基于UG的MP3播放器參數(shù)化建模

1、基于UG 的MP3播放器參數(shù)化建模沈慶云,沈自林(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院思源機(jī)電一體化研究所,佛山528000摘要利用基于UG 的參數(shù)化草圖設(shè)計(jì)與自由曲面建模技術(shù),詳細(xì)介紹開發(fā)一款外觀新穎、功能豐富的MP3播放器的設(shè)計(jì)思路與方法。關(guān)鍵詞:參數(shù)化建模UG 軟件草圖設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TP392173文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):16713133(200601005503The parametric modeling of MP 3player based on UGShen Qingyun ,Shen Z ilin(Siyuan Mechatronics Institute of F oshan Univer

2、sity ,F oshan 528000,CH N Abstract With the help of the parametric sketch design and freeform surface m odeling technology based on UG,the ideas and methods about the development of a versatile MP3player with original appearance has been presented in detail.K ey w ords :Parametric m odeling UG s oft

3、ware Sketch design本文利用UGUnigraphics NX 軟件設(shè)計(jì)了一款外觀新穎時(shí)尚、功能豐富多樣的MP3播放器。C AD C AM 參數(shù)化建模技術(shù),是產(chǎn)品模型開發(fā)設(shè)計(jì)的一種重要的技術(shù)手段。利用參數(shù)化建模技術(shù),可以對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)修改,易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化改型,大大縮短產(chǎn)品從開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到投入市場(chǎng)的時(shí)間。1 UG 參數(shù)化建模技術(shù)傳統(tǒng)的C AD 技術(shù)只能逐個(gè)定義最基本的幾何元素,所創(chuàng)建的幾何元素之間是獨(dú)立的,修改其中一個(gè)幾何元素,其他幾何元素不會(huì)發(fā)生相應(yīng)更新。而在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段,修改工作是很頻繁的,這就要求C AD 系統(tǒng)具有參數(shù)化設(shè)計(jì)功能,使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖可以隨著

4、某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改而自動(dòng)生成相關(guān)的圖形。參數(shù)化草圖建模(Parametric Sketch M odeling 是依靠建立平面圖形的幾何約束和尺寸約束而實(shí)現(xiàn)的。幾何約束(geometric constraint 表示幾何元素拓?fù)渖系年P(guān)系,例如,邊與圓相切(T angent 、邊與邊平行(Parallel 、邊與邊垂直等。尺寸約束(dimensional constraint 表示一個(gè)幾何元素自身的尺寸大小或者兩個(gè)幾何元素之間的尺寸關(guān)系,如圓弧的直徑或半徑、直線與直線的夾角等。參數(shù)化設(shè)計(jì)(Parametric Design 首先建立幾何約束,然后建立尺寸約束。在拓?fù)潢P(guān)系保持不變的情況下,通過改變

5、相關(guān)的尺寸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型幾何尺寸的修改。修改部分尺寸,其余尺寸與相關(guān)幾何元素的位置會(huì)自動(dòng)調(diào)整。2MP3播放器的設(shè)計(jì)本文主要介紹MP3播放器機(jī)身的設(shè)計(jì),其他部件的設(shè)計(jì)不作詳細(xì)介紹。211產(chǎn)品外型特征、性能要求的設(shè)計(jì)分析圖1MP3播放器的外觀該MP3播放器的設(shè)計(jì)理念是,功能豐富多樣,能夠體現(xiàn)出其自然和諧、美麗典雅、前衛(wèi)時(shí)尚的外形特點(diǎn),在設(shè)計(jì)造型上表現(xiàn)出獨(dú)特新穎的藝術(shù)美感。如圖1所示,該產(chǎn)品的整體形狀像一艘乘風(fēng)破浪的快艇。筆者在造型時(shí),利用了一系列光順平滑、過渡自然的自由曲面。212產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)草圖、造型框架的構(gòu)建主機(jī)身的俯視外形輪廓曲線是造型的關(guān)鍵與出發(fā)點(diǎn),由此可生成機(jī)身的頂部與底部的自由

