1.1 UG的应用领域

 本节视频教程时间：30分钟

本节对UG 的背景及应用领域进行讲解，使读者对该软件有一个基本的认识。

1.1.1 UG背景简介

UG是一个交互式CAD/CAM系统，作为一个产品工程解决方案，它功能强大，为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

UG原本是基于C语言开发实现的，诞生之初主要基于工作站。但随着PC硬件的发展和个人用户数量的迅速增长，它在PC上的应用也取得了飞速发展，现已成为实现三维设计的一款主流软件。UG作为大型软件系统，需要应用领域、数学及计算机科学知识支撑，但是这些技术的组合使用起来非常复杂。而随着科学技术的进步，特别是大型并行计算机的开发，UG为复杂的开发应用带来了许多新的可能。

UG为用户提供的解决方案建立在无数成功经验的基础之上，这些方案可以全面地提高设计过程的效率，缩短产品进入市场的时间，以降低成本。UG作为新一代数字化产品开发系统，独特之处是其知识管理基础，它可以使工程专业人员推动革新以创造更大的利润。可见，UG通过产品开发的技术创新，实现了在持续成本缩减及收入和利润逐渐增加之间的平衡。

1.1.2 UG在产品设计领域的应用

不同的设计任务会分自行设计、测绘仿制、改进改型等多种方式和途径，而设计过程也一般划分为设计方案论证（概念设计）、初样研制（技术设计）、试样研制（详细设计）、试生产等多个阶段。应用UG时，针对不同的设计方式和设计阶段，具体要求也有所区别。下面以详细设计为主，介绍应用UG进行产品设计应遵循的一般原则和方法。

 1. 模型质量的基本要求

（1）正确性：模型应准确反映设计意图，对其内容的技术要求理解不能有任何歧义。要确立“面向制造”的新设计理念，充分考虑模具设计、工艺制造等下游用户的应用要求，做到与实际的加工过程基本匹配。

（2）相关性和一致性：要应用主模型原理和方法，进行相关参数化建模，正确体现数据的内在关联关系，保证三维模型数据在产品数据链中的唯一性、一致性，并能正确传递。

（3）可编辑性：模型能被编辑、修改，且整个建模过程可以回放；此外，模型应该可被重用和相互操作，这是由可编辑性派生出来的重要特性。

（4）可靠性：模型应通过UG的几何质量检查，确保拓扑关系正确，实体交接严格，内部无空洞，外部无细缝，无细小台阶。模型文件的大小应得到有效控制，模型没有多余的特征、空的组和其他过期的特征，总能在任何情况下被正确地打开。

2. 实体建模的质量管理

（1）实体建模的内容和方法必须与不同阶段的设计目标相一致。

（2）实体建模必须按照建模规范进行。

（3）实体建模必须按照建模步骤进行。建模的一般步骤是明确设计意图，梳理建模思路，规划特征框架；引用种子部件，搭建建模环境；确定零件的原点和方向；建立最初始的基准；创建模型的根特征；创建特征，进行特征操作、定位、约束、编辑；坚持边建模、边分析检查的原则；输入部件属性；创建引用集；清理模型数据；进行模型总体检查，提交模型。

（4）必须按照参数化原则建模，禁止使用非参数化的命令，保证模型的可编辑性。

（5）运用UG相关参数化设计的功能和技巧，正确反映产品几何结构和尺寸的内在关系，实现设计意图的相关性。

（6）注意对文件数据大小进行控制，使用尽可能少的特征来达到表现模型的目的。

3. 装配建模的质量管理

（1）UG提供两种基本的装配方法：自下向上设计和自上向下设计。可以根据需要灵活地选择运用。

（2）重视部件名和装配加载路径的管理，防止文件名和加载路径出现混乱或错误。

（3）进行严格的组件版本管理和技术状态管理，保证装配所引用模型数据的唯一性和一致性。

（4）根据产品的技术特点选择使用引用集（通用引用集、自定义引用集、专用引用集），对引用集的创建、修改、检查、使用、置换等都应有明确的规定。

（5）遵循装配规则的一般原则：按实际的安装顺序进行装配；在主装配中使用“绝对定位”的方法装配子装配件；在子装配中使用配对条件进行装配；避免在不同子装配中使用部件间的交叉约束。

