基于UG的电风扇产品造型设计

基于UG的电风扇产品造型设计1 UG 软件简介UG NX是Graphics Solutions公司推出的集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用。

其功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

它在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的迅速增长，在PC 上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。

UG NX是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。

它的设计思想足够灵活地支持多种离散方案，因此软件可对许多不同的应用再利用[2]。

UG软件主要分为 CAD模块CAM模块Mold Wizard模块。

（1）CAD模块实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。

实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。

UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持。

为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。

UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。

UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。

在模型改变时，工程图将被自动更新。

利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。

UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。

装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位。

参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。

（2）CAM模块UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS 建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。

同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。

（3）Mold Wizard模块Mold Wizard是UGS公司提供的运行在Graphics NX软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。

Mold Wizard为产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。

2 电风扇的三维造型2.1 UG在产品中的设计思路在产品开发及制造过程中，几何造型技术已经使用相当广泛。

但是由于种种原因，仍有许多产品，设计和制造者面对的是实物样件，为了适应先进制造的发展，需要通过一定途径，将实物转化为CAD模型，使之能利用CAD/CAM等先进技术处理，这种从实物取样再获取三维模型的技术就是通常所说的“求反工程”（Reserve Engineering）。

虽然仅仅只是实用型电风扇，但是看起来也是相当复杂。

造型时感到无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，也就是将设计者构思的初步轮廓用UG强大的三维实体造型功能，生成三维实体模型，即提供一个可视化界面，再在该界面上逐步进行详尽的设计造型。

分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面和面之间的过渡、凹槽、倒圆、倒角等）。

首先是从特征入手，保证重点，产生一个合理的造型“毛坯”，再在这些“毛坯”上完成细节部分如过渡面，凸台、凹槽、孔、肋板等。

这样主次分明，先做什么后做什么问题就迎刃而解了。

2.2 电风扇的建模设计分析目前的三维设计系统随着计算机的发展，在CAD 技术领域中，二维设计逐渐向三维设计方向发展，而二维设计只是提供了简单的建模、装配及二维工程图生成功能，这些功能远远不能满足设计工作的要求，比如当设计者在设计过程中需要进行一些简单的工程分析工作时，系统就无法满足要求，因此需要其它的工程分析系统来配合以便完成相应的工作，这就会大大增加设计者的设计工作量、延长设计的周期、增加设计费用。

在实际设计过程中，设计者可以根据客户提供的相关参数及性能要求合理选择材料及产品尺寸。

因为在这次设计过程，考虑材料的省材、环保，将扇叶、底座、操作面板部分使用价格比较低廉，性能优越的ABS塑料，支架部分可使用45钢，扇罩部分可用钢丝。

因为主要利用UG进行造型设计，材料的选择不加详细介绍。

在设计初期为了便于三维建模，以实用型电风扇为例按照其实现的功能将电风扇进行模块划分：（1）电风扇扇叶旋转模块。

电风扇扇叶在设计中是必不可少的，而且确定尺寸以后在系统中基本不变，确定扇叶尺寸以后便可考虑与其连接的前后罩的尺寸。

（2）操作面板模块，这个是根据实际需要进行确定，比如会4档变速，有“摇头”、“定时”旋钮开关。

（3）电风扇升降模块，主要用来实现安装和联接所需的功能。

（4）支架模块。

这一部分尺寸基本确定，但是由于其他部分所需要可进行临时改变来满足预留要求。

（5）底座模块，这一部分相对固定。

到现在风扇的发展比较成熟，尺寸也相对固定，设计考虑风扇尺寸高度1200~1400mm，高度可升降。

为了节省能源和材料，扇叶形状呈三叶形，直径360mm。

扇叶部分用注塑成型，厚度1.5~2mm。

底座的设计要保证支撑整个风扇主体，尺寸定为300~300mm正方形，高度60mm，厚度5mm，同时加肋板增加强度。

操作面板分为4档，有定时开关的旋钮。

在考虑操作面板的生产问题，要考虑拔模角。

同时为了安全起见，底座、面板部分要注意进行边倒角。

数据的合理性不仅关系到电风扇的造型美观效果，同时也会影响整个风扇的装配及注塑模设计，因此这是整个毕业设计的重要一部分。

在整体尺寸大致确定以后，选择合理的造型方法也是相当困难的。

在创建模型时，采用搭积木的方式在模型上依次添加新的特征。

由于组成的模型特征既相互独立又具有一定的关联性，修改时只需对不满意的细节所在特征进行修改，在不违背特定特征之间基本关系的下，再生模型可获得理想的设计结果。

电风扇的建模设计总体上来说是使用了由顶而下的产品设计方法，设计中将运用拉伸、扫描、抽壳、偏移、阵列，进行电风扇各个部件的设计以及曲面建模，偏移，修剪实体等复杂的建模方法。

