0　引　言

　　隨著計算機(jī)輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，工程設(shè)計業(yè)和制造業(yè)的內(nèi)涵及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了深刻變化，這一點在機(jī)械工程領(lǐng)域里的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計方面表現(xiàn)尤為顯著。虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計技術(shù)等新概念已滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中來，相應(yīng)的計算機(jī)程控刀具軌跡設(shè)定和計算機(jī)自擇加工工藝參數(shù)等新方法正發(fā)揮著前所未有的作用，推動著工程設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展。

　　筆者多年以來一直以機(jī)械設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的CAD/CAM技術(shù)為研究方向，在教學(xué)、科研和生產(chǎn)的實踐中堅持探索產(chǎn)品設(shè)計的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維造型技術(shù)和參數(shù)設(shè)計技術(shù)，并將其融入到新產(chǎn)品的開發(fā)研制中去。近年來，筆者利用美國EDS公司開發(fā)的機(jī)械設(shè)計集成化軟件UnigraphicsⅡ(UGⅡ)做了大量的輔助設(shè)計和輔助制造工作，尤其在產(chǎn)品的創(chuàng)新造型方面取得了一定經(jīng)驗。在實踐中，筆者體會到虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計技術(shù)是機(jī)械設(shè)計的發(fā)展方向，也是CAD/CAM技術(shù)的關(guān)鍵。

　　目前，機(jī)械工程領(lǐng)域使用的CAD/CAM軟件“百花齊放、百家爭鳴”，而UGⅡ軟件能夠在其中脫穎而出主要是因為它具有卓越的CAD/CAM功能。在造型功能方面，除卻其他軟件所具有的通用功能外，它還擁有靈活的復(fù)合建模、齊備的仿真照相、細(xì)膩的動畫渲染和快速的原型工具，僅復(fù)合建模就可讓用戶在實體建模(Solid)、曲面建模(Surface)、線框建模 (Wireframe)和基于特征的參數(shù)建模中任意選擇，使設(shè)計者可根據(jù)工程設(shè)計實際情況確定最佳建模方式，從而得到最佳設(shè)計效果。在加工功能方面，UGⅡ軟件針對計算機(jī)輔助制造的實用性、適應(yīng)性和效能性，通過覆蓋制造過程，實現(xiàn)制造的自動化、集成化和用戶化，從而在產(chǎn)品制造周期、產(chǎn)品制造成本和產(chǎn)品制造質(zhì)量諸方面都給用戶提供了極大的收益。UGⅡ軟件的強(qiáng)大功能為人們進(jìn)行各種復(fù)雜零件的虛擬現(xiàn)實造型和虛擬現(xiàn)實制造提供了幫助。現(xiàn)以新型鼠標(biāo)器下座的造型設(shè)計與模具加工為例，說明基于UG軟件的新產(chǎn)品開發(fā)的方法與步驟。

　　1　基于UG的鼠標(biāo)器下座的虛擬現(xiàn)實造型設(shè)計

　　鼠標(biāo)器是計算機(jī)設(shè)備中體積雖小但引人注目的器件之一。其造型的新穎性、使用的方便性以及功能的齊備性往往是決定性的要素。設(shè)計并制造出造型美觀、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實用的新型鼠標(biāo)器是筆者本次工作的目標(biāo)。在確定選用UGⅡ軟件作為新型鼠標(biāo)器下座設(shè)計與制造的開發(fā)平臺后，即可按下述步驟開始具體工作：

　　①首先進(jìn)入UGⅡ軟件環(huán)境，打開一個新文件并選擇APPLICATION-MODELING模塊;接著選擇TOOLBOX菜單下的CURVE子功能，利用該功能中的SPLINE及LINE命令在XOY平面勾畫出構(gòu)思中的鼠標(biāo)器下座的外輪廓線，并將具有尖角的地方用FILLET功能倒圓角，此后即可作鼠標(biāo)器下座的分模線。由于在UG軟件中所畫任意二維線都會被自動放置在XOY平面內(nèi)，而該鼠標(biāo)器下座的分模線處于垂直位置，因此要先通過WCS菜單下的ROTATE WCS將XOY平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使之處于垂直位置，然后就可利用CURVE中的ARC功能畫出它的分模線(如圖1所示)，最后選擇WCS-ORIENT和WCS-ABSOLUTE CSYS功能使坐標(biāo)系恢復(fù)初始狀態(tài);

