毕业设计（论文）-基于UG_NX的单级圆柱齿轮减速器建模.doc

学号 中 南 大 学 现 代 远 程 教 育毕 业 论 文论文题目 姓 名 专 业 层 次 入学时间 管理中心 学习中心 指导教师 年 月 日毕业设计论文题 目： 基于Unigraphics NX的单级圆 柱齿轮减速器建模 2010年 5月 26日III目 录摘 要2Abstract3前 言4一. UG简介61.1 UG发展历程及影响61.2 UG的功能与特点81.3 UG的用户界面111.4 UG的系统组成及硬件要求12二.绘制草图132.1 草图的概述与通用操作132.2 草图曲线绘制与编辑142.3 草图形状约束18三.特征建模与操作213.1 UG造型概述213.2 特征建模213.3 特征操作24四.减速器实例建模与装配264.1 设计任务及模型分析264.2 减速器零件的造型设计284.3 减速器零件装配36五.结 束 语38六.参考文献39七.致 谢40摘 要工程图是工程师的语言。绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。然而，图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化。一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完成的。在早期，工程师采用手工绘图。他们用草图表达设计思想，手法不一。后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图(ComputerAidedDrawing)应运而生。而Unigraphics NX（以下简称UG）便是这样一款优秀的的集CAD/CAM/CAE与一体的软件本课题从机械设计出发，以减速器三维精确建模为重点，详细介绍Unigraphics NX的草图功能、特征造型功能，基本三维建模过程，简单介绍其实体装配功能。UG作为一款CAD/CAM/CAE设计软件中的佼佼者，它包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。熟练掌握其基本功能的使用，对于我们机械设计专业的学生是有着非常好的作用的。关键词：Unigraphics NX（UG）；三维建模；草图；特征3D model of gear retarder based on Unigraphics NXAbstractEngineering Drawing is the language of engineers. Drawing is the engineering design and the whole construction of an important part. Yet, drawing drawing is an extremely tedious work, requires not only correct, accurate, and along with the environment, demand for external conditions change, design changes will follow. Mapping of a project is usually revised and improved after a few times before completion. In the early days, engineers manually drawing. They sketch the expression of design ideas, practices vary. Later on standardized, forming a set of rules, with some graphics standard, so that standardization of Engineering Drawing. However, the projects diversity, variability, making hand drawing a long cycle, low efficiency, duplication of many, thereby preventing the construction. With the rapid development of the computer, the urgent need for the engineering, computer-aided drawing (ComputerAidedDraw-ing) came into being. The Unigraphics NX (hereinafter referred to as UG) is such a good set of CAD / CAM / CAE software and integratedStarting from the mechanical design of the subject to focus on accurate modeling 3D reducer, details of the draft plan Unigraphics NX features, feature modeling