在三维建模中主要有以下3种特征:(1) 实体特征它是构建三维模型的基本单元和主要设计对象。

实体特征可以是正空间特征(如销的突出部分),也可以是负空间特征(如面板上上的孔、槽等)。

在UG 中，根据建模方式和原理的差异，把实体特征进一步分为基础特征和工程特征。

基础特征是三维模型设计的起点，包括拉伸特征、旋转特征、扫描特征和混合特征等。

(2) 曲面特征它是一种没有质量和体积的几何特征，对曲面的精确描述比较复杂，在目前三维造型中通常通过曲率分布图对曲线进行编辑，进而得到高质量的曲面造型。

曲面特征主要用于产品的概念设计、外形设计和逆向工程等设计领域。

本论文的曲面主要是通过网格曲面创建，或者用艺术线条创建直纹面，然后片体加厚形成。

(3) 基准特征指参数化设计的基准点、基准轴、基准曲线、基准平面和坐标系等。

一般来说，基准特征主要用于辅助三维模型的创建。

在有了这些前期准备以后便可进行风扇的三维建模，将电风扇零件进行绘制。

零件的绘制尺寸一定要得当才能完成虚拟装配工作。

2.2.1 电风扇的虚拟装配介绍在风扇主体尺寸大致确定以后，实际设计过程中并不是完成所有零件再进行产品装配而是完成一个装配一个进行检测。

传统制造理论认为，装配应该是整个制造过程中的最后一个环节，就是按规定的技术要求，将零件、组件和部件进行装配和联接，使之成为半成品和成品的工艺过程[4]。

作为一门新兴的技术，虚拟装配技术实际上是装配和制造技术可视化技术、仿真技术、产品设计方法学、虚拟现实技术等多种技术的结合，所以它的发展与以上技术紧密相关。

虚拟装配技术可以实现以可装配性的全面改善为目的，以实现操作仿真的高度逼真为要点，以实现装配信息模型的集成化为核心，以全周期装配环节为对象，以装配多样化为特色[5]。

它可以改变传统装配中的如下不足：（1）传统装配必须等零件全部加工完成之后才能进行装配；（2）传统装配不能体现并行设计思想；（3）传统装配一般要反复修改，进行多次试装配，使得产品周期长，成本高，不能适应当前制造的需要。

利用UG 装配模块，把电风扇的各个零件装配好，在装配时根据实际操作再修改零件。

装配时的约束可分为两大类，无连接接口约束和有连接接口约束。

无连接接口的主要用于一般的装配中，使用这种装配的零件不具有自由度，零件之间不能做任何相对运动；有连接的约束主要用于解决机构的相对运动。

扇叶部分和后座（里边装有电机转轴，这里只是绘制模型，电机部分不作考虑）的装配就要是有连接口的约束，因为要做扇叶转动的仿真。

装配体建模承接于基础零件建模才能得到电风扇的三维零件模型，根据设计人员的装配图纸生成装配模型，在UG 软件中进行装配设计主要有由底向上和由顶向下两种主要方法。

下面简单介绍一下本文装配所用到的设计方法：由底向上和由顶向下的装配设计方法。

产品在设计的过程中是一个复杂的创造性活动，产品的内的质量和生产总成本从根本上来讲由产品的设计决定。

输入零件之间的几何约束关系，将设计好的零件装配成产品，是目前CAD 系统普遍支持的一种由底向上的设计过程。

它的主要思路是先设计好各个零件，然后将这些零件拿到一起进行装配，如果在装配过程中发现某个零件不符合要求，比如：零件与零件之间产生干涉、某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配，再发现问题，再进行修改，如此反复[6]。

如图2.1所示。

图2.1 由底向上的装配设计 按照一般人的思维方式 ,通常的设计过程是：先需求分析、概念设计，再进行机构设计、详细设计，最后试制修改。

其中一般是先设计总装配图，再设计零件图，这就是由顶向下的设计方法。

如图2.2所示。

图2.2 由顶向下的装配设计由顶向下的设计是一个产品的开发过程。

通过该过程，确保设计由原始的概念开始，逐渐地发展成为具有完整零部件造型的最终产品。

把关键信息放在一个中心位置，在设计过程中通过捕捉中心位置的信息传递到较低级别的产品结构中，如果改变这些信息将自动更新整个系统。

设计时确定扇叶直径以后，才能进行扇罩尺寸的确定，然后一步步完成设计任务。

由顶向下的设计方法是在零件设计的初期就考虑零件与零件之间的约束和定位关系，在完成产品整体设计之后，再实现单个零件的详细设计。