UG软件在机械设计中的应用与研究

　　摘要：系统地介绍了UG软件的特点，CAD/CAE/CAM各功能中基本模块以及相应功能及它们在机械设计中的广泛运用，研究UG软件在机械设计中的实用性和先进性；详细介绍了该软件的使用方法和具体特点，具有一般二维软件所无法比拟的优点，对推广UG软件在机械设计中的应用具有重要的指导作用。
　　关键词：UG；CAD模块；CAE模块；CAM模块
　　1． UG软件简介
　　UG是Unigraphics的缩写，UG是集CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程)一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。随着UG版本的不断提高、性能的不断增强以及功能的不断完善UG已经完全能满足现代企业机械设计的要求，并已广泛应于机械设计和机械制造的各个行业，它主要包括计算机辅助设计模块、计算机辅助制造模块、计算机辅助工程模块和其他模块，它功能强大，完全满足机械设计的需求。
　　2． UG软件的特点
　　2.1交互式环境，提高设计人员工作效率
　　 全部界面可根据个人喜好定制；
　　 高品质可伸缩工具条及信息窗口，友好的信息化窗口；
　　 方便快捷的右键菜单，可快速访问常用命令。
　　2.2基于动态交互的操作，方便、快捷，可直接在窗口中操作对象
　　2.3基于工作流交互的操作，减少鼠标点击次数，提高工作效率
　　2.4基于智慧型操作，快速选择，减少时间，提高效率
　　3．UG软件的应用
　　UG的各功能是靠各功能模块来实现的，由不同的功能模块，来实现不同的用途，从而支持其强大的UG三维软件。下面简要介绍各常用模块。
　　3.1CAD模块
　　CAD模块主要包括基本环境、零件建模、装配和制图等。
　　3.1.1基本环境
　　基本环境包括打开、创建、存储等文件操作；着色、消隐、缩放等视图操作；视图布局；图层管理；绘图及绘图机队列管理；表达式查询；特征查询；模型信息查询、坐标查询、距离测量；曲线曲率分析；曲面光顺分析；实体物理特性自动计算；用于定义标准化零件族的电子表格功能；Macro宏命令自动记录、回放功能；UserTools用户自定义菜单功能，使用户可以快速访问其常用功能或二次开发的功能。
　　3．1．2零件建模
　　根据不同零件的特点选择不同的零件设计方法，设计方便、简单易学。各个工具栏中又包含各自相应的具体命令，设计者可自由选择相应的设计工具和命令采用最合适的设计方法，直观、方便、高效、快捷地完成各种零件的设计，同时，由于UG软件采用参数化设计思路,各工具栏命令之间有相应的设计关联性，对零件的设计修改具有快捷、准确、可靠的特点，对零件的尺寸修改和相似零件的结构设计具有独到的技术优势。在零件设计模块中所做的更改可以自动、快速、准确地反应到装配、工程图等相应关联模块中去，同样，在装配模型和工程图样中，由于零件所做的更改可以自动地反应到相应需要更改的零件上去，而无需再像二维CAD图那样更改零件后必须同时在装配图中作相应的改动，否则，将会出现遗忘和漏改等低级错误。所以应用UG软件，设计人员可以将精力主要集中在方案结构的设计上，为方案的设计和修改提供了极大地方便，有利于设计人员设计出结构先进、安全可靠的零件结构。
　　3.1.3装配
　　UG软件具有专门的装配设计模块，模块主要包括自下向上的装配方法：主要是由已设计好各个零件、按各零件在装配模型中的位置及配合要求直接装配成符合设计意图的设计模型的设计方法。自顶向下的装配方法：直接在装配模型中利用已有零件的点、边线或面等几何要素，根据设计思路，在现有零件的面或基准面上创建零件草图，从而根据零件的结构特点，选用合适的零件设计方法，在装配图中直接创建新的零件设计方法。
　　3.1.4制图