4. 制图的质量管理

（1）严格按主模型原理进行制图工作，制图数据（包括组件图、装配图）与三维模型分别存放在不同的文件中。

（2）二维工程图样与三维实体模型（见下图）完全相关是制图的最重要原则。制图的关联性主要是指视图与模型的关联、尺寸与视图的关联、注释与图样或视图的关联。

（3）二维图样要符合国家和企业有关标准。

1.1.3 UG在机械设计领域的应用

UG在现代产品和机械设计领域中占有举足轻重的地位，得到了广泛应用。用户使用UG进行机械设计的一般步骤如下。

1. 理解设计模型

了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。

2. 主体结构造型

建立模型的关键结构（如主要轮廓和关键定位孔等），对于建模过程起到关键作用。

对于复杂的模型，模型分解也是建模的关键。如果一个结构不能直接用三维特征完成，则需要找到结构的某个二维轮廓特征，然后用拉伸、旋转、扫描的方法，或者自由形状特征去建立模型。

UG允许用户在一个实体设计上使用多个根特征，这样就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期对它们进行布尔运算。对能够确定的设计部分，先造型；对不确定的部分，放在造型的后期完成。

设计基准（Datum）通常决定用户的设计思路，好的设计基准将会帮助简化造型过程并方便后期设计的修改。大部分的造型过程通常都是从设计基准开始的。

3. 零件相关设计

UG允许用户在模型完成后再建立零件的参数关系，但更加直接的方法是在造型过程中直接引用相关参数。

较难实现的造型特征尽可能早准备。对于较难实现的造型特征，尽可能将其放在前期实现，这样可以尽早发现问题，并寻找替代方案。一般来说，这些特征会出现在hollow、thicken、omplex blending等特征上。

4. 细节特征造型

细节特征造型（见下图）放在造型的后期阶段，一般不要在造型早期阶段进行这些细节设计，否则会大大加长用户的设计周期。

1.1.4 UG在模具设计领域的应用

Mold Wizard（注塑模具向导，以下简称MW）是针对注塑模具设计的一个专业解决方案，具有强大的模具设计功能，用户可以使用它方便地进行模具设计（见下图）。MW配有常用的模架库与标准件库，方便用户在模具设计过程中选用。而标准件的调用非常简单，只需设置好相关标准件的关键参数，软件便自动将标准件加载到模具装配中，大大地加快了模具设计速度并提升了模具标准化程度。MW NX 12.0还具有强大的电极设计能力，用户可以使用它快速地进行电极设计。简单地说，MW NX 12.0是一个专为注塑模具设计提供专业解决方案的集成于UG NX 12.0中的功能模块。

