UG软件在机械设计中的应用分析

张红升

摘要：使用UG 软件设计具有直观、方便的优点，可实现参数化设计，并且可以进行静态和动态干涉检测、动力学分析、有限元分析和NC辅助加工制造，可大大缩短机械设计周期，提高设计效率和质量。

关键词：UG 机械设计

1.前言

Unigraphics（简称UG）是美国ugs推出的一套CAD /CAM /CA E 集成软件系统，可应用于产品的整个开发过程，包括产品的概念设计、建模、分析和加工等。它不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能，而且还可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析，能够提高设计的可靠性，同时，还可以运用建立好的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工。在不需要实际制造样机的情况下，模拟了大部分实际情况。这就使得新产品开发的周期大为缩短，使新的产品能尽早占领市场，为企业赢得最佳效益。

2.UG 在机械设计中的应用

UG软件作为机械工程设计中最具活力的工具之一，它主要应用于机械设计的以下诸方面：三维实体造型、设计审查与评价（如干有限元分析、机构运动分析、动力学分析等）、结构优化、工程图的制作、钣金设计、管线布置、工装模具设计等。在机械设计中使用UG软件具有更高效率、更高质量、更低成本的优势。具体表现在以下几方面：

（1）采用三维设计，使产品更加直观、形象

机械类产品是一种看得见摸得着的三维实体。然而传统的机械设计是用正投影法二维视图来表达设计人员的设计思想。虽然这种方法能产品尺寸结构等信息，但却存在着一些弊端。首先：无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在大脑中将二维视图转化成三维实体。其次：如果产品有复杂的装配关系，或者复杂的曲面，则使用二维视图表达显得力不从心。再次：如果设计及绘图过程中稍有不慎，就容易出现错误，并且不容易发现。而使用UG三维软件可以直接用计算机呈现出设计者设计的三维模型，随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等，其最大的好处是三维设计形象直观，设计结构的合理性让人一目了然，容易在模拟装配时发现错误的结构尺寸。UG软件允许在装配环境中设计新零件，利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。

（2）数据的相关性

在整个产品开发流程中，应用装配建模和部件间的数字驱动，建立了零件之间的相互参照关系，实现各个部件之间的相关性，只需要更改部件或者装配中的零部件尺寸，就可以方便的更改全局的零部件尺寸。同时，在整个产品开发流程中，应用主模型方法，实现集成环境中各个应用模块之间保持完全的相关性，不需要重新生成模型。

（3）装配干涉、运动分析、动力学分析

由于传统的二维设计不够直观形象，所以比较难发现系统的装配干涉，或运动干涉。而在UG中可以使用不同的约束把各个机械零件装配起来，如果发现干涉就可及时对零件的结构尺寸等进行修改。在产品装配模型完成后还可以进行运动仿真分析，模拟和评价机械系统的一些特性，如位移、运动范围、加速度、速度、力及运动干涉，評估产品的功能与开发的目标是否相符。UG软件可以模拟真实环境中的工作状况， 可以在产品的设计阶段直接检查机械系统中各个零部件在空间的装配和干涉情况， 最终实现可视化的设计。

（4）高级仿真和优化设计

传统的设计计算与UG 有限元分析模块比较，UG 软件可快捷地对所设计零件进行强度校核，更精确地分析出最大应力及最大应力的位置，并结合参数化设计的方法进行优化，确定出满足设计负荷及安全系数要求的合理结构；同时将机械设计工程师从复杂的理论计算中解放出来，将更多的精力放在优化设计及结构设计上，从而极大地提高了设计水平和效率，并且做到优化设计，减少材料消耗和成本，增加产品的可靠性。

（5）设计过程数字化方便信息传递

由于先进的信息处理技术不仅使设计过程全部数字化，而且设计的产品在正式加工制造之前，即可利用UG三维设计技术实现虚拟组装、动态仿真及有限元分析，在产品正式加工前发现设计缺陷并进行改进，大大缩短了设计时间，极大地提高了设计效率和设计质量。另外，随着信息高速公路的开通，信息传输技术已达到了一个新阶段，设计图纸甚至跨国传输、设计方案的实时异地讨论、异地现场修改都已成为现实。

3.UG在机械设计应用中的不足

UG软件在机械设计中的优势是非常明显的，其技术是新兴技术，仍在高速发展。它给企业带来了效率和效益。但其应用却存在着不足，主要表现在：

（1）应用UG的层次不高，目前很多单位在用UG 软件，但大多数只是在用该软件做三维造型和结构设计。当然这也有很多优点，设计直观、修改容易。但是如果只停留在这个阶段，并不能称之为真正的机械设计，因为这只是借鉴了前人的设计经验，至于为什么要这样设计，我们还需要进一步的对机械产品动力学分析、有限元分析等，同时验证我们设计的产品是否满足了设计的要求，这样才可以真正体现UG软件的强大功能。

（2）精通UG软件的设计人员较少，不能充分发挥UG的功能。随着UG软件的推广，大家对该软件有了一定的了解，也意识到它的巨大优点，但同时精通CAD、CAM、CAE三个模块的设计人员比较少，大多数工程师很难在短时间内同时掌握三种模块并灵活运用，他们设计出来的产品就很可能存在一些缺陷。

4.结语

UG是一种高度集成的三维设计软件系统，彻底改变了传统的设计理念。由于其强大的功能，现已成为当今世界最为流行的CAD＼CAM＼CAW软件系统之一，广泛应用于通用机械、模具、家电、汽车及航天领域。总之，UG已在机械设计中发挥了重要的作用，使机械设计提高到全新的水平。它的迅速发展必将能满足现代化机械设计更高的需求，为机械设计提供强有力的支持。