　　工程师或制图员能够以实体模型去绘制产品的工程图，基于Unigraphic的复合建模技术，UG/Drafting建立与几何模型相关的尺寸，确保在模型改变时，图将被更新，减少图更新所需的时间，视图包括消隐线和相关的模截面视图，当模型修改时也是自动地更新，自动的视图布局能力提供快速的图布局，包括正交视图投射，截视图，辅助视图和细节视图，UG/Drafting支持在主要业界制图标准，ANSI，ISO，DIN和JIS中图的建立，它由一完整的基于图符的图创建和注释工具，利用由UG/AsseniglyModeling创建的装配信息方便地建立装配图，包括快速地建立装配分解视图的能力，无论是制作一单一片图或一单多片细节的装配和组件工程图，UG/Drafting减少工程图生成的时间和成本。UG工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。
　　3.2CAM模块
　　UG/CAMBase提供易于使用的基于Motif环境中连接所有共同功能加工模块的基础，这个基础模块允许用户通过观察刀具的移动，图形地编辑，刀轨和执行图形地改变，如扩展，缩短或修改刀轨，它也包括对如钻孔，攻丝，镗孔等任务的通用目的的点到点操作子程序，一个用户化对话框的特征允许用户修改对话框和建立被改编到它们的专用菜单，用户化通过使用操作模板进一步增强，操作模板允许用户建立专门的操作如粗加工和精加工，这些操作通过频繁使用的参数和方法被标准化。
　　3.3 CAE模块
　　3.3.1UG/SenarioforFEAUG有限元前后置处理
　　UG/SenarioforFEA有限元前后置处理模块是一个集成化、全相关、直观易用的CAE工具，可对UG零件和装配进行快速的有限元前后置处理。该模块提供将几何模型转化为有限元分析模型的全套工具，既可在实体模型上进行全自动网格划分，又可交互式划分，提供材料特性定义、载荷定义和约束条件定义等功能，该模块生成的有限元前后置处理结果可直接提供给UG/FEA有限元线性解算器或NASTRAN软件进行有限元计算，也可通过UG/ANSYSInterface模块输出到ANSYS软件进行计算，该模块并能对有限元分析结果进行图形化显示和动画模拟，提供输出等值线图、云图、动态仿真和数据输出等功能；UG有限元前后处理模块可完成如下操作：全自动网格划分；交互式网格划分；材料特性定义；载荷定义和约束条件定义；NASTRAN接口；有限元分析结果图形化显示；结果动画模拟；输出等值线图、云图；进行动态仿真和数据输出。
　　3.3.2UG/ScenarioforMotionUG运动机构
　　UG/ScenarioforMotion运动机构模块提供机构设计、分析、仿真和文档生成功能，可在UG实体模型或装配环境中定义机构，包括铰链、连杆、弹簧、阻尼、初始运动条件等机构定义要素，定义好的机构可直接在UG中进行分析，可进行各种研究，包括最小距离、干涉检查和轨迹包络线等选项，同时可实际仿真机构运动。用户可以分析反作用力，图解合成位移、速度、加速度曲线。反作用力可输入有限元分析，并可提供一个综合的机构运动连接元素库。UG/Mechanisms与MDI/ADAMS无缝连接，可将前处理结果直接传递到MDI/ADAMS进行分析。
　　3.4其它模块
　　除了以上介绍的常用模块外，UG还有其他一些功能模块。如用于钣金设计的板金模块（UG/SheetMetalDesign）、用于管路设计的管道与布线模块(UG/Routing、UG/Harness)、供用户进行二次开发的，由UG/OpenGRIP、UG/OpenAPI和UG/Open++组成的UG开发模块（UG/Open）等等。
　　以上各模块构成了UG的强大功能。
　　4．结束语
　　回顾UG软件在机械设计中的运用过程，深深感受到其功能之强大、使用之方便和功能之齐全，为机械设计者提供了几乎完整的设计解决方案，使我们在实际设计工作中受益非浅。随着UG软件的不断完善与发展，它的优势必然被更多的机械设计者所发现，成为更多机械设计者首选的机械设计软件，成为未来机械设计软件的主流产品。
　　
　　参考文献：
　　【1】《UGNX7.5完全自学手册》钟日铭机械出版社2011年1月1日
　　【2】《UGNX6.0中文版基础教程》云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室清华大学出版社2009年10月1日
　　【3】《UGNX6.0机械设计(实战篇)》申爱民中国铁道出版社2010年12月