UG軟件相關(guān)模塊在電動(dòng)工具中的應(yīng)用；闡述產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)﹑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)﹑模具設(shè)計(jì)的方法和技巧；產(chǎn)品設(shè)計(jì)中如何利用UG軟件提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)效率。
激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)使制造業(yè)對(duì)快速反應(yīng)市場(chǎng)要求和一次制造成功等要求日益迫切。消費(fèi)者追求的不僅僅是產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)一步的要求是藝術(shù)，美的享受。這就要求設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品更符合人的需求，力求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的造型、合理的功能以及生產(chǎn)工藝達(dá)到藝術(shù)與科技的完美結(jié)合，從而使產(chǎn)品在市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng)力。這對(duì)于機(jī)械工藝設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，既是巨大的挑戰(zhàn)，也是巨大的機(jī)遇。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，其最關(guān)心的已不僅僅是要高效率地設(shè)計(jì)出某個(gè)零件產(chǎn)品，而是要高質(zhì)量、低成本地及時(shí)地向市場(chǎng)推出滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。也就是說(shuō)，企業(yè)關(guān)心的是其產(chǎn)品從市場(chǎng)需求到設(shè)計(jì)、分析、制造，以至到質(zhì)檢、營(yíng)銷(xiāo)這一過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗這一目標(biāo)。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)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(lái)發(fā)展方向。TTi選擇了美國(guó)UGS公司開(kāi)發(fā)的UG軟件作為公司的設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件。
一.電動(dòng)工具產(chǎn)品的特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)復(fù)雜。手持電動(dòng)工具既要滿足手感要求，還要考慮美感;不同地區(qū)客戶(hù)的區(qū)域性差異、不同的手型大小都得考慮在內(nèi)。因而90%的外觀都是由復(fù)雜的自由曲面生成。
安全性要求高。TTi的產(chǎn)品大部分是銷(xiāo)往北美、歐洲、日本等地，產(chǎn)品必須符合國(guó)際和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。為了防止因質(zhì)量問(wèn)題而影響公司的形象，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須時(shí)時(shí)把關(guān)，成品在出廠前都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的性能測(cè)試。
設(shè)計(jì)周期短。企業(yè)為了在市場(chǎng)中能占據(jù)優(yōu)勢(shì)，每一款產(chǎn)品從市場(chǎng)調(diào)研、概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到定型、模具圖及二維圖，需要在短時(shí)間內(nèi)完成。
二.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程
1.概念形成
新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)主要是客戶(hù)的需求和集團(tuán)內(nèi)新類(lèi)型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，而資料的來(lái)源往往是客戶(hù)提供的手繪產(chǎn)品外型草圖、照片、DXF文檔、CGM文檔、點(diǎn)云數(shù)據(jù)或手板等。這些數(shù)據(jù)UG都提供了轉(zhuǎn)化接口，可以直接傳遞。
UG/StylingDesign和Studio提供了產(chǎn)品外觀曲面生成、評(píng)估分析、和修剪的功能，它具有參數(shù)化的自由曲線和曲面的建模特點(diǎn)，而其中的freeformfeature和shape可完成復(fù)雜的外觀設(shè)計(jì)及創(chuàng)意，完成了的外 觀再經(jīng)過(guò)UG/Photo渲染成逼真的三維實(shí)體模型(如圖1)送給客戶(hù)確定或進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，再進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、試產(chǎn)、生產(chǎn)。
UG/Capture模塊，它可根據(jù)得到的大量點(diǎn)云(PointsCloud)數(shù)據(jù)，自動(dòng)智能化地抽象出三維形體特征，重構(gòu)測(cè)量實(shí)物形體的幾何數(shù)字特征。此外，國(guó)際上著名的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件AliasV9.0與UG的數(shù)據(jù)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要。
2.概念設(shè)計(jì)
創(chuàng)建幾何圖形。例如，當(dāng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的原始資料僅僅是圖片時(shí)，可通過(guò)UG/RasterImage調(diào)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(jìn)行外觀描繪及截面繪制。曲線在外觀造型中起到主導(dǎo)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(jìn)行產(chǎn)品外觀曲面構(gòu)造和修剪，然后依據(jù)功能準(zhǔn)則、美學(xué)準(zhǔn)則、檢查準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)估分析，在作出必要修改后進(jìn)行UG/photo產(chǎn)品真實(shí)性渲染(如圖3)。完成后的產(chǎn)品外觀圖再送給客戶(hù)確定或進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，可行后將進(jìn)行產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)筋骨位
