UG軟件在汽車(chē)車(chē)身CAD建模中的使用

張捷

摘要：汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展很大程度上反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)狀況，隨著汽車(chē)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，汽車(chē)企業(yè)將創(chuàng)新重點(diǎn)放在了汽車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)上。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)是汽車(chē)設(shè)計(jì)方面必定廣泛采用的技術(shù)，此技術(shù)能夠縮短汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。選擇奧迪R8車(chē)身造型為研究對(duì)象分析汽車(chē)車(chē)身建模的過(guò)程，介紹了UG軟件以及CAD技術(shù)的概念與優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用UG軟件具有的自由曲線曲面造型功能，將奧迪R8汽車(chē)車(chē)身主要輪廓線勾畫(huà)出來(lái)，經(jīng)UG軟件的使用，最終得到汽車(chē)車(chē)身模型。此方法也適用于其他品牌汽車(chē)車(chē)身建模。

Abstract： The development of automobile industry reflects the economic situation of a country to a great extent. With the increasing competin of automobile industry， automobile enterprises focus on automobile design technology. Computer aided design （CAD） technology is widely used in automobile design， which can shorten the automobile development cycle， improve product quality and reduce production costs. This paper selects Audi R8 body modeling as the research object， analyzes the process of car body modeling， introduces the concept and advantages of UG software and CAD technology， and uses the free-form curve and surface modeling function of UG software to sketch out the main contour line of Audi R8 body， and finally obtains the car body model through the use of UG software. This method can also be applied to other brands of car body modeling.

關(guān)鍵詞：UG軟件;汽車(chē)外觀;CAD;車(chē)身建模

Key words： UG software;car appearance;CAD;body modeling

中圖分類(lèi)號(hào)：U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0206-02

0? 引言

汽車(chē)設(shè)計(jì)是一門(mén)較為復(fù)雜、難度大、很實(shí)用的綜合性課程，它綜合了材質(zhì)、力學(xué)、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，對(duì)專(zhuān)業(yè)課程的要求較高、領(lǐng)域較廣。CAD技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為輔助的新型信息技術(shù)，CAD技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給社會(huì)各行各業(yè)帶來(lái)了生產(chǎn)模式的改變，尤其是機(jī)械制造行業(yè)。目前，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、航天、建筑、船舶已經(jīng)輕工業(yè)等眾多領(lǐng)域，從此技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用水平就可以看出一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化程度。汽車(chē)車(chē)身CAD建模已經(jīng)是汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)軟件的應(yīng)用也是現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)工程師需要熟練掌握的技能[1]。

1? UG軟件與CAD建模概述

1.1 UG軟件與CAD建模簡(jiǎn)介? UG（Unigraphics）軟件是EDS公司擁有的著名軟件，經(jīng)美國(guó)眾多公司的廣泛引用，UG軟件積累了汽車(chē)、航空航天、輕工業(yè)等行業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上與其他軟件一同發(fā)展成為全球一流的CAD軟件。EDS公司曾與汽車(chē)公司進(jìn)行多年的合并，因此UG軟件在汽車(chē)設(shè)計(jì)方面的功能性較強(qiáng)，其是一個(gè)占內(nèi)存較大的軟件包，其中包含多模塊的特定功能，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需求選擇必要的模塊進(jìn)行安裝使用。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAD）是指以計(jì)算機(jī)為輔助工具幫助工程師和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)特定產(chǎn)品的分析、設(shè)計(jì)、繪圖、生產(chǎn)等過(guò)程。根據(jù)側(cè)重的主要使用技術(shù)不同，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包中具有主攻產(chǎn)品繪圖的CAD（Computer AidedDrafting）軟件，例如Unigraphics（UG）、AUTOCAD。

1.2 UG優(yōu)勢(shì)? UG軟件兼具產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析的功能，具有對(duì)產(chǎn)品信息的綜合管理作用，同時(shí)其對(duì)于零件的造型功能非常強(qiáng)大，可完成對(duì)零件表面以及實(shí)體造型的設(shè)計(jì)建模過(guò)程，對(duì)復(fù)雜零件的適用性也較強(qiáng);具有對(duì)產(chǎn)品的安裝匹配能力，可進(jìn)行全面的設(shè)計(jì);可生成高質(zhì)量的工程圖紙，能打到國(guó)家級(jí)工程圖紙的標(biāo)準(zhǔn);不僅可進(jìn)行零件曲面以及實(shí)體的設(shè)計(jì)，還能依此完成實(shí)際的數(shù)控加工過(guò)程;軟件的兼容性較強(qiáng)，可引進(jìn)產(chǎn)品CAD系統(tǒng)資源，也可依照用戶(hù)需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，豐富多樣化的使用功能，集分析、設(shè)計(jì)、加工與管理為一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度集成性。