　　②為了使所生成的實體與輔助元素分別處于不同的層面，避免在造型過程中發(fā)生混淆，必須把生成輔助線、輔助面和實體時的工作層加以區(qū)分，在此將它們分別設(shè)為1、5、10各層，并用LAYER-SETTING控件把第10層設(shè)置為工作層，然后用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件將鼠標(biāo)器下座的輪廓線沿Z軸進(jìn)行拉伸以得到它的實體，再用LAYER-SETTING控件把第5層設(shè)置為工作層，用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件將鼠標(biāo)器下座的分模線沿X軸拉伸成分模面。此時再選擇TRIM BODY(實體修剪)控件，用剛生成的分模面修剪此實體，即得如圖2所示造型體;

　　③生成鼠標(biāo)器下座下邊緣的圓弧面。可先用LAYER-SETTING控件把第1層設(shè)置為工作層，通過WCS菜單下的ROTATE WCS控件將XOY平面旋轉(zhuǎn)到垂直位置，再在XOY平面內(nèi)用CURVE-LINE畫一斜線，然后用CURVE-ARC控件在鼠標(biāo)器下座的前端畫一四分之一圓弧。此時應(yīng)使坐標(biāo)系恢復(fù)原位，并將工作層切換到第5層，用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件將該斜線沿X軸拉伸成一斜面;再設(shè)定工作層為1，用CURVE-INTERSECT(求交線)求出該斜面與實體周面的交線;將工作層切換到第5層，選擇TOOLBOX-FREE FORM FEATURE(掃描)控件，將圓弧沿交線進(jìn)行掃描得到一弧面;最后選擇TRIM BODY(實體修剪)，用剛生成的弧面修剪該實體，得圖3所示鼠標(biāo)器造型實體;

　　④現(xiàn)在構(gòu)造鼠標(biāo)器下座的具體結(jié)構(gòu)。為生成鼠標(biāo)器下座的中心孔，先用CYLINGER生成一圓柱，并選擇SUBSTRACT參數(shù)，將實體減去此圓柱即可得到該孔;然后用HOLE生成底部的圓孔臺階;再用HOLLOW將整個實體抽殼。至此，該鼠標(biāo)器下座的主體外形結(jié)構(gòu)已經(jīng)造型完畢，接下來進(jìn)行鼠標(biāo)器下座內(nèi)部功能細(xì)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其造型，將加強(qiáng)筋、聯(lián)結(jié)座、定位塊、安裝孔等一一加上，并進(jìn)行適當(dāng)修棱和倒角就可完成整個造型設(shè)計(整體造型圖如圖4所示)。

　　2　基于UG的鼠標(biāo)器下座的虛擬現(xiàn)實加工編程

　　當(dāng)完成了以上建模和造型過程以后，即可用它們作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來編制數(shù)控加工程序。通過在MANUFACTURING模塊中設(shè)定和選擇正確的加工方式、工藝指標(biāo)和刀具參數(shù)，再設(shè)定粗、精加工走刀路線并由此產(chǎn)生刀具軌跡，即可進(jìn)行該新型鼠標(biāo)器下座的計算機(jī)輔助制造。為保證設(shè)計和加工質(zhì)量，可先在計算機(jī)上仿真顯示并動態(tài)檢驗NC刀軌，諸如刀具和夾具是否相互碰撞、刀具和零件是否相互碰撞、曲面加工是否發(fā)生過量切削等問題均可得到直接答案，有利于及時修改加工參數(shù)，以保證圓滿完成加工任務(wù)。需要指出的是，計算機(jī)輔助制造的后置處理相當(dāng)重要，由于此前編制的刀位文件(cls文件)是一種點位文件，必須經(jīng)過后置處理轉(zhuǎn)換成M代碼文件才能運(yùn)用于加工過程。UG軟件的后置處理模塊在進(jìn)行后置處理時所需的數(shù)控機(jī)床特性描述文件(mdfa文件)可由外帶的MDFG程序通過人機(jī)對話產(chǎn)生，因此，工程技術(shù)可根據(jù)具體加工情況對刀位文件進(jìn)行后置處理，使之成為數(shù)控機(jī)床可以識別的NC代碼。

　　3　結(jié)束語

　　筆者應(yīng)用UG軟件的虛擬現(xiàn)實造型功能和虛擬現(xiàn)實制造功能開發(fā)新型鼠標(biāo)器下座，由于采用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維造型技術(shù)和參數(shù)設(shè)計技術(shù)等新概念和新方法，節(jié)省了設(shè)計時間、保證了設(shè)計質(zhì)量、并且擬訂了加工方案，起到事半功倍的效果。這說明：采用UG軟件進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，周期短、質(zhì)量高，且能與加工連成一體，實現(xiàn)CAD/CAM的無縫集成。由此也使筆者體會到，在機(jī)械設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，虛擬設(shè)計與虛擬制造是一條值得探索的發(fā)展途徑。