UG軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

張紅升

摘要：使用UG 軟件設(shè)計(jì)具有直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，并且可以進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢測(cè)、動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析和NC輔助加工制造，可大大縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：UG 機(jī)械設(shè)計(jì)

1.前言

Unigraphics（簡(jiǎn)稱UG）是美國(guó)ugs推出的一套CAD /CAM /CA E 集成軟件系統(tǒng)，可應(yīng)用于產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、建模、分析和加工等。它不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且還可以進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析，能夠提高設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)，還可以運(yùn)用建立好的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工。在不需要實(shí)際制造樣機(jī)的情況下，模擬了大部分實(shí)際情況。這就使得新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期大為縮短，使新的產(chǎn)品能盡早占領(lǐng)市場(chǎng)，為企業(yè)贏得最佳效益。

2.UG 在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

UG軟件作為機(jī)械工程設(shè)計(jì)中最具活力的工具之一，它主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的以下諸方面：三維實(shí)體造型、設(shè)計(jì)審查與評(píng)價(jià)（如干有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析等）、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工程圖的制作、鈑金設(shè)計(jì)、管線布置、工裝模具設(shè)計(jì)等。在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用UG軟件具有更高效率、更高質(zhì)量、更低成本的優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）采用三維設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更加直觀、形象

機(jī)械類產(chǎn)品是一種看得見(jiàn)摸得著的三維實(shí)體。然而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是用正投影法二維視圖來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想。雖然這種方法能產(chǎn)品尺寸結(jié)構(gòu)等信息，但卻存在著一些弊端。首先：無(wú)論是設(shè)計(jì)人員還是加工人員都要經(jīng)過(guò)專門(mén)訓(xùn)練才能在大腦中將二維視圖轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體。其次：如果產(chǎn)品有復(fù)雜的裝配關(guān)系，或者復(fù)雜的曲面，則使用二維視圖表達(dá)顯得力不從心。再次：如果設(shè)計(jì)及繪圖過(guò)程中稍有不慎，就容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且不容易發(fā)現(xiàn)。而使用UG三維軟件可以直接用計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的三維模型，隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，其最大的好處是三維設(shè)計(jì)形象直觀，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性讓人一目了然，容易在模擬裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)尺寸。UG軟件允許在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，利用相鄰零件的位置及形狀來(lái)設(shè)計(jì)新零件，可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致裝配的失敗。

（2）數(shù)據(jù)的相關(guān)性

在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中，應(yīng)用裝配建模和部件間的數(shù)字驅(qū)動(dòng)，建立了零件之間的相互參照關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件之間的相關(guān)性，只需要更改部件或者裝配中的零部件尺寸，就可以方便的更改全局的零部件尺寸。同時(shí)，在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中，應(yīng)用主模型方法，實(shí)現(xiàn)集成環(huán)境中各個(gè)應(yīng)用模塊之間保持完全的相關(guān)性，不需要重新生成模型。

（3）裝配干涉、運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析

由于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)不夠直觀形象，所以比較難發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的裝配干涉，或運(yùn)動(dòng)干涉。而在UG中可以使用不同的約束把各個(gè)機(jī)械零件裝配起來(lái)，如果發(fā)現(xiàn)干涉就可及時(shí)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行修改。在產(chǎn)品裝配模型完成后還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，模擬和評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)的一些特性，如位移、運(yùn)動(dòng)范圍、加速度、速度、力及運(yùn)動(dòng)干涉，評(píng)估產(chǎn)品的功能與開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是否相符。UG軟件可以模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況， 可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段直接檢查機(jī)械系統(tǒng)中各個(gè)零部件在空間的裝配和干涉情況， 最終實(shí)現(xiàn)可視化的設(shè)計(jì)。

（4）高級(jí)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與UG 有限元分析模塊比較，UG 軟件可快捷地對(duì)所設(shè)計(jì)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，更精確地分析出最大應(yīng)力及最大應(yīng)力的位置，并結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行優(yōu)化，確定出滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷及安全系數(shù)要求的合理結(jié)構(gòu)；同時(shí)將機(jī)械設(shè)計(jì)工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來(lái)，將更多的精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，從而極大地提高了設(shè)計(jì)水平和效率，并且做到優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少材料消耗和成本，增加產(chǎn)品的可靠性。

（5）設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化方便信息傳遞

由于先進(jìn)的信息處理技術(shù)不僅使設(shè)計(jì)過(guò)程全部數(shù)字化，而且設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在正式加工制造之前，即可利用UG三維設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬組裝、動(dòng)態(tài)仿真及有限元分析，在產(chǎn)品正式加工前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷并進(jìn)行改進(jìn)，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。另外，隨著信息高速公路的開(kāi)通，信息傳輸技術(shù)已達(dá)到了一個(gè)新階段，設(shè)計(jì)圖紙甚至跨國(guó)傳輸、設(shè)計(jì)方案的實(shí)時(shí)異地討論、異地現(xiàn)場(chǎng)修改都已成為現(xiàn)實(shí)。

3.UG在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的不足

UG軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，其技術(shù)是新興技術(shù)，仍在高速發(fā)展。它給企業(yè)帶來(lái)了效率和效益。但其應(yīng)用卻存在著不足，主要表現(xiàn)在：

（1）應(yīng)用UG的層次不高，目前很多單位在用UG 軟件，但大多數(shù)只是在用該軟件做三維造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)然這也有很多優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)直觀、修改容易。但是如果只停留在這個(gè)階段，并不能稱之為真正的機(jī)械設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@只是借鑒了前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，至于為什么要這樣設(shè)計(jì)，我們還需要進(jìn)一步的對(duì)機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)分析、有限元分析等，同時(shí)驗(yàn)證我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否滿足了設(shè)計(jì)的要求，這樣才可以真正體現(xiàn)UG軟件的強(qiáng)大功能。

（2）精通UG軟件的設(shè)計(jì)人員較少，不能充分發(fā)揮UG的功能。隨著UG軟件的推廣，大家對(duì)該軟件有了一定的了解，也意識(shí)到它的巨大優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)精通CAD、CAM、CAE三個(gè)模塊的設(shè)計(jì)人員比較少，大多數(shù)工程師很難在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)掌握三種模塊并靈活運(yùn)用，他們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品就很可能存在一些缺陷。

4.結(jié)語(yǔ)

UG是一種高度集成的三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，徹底改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。由于其強(qiáng)大的功能，現(xiàn)已成為當(dāng)今世界最為流行的CAD＼CAM＼CAW軟件系統(tǒng)之一，廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、模具、家電、汽車及航天領(lǐng)域?？傊琔G已在機(jī)械設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用，使機(jī)械設(shè)計(jì)提高到全新的水平。它的迅速發(fā)展必將能滿足現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)更高的需求，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的支持。