基于UG的无图设计与制造技术解读文档格式.docx

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学　号：

20080020327

单　　位：

聊城大学东昌学院

指导教师：

崔传辉

2012年5月20日

摘要

深入研究草图建模、实体建模的基础理论方法及其在产品设计中的应用，提出无图设计与制造技术在未来制造业中的重要性，主要内容如下：

（1）系统的介绍了无图设计与制造技术的发展历史与未来发展前景。

（2）介绍了草图建模的方法和创建草图前的预设值问题。

（3）提出了体素的概念及利用体素来完成产品的设计。

（4）在实例中通过草图建模与实体建模的结合来实现对产品的设计制造。

关键词：

无图设计；

草图建模；

实体建模；

体素

Abstract

productdesign,theimportanceoftheproposedFigure-freedesignandmanufacturingtechnologyinthefuturemanufacturing,themaincontentsareasfollows:

（1）thehistoryofmapdesignandmanufacturingtechnologydevelopmentandthefutureprospectsforthedevelopment.

（2）Thedefaultvaluesketchmodelingmethodsandcreateasketch.

（3）voxelconceptanduseofthebodyhasalwaysbeentocompletetheproductdesign.

（4）Intheinstanceonproductdesignandmanufacturingthroughacombinationofsketchmodelingandsolidmodeling.

Keywords:

drawingdesign;

sketchmodeling;

solidmodeling;

voxel

基于UG的无图设计与制造技术

-草图建模、实体建模

前言

21世纪的今天，传统的CAD/CAM/CAE建模模式和模拟加工模式已经不能满足产品更新换代的快速需求，随着先进制造技术的发展伴生着许多新的制造理念制造模式。

先进制造技术集成化、智能化、可视化、网络化的方向发展，而这些发展就需要功能强大的集成化软件平台的支持。

UG是美国unigraphicsSolution公司（UGS）推出的集CAD/CAM/CAE于一身的三维参数化设计软件。

它是一个全方位3D设计软件，集成了零件设计、曲面造型、模具设计、钣金设计、逆向工程、机构运动、和仿真等功能，其产品设计功能尤其强大。

现在被广泛应用于机械、汽车、家电、数码通讯和玩具等设计制造领域。

本课题从职业应用角度出发，通过产品设计技法与典型实例相结合的形式，详细讲解UGNX6.0产品设计的草图建模、实体建模和使用计巧，应用案例多，专业性、实用性、技术性强。

本次设计是对所学《机械CAD/CAM技术—UGNX56.0实用教程》中知识的升华。

在此表示忠心的感谢！

1.UGNX6基础知识

1.1UGNX6.0简介

1.1.1UGNX6.0概况

Unigraphics（UG）是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAM/CAE高端软件。

作为一个集成的全面产品工程解决方案，UG软件家族使得用户能够数字化地创建和获取三维产品的定义。

UG软件被当今许多世界领先的制造商用于概念设计、工业设计、详细的机械设计、工程仿真和数字化制造等各个领域。

它已成为世界上最优秀的公司广泛使用的系统，这些公司包括通用汽车、波音飞机、通用电气、惠普、飞利浦、松下、精工和柯达等。

UGNX6.0是SiemensPLMSoftware又一更新版本，它在UGNX5.0的基础上进行了多处改进。

包括以下几个方面：

整个系统的创新，工程过程管理，工业设计和造型，模型设计，装配设计，钣金设计，设计验证，图纸和三维注释，产品模板工作室，数字化仿真，塑料模设计，级进模设计，NXCAM；

等等。

1.1.2产品设计与制造技术回顾

基于CAD/CAM集成技术的无图纸设计与制造技术，代表了当前设计与制造技术领域的最新趋势和最高水平。

在详细介绍无图纸设计与制造技术之前，先来回顾一下产品设计与制造经历的三个阶段：

（1）第一个阶段——有图纸设计与制造

这一阶段属于典型的传统设计与制造方法。

设计者首先需要构思产品的三维实体概念，然后将实体概念用手工绘制成二维工程图；

工艺人员和车间操作人员使用二维工程图时，需再将二维图纸还原为三维实体概念。

这种三维→二维→三维的思维方式在产品开发过程中存在诸多弊端：

①设计过程是一个不断修改和完善的创作过程。

在传统设计方法中，修改意味着从头再来，设计人员大部分时间都花在了重复手工绘图上。

而设计不仅仅是绘图，更是体现设计者意图的创造过程。

②在产品开发的过程中，构思的原始冲动是三维概念，设计实施的结果是三维实体。

但是在传统设计与制造方法中，这两者之间的信息传递却是二维工程图。

由于二维工程图表达的不完整性和不直观性，给上下游的技术交流带来诸多不便。

③二维工程图对产品的性能分析、零部件的装配、结构的优化等帮助不大。

④以纸质介质作为信息载体易造成数据丢失、检索与维护困难和技术信息安全保密性差等问题。

（2）第二个阶段——基于计算机辅助的有图纸设计与制造

随着计算机图形处理技术特别是计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）技术和计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）技术的迅速发展，这一阶段的产品开发过程开始在相当大的程度上依赖于计算机的辅助。