capabilities, the basic three-dimensional modeling process, a brief fact-assembling function. UG as a CAD / CAM / CAE design software leader, which includes the worlds most powerful and extensive application module product design, mechanical design and high performance graphics capabilities for the manufacture of high performance and design flexibility to design any complex products to meet customer needs. Master the basic function of the use of professional mechanical design for our students has a very good effect.Key Words： Unigraphics NX(UG);Three-dimensional modeling；Draft; Features; 前 言工程图是工程师的语言。绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。然而，图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化。一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完成的。在早期，工程师采用手工绘图。他们用草图表达设计思想，手法不一。后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。于是，人们想方设法地提高劳动效率，将工程技术人员从繁琐重复的体力劳动中解放出来，集中精力从事开创性的工作。例如，工程师们为了减少工程制图中的许多繁琐重复的劳动，编制了大量的标准图集，提供给不同的工程以备套用。随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图(ComputerAidedDrawing)应运而生。早期的计算机辅助设计系统是在大型机、超级小型机上开发的，一般需要几十万甚至上百万美元，往往只有在规模很大的汽车、航空、化工、石油，电力、轮船等行业部门中应用，工程建设设计领域各单位则难以望其项背。进入80年代，微型计算机的迅速发展，使计算机辅助工程设计逐渐成为现实。计算机绘图是通过编制计算机辅助绘图软件，将图形显示在屏幕上，用户可以用光标对图形直接进行编辑和修改。由微机配上图形输入和输出设备(如键盘、鼠标、绘图仪)以及计算机绘图软件，就组成一套计算机辅助绘图系统。由于高性能的微型计算机和各种外部设备的支持，计算机辅助绘图软件的开发也得到长足的发展。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。在科学技术日益发展的今天，虽然CAD技术已被企业重视，但通用CAD支撑软件对大多数用户来说，只是绘图工具，只能使所绘图便于保存，便于修改，不是真正的实现了通过计算机设计的目的，不能解决设计问题，其实质仍是手工设计，它不仅设计效率低，同时对使用者的要求也较高，因使用者要直接使用图形支撑软件的命令去构造图形，这就要求其对各种命令的功能及其使用方法十分了解，从而限制了对这些命令不熟悉但精通产品设计的人员有效地使用计算机进行辅助设计，使硬件和软件得不到充分利用。解决此问题的办法是由少数既掌握计算机应用技术又懂产品设计的人员开发出某一产品的CAD应用软件，使其具有良好的人机界面，并融入大量专业设计人员的经验，从而使一般设计人员能够使用计算机应用软件进行产品的设计，提高设计效率与质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中主要有PTC公司的PRO/E，UGS公司的UG和SolidWorks。而在在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上，UG一直公认的作为CAD设计软件的佼佼者。UG主要客户包括，通用汽车，通用电气，福特，波音麦道，洛克希德，劳斯莱斯，普惠发动机，日产，克莱斯勒，以及美国军方。几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现UG在高端工程领域，特别是军工领域的强大实力。在高端领域与CATIA并驾齐驱。它包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。UG优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。多年来，UGS公司一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。另外，UGS公司在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney和GE 喷气发动机公司这样的知名客户。