使用MW NX 12.0进行模具设计的主要工作阶段如下。

1. 模具设计准备阶段

（1）装载产品模型：加载需要进行模具设计的产品模型，并设置有关的项目单位、文件路径、成型材料及收缩率等。

（2）设置模具坐标系：在进行模具设计时需要定义模具坐标系，模具坐标系与产品坐标系不一定一致。

（3）设置产品收缩率：注塑成型时，产品会产生一定量的收缩。为了补偿这个收缩率，在模具设计时应设置产品收缩率。

（4）设定模坯尺寸：在MW NX 12.0中，模坯被称为工件，就是分型之前的型芯与型腔部分。

（5）设置模具布局：对于多腔模或多件模，需要进行模具布局的设计。

2. 分型阶段

（1）修补孔：对模具进行分型前，需先修补模型的靠破位，包括各类孔、槽等特征。

（2）模型验证（MPV）：验证产品模型的可制模性，识别型芯与型腔区域，并分配未定义区域到指定侧。

（3）构建分模线：创建产品模型的分型线，为下一步分型面的创建做准备。

（4）建立分模面：根据分型线创建分型面。

（5）抽取区域：提取出型芯与型腔区域，为分型做准备。

（6）建立型芯和型腔：创建出型芯与型腔。

3. 加载标准件阶段

（1）加载标准模架：MW NX 12.0提供了常用的标准模架库，用户可以从中选择合适的标准模架。

（2）加载标准件：为模具装配加载各类标准件，包括顶杆、螺钉、销钉、弹簧等，可以直接从标准件库中调用。

（3）加载滑块﹑斜顶等抽芯机构：适用于有侧抽芯或内抽芯的模具结构，可以通过标准件库来建立这些机构。

4. 浇注系统与冷却系统设计阶段

（1）设计浇口：MW NX 12.0提供了各类浇口的设计向导，用户可以通过相应的向导快速完成浇口的设计。

（2）设计流道：MW NX 12.0提供了各类流道的设计向导，用户可以通过相应的向导快速完成流道的设计。

（3）设计冷却水道：MW NX 12.0提供了冷却水道的设计向导，用户可以通过相应的向导快速完成冷却水道的设计。

5. 完成模具设计的其余阶段

（1）对模具部件建腔：在模具部件上挖出空腔位，放置有关的模具部件。

（2）设计型芯、型腔镶件：为了方便加工，将型芯和型腔上难加工的区域制成镶件形式。

（3）电极设计阶段：该阶段主要是创建电极和出电极工程图，可以使用MW NX 12.0提供的电极设计向导快速完成电极的设计。

（4）生成材料清单：创建模具零件的材料列表清单。

（5）输出零件工程图：输出模具零件的工程图，供零件加工时使用。

1.1.5 UG在数控加工领域的应用

数控加工在现代产品和模具生产中占有举足轻重的地位，得到了广泛应用。数控加工需要通过计算机来控制数控机床进行加工，因此编制数控加工程序是十分关键的一环。理想的加工程序不仅能够保证加工出符合设计要求的合格工件，同时能够使数控机床功能和刀具性能得到充分发挥，并安全、可靠地进行工作。

1. UG CAM实现加工的原理

在介绍UG CAM实现加工的原理前，先了解两个概念。

（1）刀位轨迹：刀具在加工过程中的运动路径（以下简称刀轨），在计算机的图形中显示为轨迹线条。

（2）操作：UG NX 12.0为了创建某一类刀位轨迹而用来收集信息的集合。UG CAM内定了各种各样的操作，在每一种操作中可以设定相关的信息参数，然后系统根据这些参数计算出特定的刀轨。例如平面铣操作可以创建基于曲线的刀轨，型腔铣操作可以创建工件的粗加工刀轨，曲面轮廓铣操作可以创建曲面的精加工刀轨，钻孔操作可以加工工件的孔和螺纹等。

UG CAM的主要目的就是要控制刀具进行指定的运动，加工出需要的工件。使用UG NX 12.0编程的主要工作就是要创建合理的刀轨。

2. UG CAM的主要操作

UG NX 12.0提供了许多操作模板，但其实只需要掌握几种最基本的操作，即可具备编程的能力，并投入实际工作。其他操作都是从这几种基本操作中扩展出来的，在实际使用时不常用到。需要掌握的几种基本操作如下。

（1）平面铣操作和面铣操作。使用平面曲线作为加工对象，计算相应的刀位轨迹。

（2）型腔铣操作和等高轮廓铣操作。使用曲面或实体作为加工对象，分层计算相应的刀位轨迹。

（3）固定轴曲面轮廓铣操作。使用曲面或实体作为加工对象，通过多种驱动方式计算相应的刀位轨迹。

（4）钻孔操作。使用点位作为加工对象，计算各类循环钻孔刀位轨迹（见下图）。

1.1.6 UG在仿真设计领域的应用

计算机仿真的过程，实际上就是凭借系统的数学模型及其在计算机上的运行，执行对该模型的模拟、检验和修正，并使该模型不断趋于完善的过程。

（1）在试图求解问题之前，实际系统的定义最为关键，尤其是系统的包络边界识别。对一个系统的定义主要包括系统的目标、目标达成的衡量标准、自由变量、约束条件、研究范围、研究环境等，这些内容必须具有明确的定义准则并已定量化处理。

（2）一旦有了这些明确的系统定义，结合一定的假设和简化，在确定系统变量和参数及它们之间的关系后，即可方便地建立描述所研究系统的数学模型。

（3）接下来做的工作是实现数学模型向计算机执行的转变。计算机执行主要是通过程序设计语言编成的程序来完成的，为此，研究人员必须在高级语言和专用仿真语言之间做出选择。

（4）计算机仿真（见下图）的目的主要是研究或再现实际系统的特征，因此模型的仿真运行是一个反复的动态过程，并且有必要对仿真结果做出全面的分析和论证；否则，不管仿真模型建立得多么精确，不管仿真运行次数多么多，都不能达到正确地辅助分析者进行系统抉择的最终目的。