightyear軟件進行造支承和分層處理，再把檔案輸進激光快速成型系統，完成工件，去掉支承，經過打磨，便得成品。SLA樣板采用SL7540材料，接近PP和ABS，但韌性沒PP高，是目前SLA材料中吸水性低，能實現一定功能的光敏樹脂。SLA樣板改變了傳統靠手板師傅制作手板來確定外觀的這種落后的工藝，大大縮短了制板時間及費用，并且SLA板可裝樣板機進行性能測試，且精度很高。

2.物理測試

QA部門可以利用快速成型樣板進行性能測試，在產品開模之前就獲得第一手數據資料，改變了傳統產品設計要等到開模后才能進行測試這種落后的運作方式，節省的時間可想而知。

3.分析驗證測試結果

UG/CAE、Mechanisms可驗證和評估測試結果。電動工具最要把關的性能就是跌落測試結果，一把電動工具經過十個方位跌落後，必須保持客戶要求的一切性能。實驗分析的運動學機理是一個典型的瞬態碰撞過程，由於碰撞過程的動力學方程具有瞬態，高度非線性特性，不能用一般的靜力及模態分析方法求解 。

4.模具制造

為了縮短產品的開發周期，在產品外觀確定之后就可以著手進行外模設計，NC編程及刀路編排等相關的準備工作，這樣可實現產品模具設計和內部結構設計同時并進，使設計與制造有機結合，且相關的產品數據由UG/Manager統一管理與一個主模型中。當產品文件的某個面或特征數據被修改時，相應的二維圖、模具圖和NC刀位數據信息將會自動更新，這個過程與傳統模具設計制造相比就縮短了產品外模設計與制造的時間。
在產品內部結構完成之后，模具部門也就可以著手進行內模設計、NC刀路編排等。UG/CAM支持高速加工，復雜的曲面加工，如五軸銑。高速銑(HSM)其轉軸速度可達10000轉/分以上，配以高強度超微型銑刀，內模加工可以一次性成型，且不用手工拋光，提高了加工質量，也保證了內部結構的精確位置尺寸。最後，再輔以電火花(EDM)加工進行修整。
根據批量大小，模具製造也可直接採用快速成型(RP&M)原型複製軟質的硅橡膠模具。製作方法是將快速成型原型放入做好的鑄型架中，將經抽真空的混合硅膠倒入鑄型架中製作硅膠模，再將恒溫硬化後的硅膠模分模，取出原型。

四.總結

UG在TTi的應用是成功的，與傳統的二維軟件設計產品相比，產品從概念形成到投產的開發時間可縮短60%，且提高了產品質量。改模次數也從原來的幾十次減少到現在的幾次，甚至不用修改，大大節省了改模費用和寶貴的時間，在激烈的市場競爭中占據優勢。用UG/Photo渲染過的三維產品形像逼真，在產品開發前期就可在計算機中看到虛擬樣機，深受客戶的青睞。