而UG进入中国已经有九个年头了，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为远东区业务增长最快的国家。几年来，UG在中国的用户已超过800家，装机量达到3500多台套。增长遥遥领先其他同类CAD设计软件。本课题研究首先通过书籍杂志网络等媒体详细搜集关于UG的发展情况及其软件功能升级情况；然后采用UG NX4作为本次论文软件平台，从机械设计出发以曾经做过的机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器作为具体建模模型，以单级圆柱齿轮减速器三维精确建模为重点，详细介绍UG基本的三维建模功能；最后简要介绍UG的高级、扩展及新增功能。一 UG简介1.1 UG 发展历程及影响1.1.1 UG 发展历程在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中主要有PTC公司的PRO/E，UGS公司的UG。而在在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上，UG一直公认的作为CAD设计软件的佼佼者，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。1960年：mcdonnell douglas automation 企业成立，收购unigraphics cad/cae/cam系统的开发商united computer 企业，ug的雏形问世。 1983年：ug 上市。 1986年：unigraphics吸取业界领先的、为实践所证实的实体建模核心parasolid的部份功能。 1989年：unigraphics宣布支持unix平台及开放系统的结构，并将一个新的与step标准兼容的三维实体建模核心parasolid引入ug。 1990年：unigraphics作为mcdonnell douglas（现在的波音飞机企业）的机械cad/cae/cam的标准。 1991年：unigraphics开始从cad/cae/cam大型机版本到工作站版本的转移。 1993年：unigraphics引入复合建模的概念，可以实体建模、曲线建模、框线建模、半参数化及参数化建模融为一体。 1995年：unigraphics首次发布windows nt版本。 1996年：unigraphics发布能自动进行干涉检查的高级装配功能模块、最先进的cam模块以及具有a类曲线形象能力的工业形象模块：它在全球迅猛发展，占领巨大的市场份额，已经成为高端及商业cad/cae/cam应用开发的常用软件。 1997年：unigraphics新增包括weav（几何连接器）在内的一系列工业领先的新增功能，weav这一功能可以定义、控制、评估产品模板，被认为是在未来几年中业界最有影响的新技术。 2000年：unigraphics发布新版本的ug17，最新版本的，是ugs成为工业界第一个可以装载包含深层嵌入“基于工程知识”（kbe）语言的世界级mcad软件产品的供应商。 2001年：unigraphics发布新版本ug18，新版本对旧版本的对话框进行调整，使得在最少的对话框中能完成更多的工作，从而简化设计。 2002年：unigraphics发布ug nx1.0.新版本继承ug18的优点，改进和增加许多功能，使其功能更强大，更完美。 2003年：unigraphics发布新版本ug nx2.0 ，新版本基于最新的行业标准，它是一个全新支持plm的体系结构，eds企业同其主要客户一起，设计这样一个先进的体系结构，用于支持完整的产品工程。 2004年：unigraphics发布新版本的ug nx3.0，它为用户的产品设计与加工过程提供数字化形象和验证手段，它针对用户的虚拟产品的设计和工艺设计的需要，提供经过实践验证的解决方案。 2005年：unigraphics发布新版本的ug nx4.0.它是崭新的nx体系结构，使得开发与应用更加简单和快捷。 2007年04月：ugs企业今天发布nx5.0 nx的下一代数字产品开发软件，帮助用户以更快的速度开发创新产品，实现更高的成本效益。和其他的主流CAD软件相比较，UG已有50年的历史，经过如此长时间的发展，不断的改进与完善。功能强大、性能出众便是它与其他年轻的CAD软件相比能成为佼佼者的原因。通用汽车，通用电气，福特，波音麦道，洛克希德，劳斯莱斯，普惠发动机，日产，克莱斯勒，以及美国军方。几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现了UG的强大实力。1.1.2 UG影响UG是一个产品工程解决方案，它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。UG针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。Unigraphics NX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证明为企业带来了战略性的收益。 来自 UGS PLM 的UG使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。