基于UG 平臺，以普通車床C616A 改造成數(shù)控鋼管管端相貫線火焰切割機為對象，利用UG 強大的建模和裝配功能，完成其全部零件的三維虛擬設(shè)計和樣機虛擬裝配工作，為后續(xù)的制造工作打下了良好的基礎(chǔ)，闡述了UG 在虛擬設(shè)計應(yīng)用中的強大功能。

　　引言

　　產(chǎn)品虛擬技術(shù)主要包括實體建模和仿真兩方面，是利用計算機來完成整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，以數(shù)字化形式虛擬地、可視地、并行地開發(fā)產(chǎn)品，并在制造實物之前對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能進行分析和仿真，實現(xiàn)制造過程的早期反饋，及早發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，減少甚至取消了物理樣機研制次數(shù)，降低了開發(fā)周期和成本，提高了設(shè)計質(zhì)量。虛擬設(shè)計是近年來計算機輔助設(shè)計( CAD) 技術(shù)和虛擬現(xiàn)實( VR) 技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新興的設(shè)計技術(shù)，大型CAD /CAM /CAE 集成化工程軟件UG 可以很好地實現(xiàn)機械產(chǎn)品的虛擬設(shè)計。

　　UG 是功能強大的三維CAD/CAM/CAE 軟件系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、工程圖、制造加工等全過程，應(yīng)用范圍涉及機械、航天航空、汽車等領(lǐng)域。

　　本文以數(shù)控鋼管管端相貫線火焰切割機為對象，詳細介紹UG 在虛擬設(shè)計中的應(yīng)用情況。根據(jù)鋼管管端相貫線切割原理可知，對于切割管端且管—管垂直相交狀態(tài)下所產(chǎn)生的相貫線及定角度坡口，一個三軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)即可實現(xiàn)運動軌跡，數(shù)控系統(tǒng)提供的主要運動方式為鋼管回轉(zhuǎn)運動、軸向進給運動以及割炬的擺角運動。在充分研究和比較普通車床的運動方式之后，本次數(shù)控鋼管管端相貫線火焰切割機的虛擬設(shè)計工作在普通車床C616A 上改造完成，其虛擬設(shè)計流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)控鋼管管端火焰切割機虛擬設(shè)計流程圖

1、零件三維虛擬設(shè)計

　　UG 作為工程軟件領(lǐng)域中的標(biāo)準(zhǔn)，采用了基于特征和約束的參數(shù)化建模技術(shù)，具有交互建立和編輯復(fù)雜實體模型的能力，可以方便、快速、正確地完成產(chǎn)品從概念設(shè)計到結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計以及后續(xù)加工的全部過程。它在三維虛擬設(shè)計方面提供了多種不同的模塊和方法，如實體建模、工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計、復(fù)雜曲面設(shè)計、特征細節(jié)等，功能十分強大。

　　此處以車床上的溜板為例進行三維虛擬建模分析。首先利用UG 中的草圖功能繪制溜板零件的主要二維截面圖，使用實體造型的拉伸功能完

　　成其大致三維虛擬建模，然后在各個具體細節(jié)部分繪制其相關(guān)二維截面圖，同時用拉伸功能進行三維造型，并將所得模型與前面所完成模型進行相關(guān)的布爾運算，最后使用細節(jié)中的倒圓角功能完成其最終的三維虛擬設(shè)計，如圖2 所示。由此可見，對于一般機械類零件，只需使用UG 中草圖功能、實體建模和特征細節(jié)便可完成該零件的三維虛擬設(shè)計，對于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計，由于具有較多較復(fù)雜的曲面，必須使用UG 中其他相關(guān)功能。

圖2 溜板三維虛擬設(shè)計圖

3、結(jié)論

　　基于UG 平臺所完成的數(shù)控鋼管管端相貫線火焰切割機的虛擬樣機，結(jié)合UG 強大的參數(shù)化設(shè)計功能可以非常方便地進行優(yōu)化設(shè)計，為后續(xù)零部件有限元分析、整機運動仿真分析提供了良好的基礎(chǔ)，大大簡化了機床設(shè)計和開發(fā)過程，縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)費用，為進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供了可靠的依據(jù)。通過案例分析可見，UG 在虛擬設(shè)計應(yīng)用中的強大功能，利用其自身強大的功能不僅可以減輕工程設(shè)計人員的勞動強度，而且還能更好地發(fā)揮工程設(shè)計人員的想象力和創(chuàng)新能力。