在概念設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組已經(jīng)著手進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如齒輪箱組)，這是一個(gè)由計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作(CSCW:ComputerSupportedCooperativeWork)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，產(chǎn)品數(shù)據(jù)由UG/Manager管理。UG/Manager應(yīng)用主模型方法創(chuàng)建Part的數(shù)據(jù)，主模型是以軟件為中心的一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫(kù)，它包括與產(chǎn)品相關(guān)的所有幾何和非幾何信息，用來(lái)為產(chǎn)品在生命周期中產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)階段和各個(gè)部門(mén)提供服務(wù)，所有用戶(hù)均可通過(guò)這個(gè)單一的主模型完成其技術(shù)任務(wù)，如3D圖、2D圖、NC刀位數(shù)據(jù)、模具圖和裝配信息等。這些任務(wù)可由不同的工程師完成，主模型可保證操作者工作的獨(dú)立性、安全性和工程數(shù)據(jù)的集中性。筋骨位設(shè)計(jì)中必須應(yīng)用UG/WaveGeometrylink來(lái)實(shí)現(xiàn)零件與機(jī)殼之間全相關(guān)，這樣在零件修改的情況下，機(jī)殼筋位相應(yīng)位置尺寸就會(huì)自動(dòng)更新。如果用了WaveGeometrylink，零件與機(jī)殼卻沒(méi)有相關(guān)性，可通過(guò)改變參數(shù)設(shè)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(chǎn)品設(shè)計(jì)中較關(guān)鍵的一步。在裝配中可利用Analysissimpleinterference進(jìn)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?qū)⑸筛缮鏃l塊，呈高亮顯示。設(shè)計(jì)者可據(jù)此對(duì)主模型進(jìn)行相應(yīng)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(gè)群組中所有零件的五種干涉情況(No、Soft、Touching、Hard、Containmentinterference)。當(dāng)輸入一公差值時(shí)，選擇相應(yīng)的待檢查零件群組，就可生成一張對(duì)應(yīng)零件間的五種干涉情況報(bào)表，設(shè)計(jì)者可根據(jù)報(bào)表內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的修改以滿足功能要求。
三.樣品制造與實(shí)驗(yàn)
1.制作樣板
干涉檢查過(guò)的UG三維模型，用激光快速成型(RP&M)進(jìn)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(shù)脂表面令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面，完成一個(gè)層的建造;然後升降臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片的距離，重新覆蓋一層液體材料，再建造一個(gè)層面，由此迭加成為一個(gè)三維實(shí)體。工序就是將UG三維模型檔案轉(zhuǎn)化成STL格式，用3Dlightyear軟件進(jìn)行造支承和分層處理，再把檔案輸進(jìn)激光快速成型系統(tǒng)，完成工件，去掉支承，經(jīng)過(guò)打磨，便得成品。SLA樣板采用SL7540材料，接近PP和ABS，但韌性沒(méi)PP高，是目前SLA材料中吸水性低，能實(shí)現(xiàn)一定功能的光敏樹(shù)脂。SLA樣板改變了傳統(tǒng)靠手板師傅制作手板來(lái)確定外觀的這種落后的工藝，大大縮短了制板時(shí)間及費(fèi)用，并且SLA板可裝樣板機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試，且精度很高。
2.物理測(cè)試
QA部門(mén)可以利用快速成型樣板進(jìn)行性能測(cè)試，在產(chǎn)品開(kāi)模之前就獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要等到開(kāi)模后才能進(jìn)行測(cè)試這種落后的運(yùn)作方式，節(jié)省的時(shí)間可想而知。
3.分析驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果
UG/CAE、Mechanisms可驗(yàn)證和評(píng)估測(cè)試結(jié)果。電動(dòng)工具最要把關(guān)的性能就是跌落測(cè)試結(jié)果，一把電動(dòng)工具經(jīng)過(guò)十個(gè)方位跌落後，必須保持客戶(hù)要求的一切性能。實(shí)驗(yàn)分析的運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)理是一個(gè)典型的瞬態(tài)碰撞過(guò)程，由於碰撞過(guò)程的動(dòng)力學(xué)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(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，在產(chǎn)品外觀確定之后就可以著手進(jìn)行外模設(shè)計(jì)，NC編程及刀路編排等相關(guān)的準(zhǔn)備工作，這樣可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)并進(jìn)，使設(shè)計(jì)與制造有機(jī)結(jié)合，且相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)由UG/Manager統(tǒng)一管理與一個(gè)主模型中。當(dāng)產(chǎn)品文件的某個(gè)面或特征數(shù)據(jù)被修改時(shí)，相應(yīng)的二維圖、模具圖和NC刀位數(shù)據(jù)信息將會(huì)自動(dòng)更新，這個(gè)過(guò)程與傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造相比就縮短了產(chǎn)品外模設(shè)計(jì)與制造的時(shí)間。
在產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成之后，模具部門(mén)也就可以著手進(jìn)行內(nèi)模設(shè)計(jì)、NC刀路編排等。UG/CAM支持高速加工，復(fù)雜的曲面加工，如五軸銑。高速銑(HSM)其轉(zhuǎn)軸速度可達(dá)10000轉(zhuǎn)/分以上，配以高強(qiáng)度超微型銑刀，內(nèi)模加工可以一次性成型，且不用手工拋光，提高了加工質(zhì)量，也保證了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確位置尺寸。最後，再輔以電火花(EDM)加工進(jìn)行修整。
根據(jù)批量大小，模具製造也可直接採(cǎi)用快速成型(RP&M)原型複製軟質(zhì)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(jīng)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(jié)
UG在TTi的應(yīng)用是成功的，與傳統(tǒng)的二維軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品相比，產(chǎn)品從概念形成到投產(chǎn)的開(kāi)發(fā)時(shí)間可縮短60%，且提高了產(chǎn)品質(zhì)量。改模次數(shù)也從原來(lái)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(fèi)用和寶貴的時(shí)間，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。用UG/Photo渲染過(guò)的三維產(chǎn)品形像逼真，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期就可在計(jì)算機(jī)中看到虛擬樣機(jī)，深受客戶(hù)的青睞。