UG包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。 如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。 UG是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。UG独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 UG可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。 UG建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， UG目前的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得 UG 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。1.2 UG 的功能与特点1.2.1 UG 的功能UG是一套机械设计自动化软件，它采用了大家所熟悉的 Microsoft Windows 图形用户界面，如果您熟悉微软的Windows系统，那您基本上就可以用 UG来设计了。Ug可以完成产品概念设计、外观造型、详细设计、图纸生成、运动分析、受热受力分析、零件数控加工程序的自动生成等过程，甚至可以对生产过程进行管理。其基于装配的产品设计技术可以使产品的设计从概念开始完成整个产品的开发。在internet的支持下，产品的设计可以多人异地协同工作，不同的设计人员都可以在同一时间对产品的不同零件、不同子装配进行工作。下面将对UG的主要功能进行简单的分类介绍。1、产品设计UG可以建立各种三维参数化实体部件模型和装配模型，自动生成工作图纸（半自动标注尺寸），支持产品外观设计，并且所设计的模型可以虚拟装配，无需制造样机。2、性能分析利用有限元分析产品模型的受力、受热和模态。3、零件加工可更具模型或装配模型半自动生成刀具路径，自动生成数控机床能接受的加工指令。4、机构运动分析可分析产品的实际运动情况。5、布线可根据产品的装配模型布置何种管路和线路的标准线接头，自动布线，并且能计算出所使用的材料并列出材料单。6、产品宣传可对模型进行渲染，产生具有真实感和艺术感的照片，也可以制作成动画等，对产品进行宣传。以上就是UG的主要几项功能。而UG的各项功能都是通过相应的应用模块来实现的，每一个模块都是集成开发环境中的一个部分，互相独立又互相联系。下面就对UG集成环境中的各个模块及其功能做个简单介绍。1、基本环境基本环境是所有其他应用模块的基础平台，打开UG时自动运行，是进入UG集成环境的第一个模块。用于打开已存的部件文件，建立新的部件文件，改变显示部件，分析部件，调用在线帮助和文档，输出图纸和执行外部程序等。若处于其他模块中，可通过选择标准工具栏中的“起始”|“基本环境”命令来返回。2、造型模块造型模块提供概念设计阶段的创造性和唯一性的设计环境，形成更灵活和更易于实现的环境。高级的设计工具可以为设计人员自由的表达设计意图和改进设计提供一个集成环境。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“造型”命令来切换至该模块。3、装配模块装配建模模块主要用于产品的虚拟装配。该模块支持“自顶向下”和“自底向上”的装配建模方法，可以快速跨越装配层并直接访问任何子配件的设计模型；支持装配过程中的“上下文设计”方法，从而在装配模块中可以改变组件的设计模型。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“装配”命令来切换至该模块。4、建模模块建模模块用于产品零件的三维实体特征建模，也是制图、数控加工、装配、产品分析、照片等其他模块的工作基础。该模块支持实体建模、特征建模、自由形状建模、钣金特征建模和用户自定义建模等子模块。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“建模”命令来切换至该模块。5、制图模块制图模块包含完成平面工程制图所需的所有功能。既可以从已经建立的三维实体特征模型自动生成平面工程图，也可以手动回执平面工程图。可利用剖视图、方位视图、局部放大视图以及其他视图来创建所需图纸中的各个视图，还有可以实现自动绘制剖面线、半自动标注、自动建立产品装配件明细表等功能。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“制图”命令来切换至该模块。6、数控加工模块数控加工模块用于数控加工模拟以及自动变成，可完成数控车削加工的全过程；支持线切割等加工操作；可根据加工机床控制器的不同自行定制后台处理程序，使生成的指令可直接应用于用户特定的机床。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“机床构建器”命令来切换至该模块。7、产品分析模块产品分析模块包括结构分析模块、运动分析模块、注塑模分析等模块。结构分析模块可以对模型建立有限元模型，可对产品受热受力后的变形进行分析，并且可对分析后的结构进行处理。