UG軟件的實(shí)體建模是特征建模和幾何建模的結(jié)合，這種復(fù)合式的建模方式是較為實(shí)用的建模技術(shù)，具有將實(shí)體模型進(jìn)行其曲面、形狀等特征的靈活編輯與修改能力，表1介紹了不同CAD系統(tǒng)的功能比較[2]。

1.3 UG基本功能? 與一般其他軟件相同，有基礎(chǔ)的FILE菜單，菜單下有打開(kāi)、新建、保存、關(guān)閉等關(guān)于文檔的基礎(chǔ)操作指令，可通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行對(duì)象的選擇;選中圖像進(jìn)行右擊則會(huì)出現(xiàn)UG視窗可供設(shè)計(jì)，可將圖形進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等操作;為確定圖像位置，UG的坐標(biāo)系統(tǒng)有兩種，一種是統(tǒng)一的固定坐標(biāo)系統(tǒng)，另一種則是用戶(hù)可以更新的工作坐標(biāo)系;UG軟件通過(guò)對(duì)層的選擇進(jìn)行PART文件的組織，LAYER菜單下有多種功能，單擊LAYER之后選擇SETTINGS可設(shè)置某一層的工作狀態(tài)，也可以為其命名，選擇MOVE則是將被選對(duì)象在不同層之間移動(dòng)，選擇COPY功能則可將圖像復(fù)制到另一層中;打開(kāi)TOOLBOX選擇CURVE功能，為用戶(hù)提供了多種點(diǎn)和曲線的生成、修改、命名等三維作圖功能，例如圓形、橢圓、樣條曲線等[3]。

2? 模型規(guī)劃

汽車(chē)的構(gòu)成是非常復(fù)雜的，每一部分的組成都有其精致的做工，在汽車(chē)車(chē)身的整體外觀上擁有眾多的曲面設(shè)計(jì)，這些大小不等的曲面都有其特定的效果與用途。因此在汽車(chē)車(chē)身建模過(guò)程，首先要根據(jù)其具備的曲面特征用合適的建模軟件將曲面劃分為不同的模塊，之后將曲面進(jìn)行彼此之間的連接與混合等步驟組合成整體曲面。在對(duì)汽車(chē)車(chē)身建模前，需要分析車(chē)身的結(jié)構(gòu)，分析將車(chē)身整體可分解為哪些曲面，曲面擁有的特征和分別對(duì)應(yīng)的建模工具為哪些，確定車(chē)身建模的原點(diǎn)位置，模型建立的方法和步驟，根據(jù)車(chē)身的每部分組成結(jié)構(gòu)，提前判斷建模的基本工具以及每部分建模的難點(diǎn)等。汽車(chē)車(chē)身建模步驟大致分為以下幾步：①完整識(shí)別圖片，之后將汽車(chē)車(chē)身分解為不同的曲面組或者單獨(dú)曲面。②分別判定每個(gè)曲面的花紋圖形和生成所需工具，常見(jiàn)的曲面類(lèi)型有直紋面、掃略面或者拔模面等。③確定每組曲面甚至每個(gè)曲面之間的聯(lián)接方式和順序等。

首先簡(jiǎn)單分析奧迪R8汽車(chē)車(chē)身的曲面形狀，依據(jù)其不同的曲面設(shè)計(jì)原理與作用將其分為幾個(gè)曲面組合，分為小組的形式有助于之后分析曲面之間的聯(lián)系，便于建模。初步劃分車(chē)身的曲面結(jié)構(gòu)由前到后分別為汽車(chē)引擎蓋、前擋風(fēng)玻璃、翼子板、兩側(cè)車(chē)窗以及車(chē)門(mén)和后尾車(chē)身等。

3? UG軟件在汽車(chē)車(chē)身CAD建模中的使用

3.1 追蹤曲線

經(jīng)以上曲面分析以后開(kāi)始對(duì)汽車(chē)車(chē)身進(jìn)行CAD建模，運(yùn)行UG軟件，在FILE菜單欄新建一個(gè)文件，選擇建立模型，點(diǎn)擊“確定”選項(xiàng)，就新建好一個(gè)空白的文件夾了，首先確定頁(yè)面圖像的坐標(biāo)，以便于圖像整齊呈現(xiàn)，在菜單欄里尋找并點(diǎn)擊“視圖”“可視化”“光柵圖像”點(diǎn)擊正確的指令以后，將有關(guān)于汽車(chē)車(chē)身模型的三張TIF格式的圖像，分別導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件相應(yīng)的視窗中，根據(jù)之前選定的圖片坐標(biāo)，在視窗功能下將圖像調(diào)整好大小和位置。三維空間圖像的建立首先需要通過(guò)側(cè)視圖進(jìn)行車(chē)身側(cè)邊基礎(chǔ)曲線和特征曲面的標(biāo)記，之后進(jìn)行俯視圖獲得車(chē)身上方的曲線信息，對(duì)比側(cè)視圖與俯視圖的曲線，應(yīng)用相交曲線、曲線橋接等相關(guān)建模功能指令得到汽車(chē)車(chē)身空間曲線構(gòu)成。