CAD技术起步于20世纪50年代后期。

随着在计算机上绘图变为可行而开始迅速发展。

人们希望借此技术来摆脱繁琐、费时、绘制精度低的传统手工绘图。

此时CAD技术的出发点是用传统的三视图来表达零件，CAD的含义仅仅是图板的替代品，这就是二维计算机绘图技术。

二维CAD可快速、准确的把设计信息转换成可用于车间生产的工程图，减轻了设计人员沉重的手工绘图负担，从而使设计人员可以把更多的精力投入到产品的创造性设计中去。

CAD技术以二维绘图为主要目标的算法研究一直持续到70年代末期，以后作为CAD技术的一个分支而相对独立、平稳地发展。

早期应用较为广泛的是洛克希德飞机公司的CADAM软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD软件。

与此同时，CAM技术也在计算机和数控技术的带动下开始发展，由手工编程逐步向数控编程转变。

麻省理工学院（MIT）于1952年试制成功了世界上第一台数控机床，推动了数控编程技术的发展。

到50年代中期，MIT研制开发了自动编程语言APT（AutomaticallyProgrammedTool）。

编程人员首先依据零件图样以APT语言的形式描述加工的全部内容，然后将APT语言编写的程序经APT语言编程系统编译产生刀轨文件（CutterLocation），再通过后处理（PostProcess）生成数控系统能够接受的NC程序。

APT数控语言自动编程可代替手工编程繁琐的数值计算工作，因而提高了编程效率，同时解决了手工编程中无法解决的复杂零件编程难题，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”上升到“面向几何元素”的高度。

经过多年的修改和完善，APT已经发展了APTII、APTIII（立体切削）、APTAC（AdvancedContouring，增加切削数据库管理系统）和APT/SS（SculpturedSurface，增加雕塑曲面加工编程功能）等版本，这被称为APT数控语言自动编程。

在较长一段时间内，由于技术等方面的原因，CAD和CAM的发展都是相互独立的。

在发展初期，CAD的初衷只是代替手工绘图，虽然甩掉了图版，但并没有甩掉图纸；

APT时代的CAM只能利用CAD中的低层次几何元素作为数控编程的依据，CAD与CAM之间是相互独立的系统，两者之间依然需通过二维工程图来联系。

（3）第三个阶段——无图纸设计与制造

随着计算机图形学技术进一步发展及CAD/CAM向一体化方向发展的趋势，CAD开始由二维向三维设计过渡，数控编程也由APT向一种更直观的交互式数控编程方向发展。

60年代开始出现的三维线框造型技术能表达基本的三维几何信息，但不能有效表达几何数据间的拓扑关系，由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现。

进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期，在飞机及汽车制造过程中遇到了大量的自由曲线及曲面问题，此时法国人贝赛尔提出了贝赛尔算法，可方便的利用计算机对曲线及曲面问题进行处理。

法国达索飞机制造公司开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图的三视图模式中解放出来，同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础。

但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心和惯性矩等，对CAE分析十分不利。

基于CAD/CAE一体化技术的发展趋势，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的CAD/CAE软件──I-DEAS。

由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性，代表着CAD技术的发展方向一直延续到现在。

在CAM方面，基于APT数控语言自动编程烦琐、不宜掌握和缺乏图形的支持等缺陷以及CAD在几何造型上取得的巨大进展和CAD/CAM向一体化方向的发展趋势，在70年代后期一种图形交互式自动编程方法孕育而生。

这种方法能利用CAD生成的三维曲面或实体模型，采用人机交互方式，在计算机屏幕上指定加工表面，并制订工艺方案、选择切削用量和设定刀具及其参数等，系统就可自动计算并生成刀轨文件，然后通过后处理生成指定数控系统的数控加工程序。

这种自动编程方法称为图形交互式自动编程。

该方法是一种CAD/CAM集成的自动编程系统。

相对于APT数控语言自动编程系统，具有直观性好、速度快、使用简便、便于检查等优点，已成为当前数控编程的主要手段。

到了80年代后期，CAD/CAM集成技术初步形成。

CAD/CAM集成技术在很大程度上实现了无图纸设计与制造，但是由于质量检测环节缺乏数字化测量技术的支持，设计部门只好将三维模型重新生成二维工程图，提供给这些部门作为检测的依据，制造环节没有完全脱离图纸的指导。

进入90年代，随着计算机、信息和网络技术的进一步发展，一种面向产品全生命周期（ProductLifeCycle，PLC）、基于产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）和以实现并行工程（ConcurrentEngineering，CE）为目的的无图纸设计与制造技术开始形成。

这是继CAD/CAM集成技术之后的又一次飞跃，给产品开发提供了一个更具生命力和竞争力的平台。

波音777飞机的设计制造过程是行业内最具典型的应用范例，至今仍是不同行业应用无图纸设计与制造技术进行产品创新设计的一个成功范例。

波音777采用了全数字化设计，包括整机设计、零部件测试和整机装配。

所有的开发和测试都采用并行工程的方法，在不同的地点、不同的部门同时展开。

利用虚拟现实技术进行各种条件下的模拟试飞。

工程师们在工作站上实时采集和处理数据并及时解决设计问题。

最终制造的波音777飞机与