运动分析模块可以对简化的产品模型进行运动分析，可以进行机构连接设计和机构综合，完成机构的运动分析，提供高级、灵活和全面的建模能力。注塑模分析模块主要应用于注塑模中对融化的塑料进行流动分析，可以确定最适宜的条件，并以表格或图形的方式表达出来，可以计算出注塑过程中所需要的材料。可分别通过选择标准工具栏中的“起始”|“结构分析”、“运动分析”、“Moldflow Part Adviser”（注塑模分析）命令来切换至对应模块。8、钣金模块钣金模块可以设计钣金件的真实形状用以建立钣金件模型，可以利用编程技术和后处理命令建立用于数控加工的刀轨源文件，可以使用冲压、切割和打磨等多种加工方法。可通过选择标准工具栏中的“起始”|“钣金”命令来切换至该模块。UG集成开发环境还有其他如电子数据表、照片、Web等应用模块，限于本论文的主要设计目的和篇幅，笔者不与此赘述。1.2.2 UG 的特点Unigraphics CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：1具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。2.、采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。3、用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。4、曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。5、出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。6、以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。7、提供了界面良好的二次开发工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。8、具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。1.3 UG的用户界面UG提供了美观、使用灵活、操作人性化的窗口式界面。它不仅考虑了新手的使用需求，还兼顾了老用户的操作习惯，如图1-1所示。图1-1 UG界面对于新手用户，UG在创建文件时提供了操作向导，在工具应用中提供了“快速提示帮助”，在界面管理中提供了“命令管理器”。对于老用户，系统提供了不同的界面方案，还可以根据自己的习惯自定义菜单、工具栏、命令、宏命令等，在工具应用中，可以使用快捷键和快捷菜单命令，以提高操作效率。1.4 UG 的系统组成及硬件要求1.4.1 UG 的系统组成 UG的系统组成主要由其系统组成模块功能来实现，本文简单介绍一下其各个组成模块。UG/Gateway（UG入口）、UG/Solid Modeling（UG实体建模）、UG/Features Modeling（UG特征建）、UG/FreeFormModeling（UG自由曲面建摸）、UG/User Defined Feature (UG用户自定义特征 ）、UG/Drafting（UG工程绘图）、UG/Assembly Modeling（UG装配建模）、UG/Advanced Assemblies（UG高级装配）、 UG/Studio Visualize（工业设计可视化）、UG/WAVE（UG产品级参数化设计）、 UG/Studio for Design（UG渲染）、UG/Sheet Metal Design（UG钣金设计） UG/Routing（UG管路设计）、UG/Wiring（UG 电气布线）、UG/CAM BASE（UG加工基础）、UG/Post Execute （后处理）、UG/Post Builder（加工后置处理）、 UG/Nurbs Path（样条轨迹生成器）、UG/Lathe（UG车削）、UG/Planar Milling（UG平面铣削）、UG/Core & Cavity Milling（UG型芯、型腔铣削）、UG/Fixed Axis Milling（UG定轴铣削）、UG/Flow Cut（UG自动清根）、UG/Variable Axis Milling（UG可变轴铣削）、UG/Sequential Milling（UG顺序铣）、UG/Wire EDM（UG线切割）、UG/Sheet Metal Fabrication（UG/钣金制造）、UG/Sheet Metal Nesting（UG/钣金排样）、UG/Vericut（UG切削仿真）、UG/Scenario for Motion+（UG运动机构）、UG/Senario for FEA（UG有限元前后置处理）、UG/FEA（UG有限元解算器）、UG/ANSYS Interface（UG/ANSYS软件接口）、UG/Open（UG二次开发）、 UG/Data Exchange（UG数据交换）、UG/CAST Online（UG联机自学软件）1.4.2 UG 硬件要求1 Microsoft Windows NT4.0或Microsoft Windows2000(推荐)或以上；2 奔腾4（Pentium4）个人电脑；3 内存128M，硬盘40G。