3.2 創(chuàng)建車(chē)身曲面

①創(chuàng)建汽車(chē)引擎蓋曲面。在曲線網(wǎng)格顯示下建立引擎蓋曲面模型，由于汽車(chē)車(chē)身外觀是對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，因此可以先建立一半的模型，進(jìn)行鏡像的方式得到另外一半的模型，引擎蓋鏡像之后需要將兩邊連接的地方進(jìn)行修整，使得引擎蓋模型平整光滑。引擎蓋和車(chē)頂連接，因此橋接一條引擎蓋的邊線和一條車(chē)頂?shù)倪吘€，就可以得到兩條曲線。點(diǎn)擊“通過(guò)曲線網(wǎng)格”功能得到所需曲面，和拉伸曲面相切連接。

②創(chuàng)建車(chē)頂曲面。后備箱的蓋子和車(chē)頂是G1連接形式，先創(chuàng)建后備箱蓋的曲面才能組成車(chē)頂曲面。在整體的前后方向上車(chē)頂曲面和后備箱曲面的特征曲線是相同的，選擇同一條曲線追蹤，創(chuàng)建后備箱曲面和車(chē)頂曲面，后備箱蓋曲面要和車(chē)頂曲面相切連接。

③車(chē)尾曲面。車(chē)尾和后備箱蓋是G0連接方式，車(chē)尾曲面和后備箱蓋曲面要分開(kāi)獨(dú)立CAD建模。先在車(chē)身后方中間位置拉伸出一個(gè)面，創(chuàng)建的車(chē)尾曲面和此曲面相切連接。

④創(chuàng)建翼子板曲面。翼子板是遮蓋車(chē)輪的車(chē)身外板，分為前翼子板和后翼子板。經(jīng)投影確定翼子板的基本位置，經(jīng)多條樣條曲線的輔助，與投影曲線相交，確定具體的翼子板外形，最后點(diǎn)擊“通過(guò)曲線網(wǎng)格”這一功能創(chuàng)建完成到翼子板的曲面模型。前翼子板和后翼子板的創(chuàng)建方式相同，為得到更加精準(zhǔn)的翼子板曲面，曲面需要選擇合適的曲率數(shù)據(jù)，以使得模型更加接近汽車(chē)車(chē)身的真實(shí)外觀。

⑤創(chuàng)建連接曲面。汽車(chē)每一部分曲面之間都需要進(jìn)行連接，像車(chē)頂、引擎蓋、后備箱蓋以及翼子板等曲面。在之前建立好的網(wǎng)格曲線上添加幾條輔助曲線，凸顯出汽車(chē)車(chē)身部分的輪廓線，相同地選擇“通過(guò)曲線網(wǎng)格”功能創(chuàng)建出連接曲面，將車(chē)身各部分曲面進(jìn)行連接。

⑥創(chuàng)建車(chē)門(mén)曲面。經(jīng)投影確定位置，建立多條樣條曲線連接車(chē)門(mén)曲面的輪廓線，曲面之間呈G1連接方式的，需要應(yīng)用“橋接曲線”功能將首尾的兩條樣條曲線連接，之后逐面進(jìn)行網(wǎng)格，對(duì)于一些無(wú)法使用網(wǎng)格應(yīng)用的小的過(guò)渡曲面，那么就應(yīng)用“N邊曲線”功能，建立曲面以后再和整體曲面連接在一起。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用UG軟件建立了奧迪R8汽車(chē)車(chē)身CAD模型，創(chuàng)建完成后對(duì)模型進(jìn)行了曲面分析與修整。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)使得汽車(chē)行業(yè)的生產(chǎn)效率與水平大大提高，汽車(chē)設(shè)計(jì)師與工程師等都需掌握UG軟件各相功能的正確以及熟練使用，首先要規(guī)劃好模型曲面，確定曲面的分類(lèi)、整體輪廓線以及創(chuàng)建的步驟等，完成對(duì)車(chē)身曲面的逐一創(chuàng)建并連接為一體，最后需要經(jīng)高標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整與修改才能得到精美的三維車(chē)身模型。

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