6、曲面,與輔助側(cè)面的投影曲線生成機(jī)身的側(cè)面。機(jī)身的俯視外形輪廓草圖如圖2所示。55C AD C AE C APP C AM 現(xiàn)代制造工程2006年第1期 圖2機(jī)身的俯視外形輪廓機(jī)身的主視圖中間截面上部輪廓控制曲線草圖如圖3所示。要實(shí)現(xiàn)機(jī)身的頂部與底部的自由曲面的光順平滑過渡,必須增加機(jī)身的中間截面上、下輪廓曲線來對(duì)此曲面加以控制 。圖3 機(jī)身中間截面上部輪廓控制曲線機(jī)身的側(cè)面輪廓曲線設(shè)計(jì)草圖如圖4所示。要直接構(gòu)造機(jī)身側(cè)面的曲面很困難,也很麻煩,只有在建立其側(cè)面的輪廓曲線后,再利用投影曲線操作和剪切曲面操作來間接生成。圖4機(jī)身的側(cè)面輪廓曲線設(shè)計(jì)草圖機(jī)身的魚腹?fàn)顚?shí)體構(gòu)造草圖如圖5。雖然機(jī)身的魚腹?fàn)顚?shí)

7、體部分實(shí)際上屬于機(jī)身底部自由曲面的一部分,但是為了方便地進(jìn)行對(duì)其三維造型,應(yīng)把它分成為一個(gè)獨(dú)立的模塊。這樣才有利于產(chǎn)品建模的合理化。圖5魚腹?fàn)顚?shí)體的設(shè)計(jì)草圖3三維參數(shù)化特征模型的創(chuàng)建該MP3播放器的基本造型過程如下。1利用機(jī)身的俯視外形輪廓草圖中上、下對(duì)稱的兩條圓弧曲線,拉伸出相應(yīng)的兩個(gè)曲面。2使用Curve Operation project (ass ociate 的操作,將機(jī)身的側(cè)面輪廓曲線關(guān)聯(lián)性地投影到上述的兩個(gè)拉伸曲面上,產(chǎn)生兩組關(guān)聯(lián)性投影曲線。用兩組關(guān)聯(lián)投影裁剪兩個(gè)拉伸曲面,從而產(chǎn)生機(jī)身的兩個(gè)側(cè)面片體。3根據(jù)機(jī)身的相關(guān)草圖利用編職曲面(Through Curve Mesh 分別創(chuàng)建

8、機(jī)身上、下兩個(gè)曲面。為了產(chǎn)生光順過渡的曲面,必須增加兩條輔助圓弧線。4把機(jī)身的上、下兩個(gè)曲面以及兩個(gè)側(cè)面片體縫合成為一個(gè)實(shí)體。5根據(jù)魚腹?fàn)顚?shí)體設(shè)計(jì)草圖使用Boundary Body 、S wept 等命令分別生成構(gòu)成魚腹?fàn)顚?shí)體的各個(gè)基本片體,然后把這些片體縫合起來。6把兩個(gè)縫合造型實(shí)體合并起來成為一個(gè)機(jī)身實(shí)體。7在上述機(jī)身實(shí)體上,進(jìn)行邊倒圓、面倒圓、挖凹腔等具體操作,至此,一個(gè)完整的MP3播放器的機(jī)身實(shí)體造型完成(如圖6所示。圖6MP3播放器的機(jī)身實(shí)體造型8運(yùn)用抽取實(shí)體元素命令(Extract G eometry 得到機(jī)身頂部的曲面,利用相關(guān)草圖經(jīng)過加厚片體、復(fù)制實(shí)體、Trim Body 等命

9、令分別創(chuàng)建出機(jī)身頂部的紫色裝飾鑲嵌片體與顯示屏。9構(gòu)造機(jī)身頂部的主控制按鈕時(shí),需要先定義一個(gè)與主機(jī)身的中間截面曲線自然過渡相切的基準(zhǔn)面,以及與該基準(zhǔn)面相垂直且通過主控制按鈕(它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)實(shí)體中心軸的基準(zhǔn)軸(如圖7所示。側(cè)面的按鈕造型可參照此方法建立。圖7MP3播放器主控按鈕(下轉(zhuǎn)第62頁65C AM中,模板中相應(yīng)的工藝裝備、夾具的三維模型及相互的裝配關(guān)系都將帶入U(xiǎn)GC AM。同時(shí),由C AM產(chǎn)生的中間結(jié)果同樣也能保存在系統(tǒng)中,在下一工序中繼續(xù)進(jìn)行裝配引用,通過反復(fù)迭代,通過不同加工方法去除多余材料,達(dá)到最終零件,在工藝設(shè)計(jì)過程中,系統(tǒng)提供一套3D和與加工過程相一致的幾何編輯工具,確保工序之間信