二 绘制草图1.2 草图概述与通用操作草图是UG建模过程中建立参数化模型的重要工具，其主要作用就是建立模型的大致轮廓曲线，并对这些轮廓进行约束以精确地定义其形状，然后用户可以利用这些轮廓曲线通过拉伸、旋转等特征的建模工具来建立符合用户要求的模型的大致形状。一旦用户修改模型的草图参数，由该草图参数建立的模型参数也将改变。本段落只要介绍UG建模的草图绘制功能，该功能是UG建模的第一步骤。大部分模型建立的初始实体均是由草图形状约束而来的。1.2.1 草图的建立草图由草图平面、草图坐标系、草图曲线、草图约束等组成。在“成形特征”工具栏中单击（草图）图标，即可打开草图功能。建立草图的第一个操作就是置顶草图平面和草图坐标系，UG在用户建立草图是即会自动弹出如图2-1所示的“草图平面选择条”工具条。图2-1 “草图平面选择”工具条在确定草图建立平面时，在弹出草图平面设置对话框时，可通过双击草图工作平面坐标系的坐标轴将其旋转进行调整，该调整的是草图工作平面的坐标系而非草图建立平面的坐标系。依次完成草图平面和草图坐标系的选定后。单击按钮确定草图的建立。1.2.2 草图之间的切换虽然在UG中同一模型文件中可以存在多个草图，但是同一时间只允许一个草图是活动的，即可进行操作的，其余的均为非活动草图，若想对非活动草图进行编辑，可通过草图间的切换使其成为活动草图，切换草图的方法为：单击菜单命令“草图”|“打开”，弹出如图2-2所示的“打开草图对话框”图2-2 “打开草图”对话框在草图列表中选定目标草图，单击“确定”按钮完成草图之间的切换。1.2.3 退出草图功能完成草图编辑后，退出草图编辑的方式通常有如下几种：1、 单击菜单命令“草图”|“完成草图”。2、 在“草图”工具栏中，单击（完成草图）按钮。3、 右键单击后在弹出的菜单中单击“完成草图”命令。1.2.4 草图建立的一般过程草图的建立过程一般如下：1、 建立草图或打开已建立的草图。2、 建立和编辑曲线。3、 对草图曲线进行形状约束和位置约束，或对已建立的约束进行编辑。4、 若对草图曲线进行了修改，可以选择“更新模型”命令使得利用该曲线建立的模型更新至当前修改。“更新”模型命令可在“工具”下拉菜单中选择，或者在“草图生成器”工具栏中直接单击命令。1.3 草图曲线绘制与编辑1.3.1 草图曲线绘制“草图曲线”工具栏和对应功能如图2-3所示。图2-3 “草图曲线”工具栏在画线过程中，UG采用动态参数输入方式，即在画线过程中鼠标跟随参数输入框将始终跟随用户的鼠标光标。其输入方式有坐标轴参数输入方式和曲线参数输入方式两种。其输入框内的数值在坐标轴参数输入方式下是现实当前光标位置的坐标轴位置，而在曲线参数输入方式下是显示光标位置的曲线参数，我们也可以手动输入值以确定曲线参数。草图曲线的绘制实例（设计对象减速器的草图绘制）如下图（图2-4、5、6）所示：图2-4 上端盖草图图2-5 某轴草图图2-6 某垫圈草图1.3.2 草图曲线编辑草图操作工具栏如图2-7所示。图2-7 “草图操作”工具栏1、镜像将已经绘制好的草图曲线进行镜像操作，并建立一组关于参考直线镜像对称的草图曲线。2、偏置偏置抽取的草图曲线，“偏置曲线”对话框如图2-8所示图2-8 “偏置曲线”对话框此项功能对生成形状完全一致的平行曲线很是方便，按照对话框中从上至下一次指定偏置对象、偏置方式和相关偏置参数，单击“确定”按钮即可。3、编辑曲线提供曲线参数编辑、曲线修剪、光顺样条等功能。其功能共有：曲线参数编辑、修剪曲线、修剪角、分割曲线、编辑圆角、拉伸、修改圆弧长和光顺样条等。（注：上述工具栏提供的曲线建立功能，可以通过单击菜单命令“插入”下各对应命令打开，曲线编辑功能可通过单击菜单命令“编辑”下各对应命令进入。只有在活动草图中建立的曲线才是草图曲线；在非活动草图中或是非草图功能中建立的曲线只是一般的曲线对象，而不是草图曲线对象。）1.4 草图形状约束1.4.1 尺寸约束尺寸约束用于限定草图曲线的形状以满足用户的设计要求。只要改变草图约束，既可改变由草图曲线建立的实体特征的形状。草图形状约束包括尺寸约束和几何约束两种方法。常用的草图约束工具栏如图2-9所示。该工具栏中包括了尺寸约束工具和几何约束工具。图2-9 “草图约束”工具栏图2-9中自左往右分别是：1、自动推断尺寸，即根据选择的对象自动推测出一种尺寸约束类型建立尺寸约束。2、水平尺寸，即在两个特征点间建立一个与草图坐标系X轴平行的尺寸约束。3、竖直尺寸，即在两个特征点间建立一个与草图坐标系Y轴平行的尺寸约束。4、平行尺寸，即在一个点和一条直线间建立一个点到直线的距离的尺寸约束。5、垂直尺寸，即在一个点和一条直线间建立一个点到直线的距离的尺寸约束。6、角度尺寸，即建立两指定直线间的角度尺寸约束。7、直径尺寸，建立指定圆弧对象的直径尺寸约束。8、半径尺寸，建立指定圆弧对象的半径尺寸约束。9、周长尺寸，建立指定曲线轮廓的周长尺寸约束，只能约束直线和圆弧。尺寸的约束值可由系统自动测量活动，亦可由用户在建立时指定。1.4.2 几何约束几何约束主要用于约束单个乃至多个几何对象之间的几何位置关系。几何约束的定义主要由如下两种方法：1、在建立曲线时系统根据光标移动位置自动显示可能的几何约束符号。相当于工具栏中的“自动创建约束”功能，其对话框如图2-10所示。对话框中，只要所选约束前的复选框处于选中状态，则在用户绘制草图曲线的时候系统将自动根据用户勾选的约束选项对草图曲线进行可能的约束。2、通过用户手动自行建立几何约束。