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(yè)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(fā)出的產品更符合人的需求，力求實現(xiàn)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(zhàn)，也是巨大的機遇。對于企業(yè)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(yè)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(xiàn)高效、優(yōu)質、低耗這一目標。傳統(tǒng)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(fā)展方向。TTi選擇了美國UGS公司開發(fā)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(qū)客戶的區(qū)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(qū)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(huán)節(jié)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(yè)為了在市場中能占據優(yōu)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(fā)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(fā)，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(chuàng)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(fā)、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(yè)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(fā)需要。
2.概念設計
創(chuàng)建幾何圖形。例如，當產品開發(fā)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(xié)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(chuàng)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(fā)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(xiàn)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(tài)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(qū)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(tài)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(tài)光敏樹脂表面令其有規(guī)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(tǒng)，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(xiàn)一定功能的光敏樹脂。SLA樣板改變了傳統(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(tài)碰撞過程，由於碰撞過程的動力學方程具有瞬態(tài)，高度非線性特性，不能用一般的靜力及模態(tài)分析方法求解 。
4.模具制造
為了縮短產品的開發(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的二維軟件設計產品相比，產品從概念形成到投產的開發(fā)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(xiàn)在的幾次，甚至不用修改，大大節(jié)省了改模費用和寶貴的時間，在激烈的市場競爭中占據優(yōu)勢。用UG/Photo渲染過的三維產品形像逼真，在產品開發(fā)前期就可在計算機中看到虛擬樣機，深受客戶的青睞。