10、息關(guān)聯(lián)是同一數(shù)據(jù)源。在進(jìn)行程序的編制過程中所使用的刀具均為數(shù)據(jù)庫中的刀具,完成程序的編制后執(zhí)行保存,系統(tǒng)就會(huì)將所編制的NC 程序和車間工藝文檔自動(dòng)保存到PDM中。工藝裝備設(shè)備、數(shù)控程序與工藝的關(guān)聯(lián)性,以及工藝設(shè)計(jì)與其他軟件模塊的高度集成性,實(shí)現(xiàn)了制造技術(shù)的整體提升。加工的裝配模擬和刀軌的切削仿真,不僅可以及早驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性,而且可以生成動(dòng)畫或圖片,作為工藝內(nèi)容,指導(dǎo)車間生產(chǎn)。2結(jié)論近年來,C APP的應(yīng)用范圍已逐漸擴(kuò)大到各種專業(yè)的工藝過程設(shè)計(jì),乃至企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程的各個(gè)層次、。目前,傳統(tǒng)的C APP系統(tǒng)正向工藝設(shè)計(jì)與信息管理一體化的現(xiàn)代C APP系統(tǒng),即制造工藝信息系統(tǒng)發(fā)展。C APP采

11、用3D設(shè)計(jì)技術(shù),增加了產(chǎn)品的可讀性和一致性,減少了理解圖樣的時(shí)間。現(xiàn)代C APP系統(tǒng)中不僅包含方便的工藝規(guī)程編制功能,更包含對(duì)企業(yè)制造工藝信息及工藝工作流進(jìn)行快速有效的規(guī)范化管理,實(shí)現(xiàn)并行工作,可以及早審查產(chǎn)品工藝性, 統(tǒng)一操作平臺(tái),共享數(shù)據(jù)庫,所有工作人員可以方便地在本地計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)庫存取信息,實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作,改進(jìn)了從前數(shù)據(jù)多處存放、不一致、非關(guān)聯(lián)的缺陷。數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了傳統(tǒng)的工作模式,提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)省制造成本。參考文獻(xiàn):1席單,胥軍.將制造業(yè)信息化進(jìn)行到底J.中國制造業(yè)信息化,2004(11.作者簡介:張海濤,工程師,研究方向:3C技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用。丁來軍,

12、高級(jí)工程師,研究方向:數(shù)控加工、虛擬樣機(jī)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。倪冬,工程師。電話:(03793385647收稿日期:2005207225(上接第56頁4產(chǎn)品模型的參數(shù)化實(shí)現(xiàn)方法產(chǎn)品模型的參數(shù)化修改主要是依靠修改草圖的尺寸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在本次設(shè)計(jì)中,該MP3的外觀造型具有復(fù)雜曲面,其設(shè)計(jì)草圖大多數(shù)由圓弧(Arc和樣條曲線(S pline所組成。為使模型的復(fù)雜曲面可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的編輯、修改,在草圖設(shè)計(jì)上需要運(yùn)用一定的技巧。如圖8所示,在每個(gè)設(shè)計(jì)草圖中,先畫出特定長度的正交參考直線,在這些參考直線的端點(diǎn)上繪出一系列的關(guān)鍵控制點(diǎn)(A、B、C、D四點(diǎn),再通過這些點(diǎn)繪制出相關(guān)的設(shè)計(jì)草圖的圓弧或樣條曲線。圖8樣條曲線的參數(shù)化通過改變這些控制點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)軸的水平位置尺寸(H1、H2、H3、H4與垂直位置尺寸(V1、V2、V3、V4,來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型中相關(guān)造型的