可通过单击工具栏中的“约束”图标进入，手动建立几何约束时，随着用户选择的对象，操作窗口将会动态地显示所选对象中所有可用的几何约束，用户只需选择所需的几何约束方法即可创建相应的几何约束。 图2-10 “自动创建约束”对话框 1.4.3 草图约束的显示、编辑、对象转换等功能对应于草图约束工具栏中的几何约束编辑操作按钮，其主要功能如下：显示所有几何约束。：不显示几何约束。：显示或移除几何约束。：动画尺寸编辑。：活动对象与参考对象的互相转换。草图对象包括两种对象，即活动对象和参考对象。活动对象是指实际的草图曲线或尺寸约束，影响整个草图的形状；参考对象则是指辅助的草图曲线和尺寸约束，不同于建立实体特征。在草图中，活动对象和参考对象之间可以互相转换，即该选项所提供的功能。1.4.4 建立草图尺寸约束的一般步骤 1、选择建立尺寸约束的类型，一般选择自动推动即可方便快捷地建立尺寸约束。2.、根据选定的尺寸约束类型指定对象，根据光标位置确定尺寸约束的位置。3、输入约束变量值，可在进行变量设置的时候选择“工具”下拉菜单中的“延迟草图评估”命令，即改变参数时不改变草图形状，知道用户再在“工具”下拉菜单中执行“评估草图”命令为止。4、单击“确定”按钮完成操作，或单击“应用”按钮完成当前操作并继续建立新的尺寸约束。（注：建立尺寸约束时要注意各尺寸间的逻辑关系，不要有矛盾的尺寸约束，并且精良不要过约束。建立几何约束时，对象和约束类型的选择要适当，避免不必要的、重复的约束。建立镜像几何约束时，作为镜像中心的曲线将自动转变为参考曲线。UG允许草图不必完全约束即可作为建立实体特征的基础曲线。）1.5 草图定位约束草图定位约束的作用是用于确定草图相对于实体对象边缘或特征点的位置。草图定位约束的“创建”、“编辑”、“删除”和“重新定义”等命令均位于菜单命令“工具”下拉菜单中的“定位尺寸”级联菜单中。 1、草图定位约束的创建：草图定位约束的创建只有存在草图对象时才可以执行。当执行草图定位约束的“创建”命令时，将弹出如图2-11所示“定位”子对话框。其所有的可用定位方法与前文中所述草图尺寸约束相关方法类似，选定适宜的定位方法并确定相应的尺寸定位，单击“确定”按钮即可完成相应草图定位约束的创建。 图2-11 “定位”子对话框2、草图定位约束的编辑：执行草图定位尺寸“编辑”命令，指定要编辑的定位尺寸约束，输入新的定位尺寸，单击“确定”按钮完成草图定位约束的编辑。3、草图定位约束的删除：执行草图定位约束“删除”命令，指定要删除的定位尺寸约束，单击“确定”按钮完成指定草图定位约束的删除。4、草图定位约束的重新定义：执行草图定位尺寸“重新定义”命令，指定要重新定义的定位尺寸约束，重新定义定位尺寸，单击“确定”按钮完成指定草图定位约束的重新定义三 特征建模与操作1.6 UG造型概述 利用UG进行实体造型，具有简单、高效。参数化的优势和特点。它能够保持原有物体的关联性并被很好地引用到二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中。UG的三维实体造型中可以对实体进行一系列修饰和渲染，例如着色、消隐和干涉检查，并可以从实体中提取几何特性和物理特性，进行集合计算和物理特性分析。UG实体造型充分继承了传统意义上的线、面、体造型特点及长处，能够方便迅速地创建二维和三维实体模型，而且还可以通过其他特征操作如扫面、旋转实体等，并可与用布尔操作和参数化进行更广范围的实体造型。成形特征模块提供了长方体、圆柱体、圆锥体、球体、管体、孔、圆台、型腔、凸垫、键槽、环形槽。另外特征操作模块和编辑特征模块可以对实体进行各种操作和编辑，将复杂的实体造型大大简化。鉴于本论文的设计方案以及目的，本章节主要介绍UG常用的特征造型工具和建模命令。对于其他功能，本文在这里不做赘述。1.7 特征建模1.7.1 拉伸（Extrude）拉伸操作时将截面曲线沿指定方向拉伸指定距离建立片体或实体的命令。常用于创建截面形状不规则、在拉伸方向各截面形状保持一致的实体特征。步骤一：选择拉伸对象。拉伸对象是用于定义拉伸的截面曲线。它可以是实体表面、实体边缘、曲线、链接曲线和片体。步骤二：指定拉伸方向。步骤三：指定拉伸方式。步骤四：设置拉伸参数。步骤五：选择一种布尔运算。拉伸的实例操作过程如图3-1所示图3-1 拉伸实例操作1.7.2 旋转（Revolve）特征的旋转（回转）是将截面曲线（实体表面、实体边缘、曲线、链接曲线或者片体）通过绕指定轴线旋转生成实体或者片体。创建步骤与特征的拉伸很类似。步骤一：选择旋转对象。旋转对象用于定义旋转的截面曲线，选项与拉伸的特征相类似。步骤二：指定旋转方式。包含“值”和“直至选定对象”两种方式。步骤三：输入旋转参数，即起始和终止角度、旋转轴和旋转中心点。旋转的实例操作过程如图3-2所示图3-2 旋转实例操作1.7.3 沿导线扫描（Sweep along Guide） 沿导线扫描是沿着一定的轨道进行类似于拉伸的操作，将实体表面、实体边缘、曲线或者链接曲线一个或一系列曲线（边）构成的引导线串拉伸，生成实体或者片体。选择沿引导线扫掠命令（如图3-3所示），系统提示选择完扫描曲线，单击确定按钮后接着选择引导线，然后就可以在扫面参数对话框中设置扫描参数，设置偏置值，然后选择一种布尔运算，就完成了沿轨迹扫描的操作。扫描的生成方式与拉伸特征在实质上是相同的。不同之处在于拉伸的引导线只能是直线，而扫描的引导线可以是曲线或者链接曲