0　引　言

　　隨著計算機輔助設計和輔助制造技術的飛速發展，工程設計業和制造業的內涵及其相關技術已經發生了深刻變化，這一點在機械工程領域里的結構設計和功能設計方面表現尤為顯著。虛擬現實技術、三維造型技術、參數設計技術等新概念已滲透到傳統的結構設計中來，相應的計算機程控刀具軌跡設定和計算機自擇加工工藝參數等新方法正發揮著前所未有的作用，推動著工程設計技術和制造技術的發展。

　　筆者多年以來一直以機械設計和結構設計的CAD/CAM技術為研究方向，在教學、科研和生產的實踐中堅持探索產品設計的虛擬現實技術、三維造型技術和參數設計技術，并將其融入到新產品的開發研制中去。近年來，筆者利用美國EDS公司開發的機械設計集成化軟件UnigraphicsⅡ(UGⅡ)做了大量的輔助設計和輔助制造工作，尤其在產品的創新造型方面取得了一定經驗。在實踐中，筆者體會到虛擬現實技術、三維造型技術、參數設計技術是機械設計的發展方向，也是CAD/CAM技術的關鍵。

　　目前，機械工程領域使用的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，它還擁有靈活的復合建模、齊備的仿真照相、細膩的動畫渲染和快速的原型工具，僅復合建模就可讓用戶在實體建模(Solid)、曲面建模(Surface)、線框建模 (Wireframe)和基于特征的參數建模中任意選擇，使設計者可根據工程設計實際情況確定最佳建模方式，從而得到最佳設計效果。在加工功能方面，UGⅡ軟件針對計算機輔助制造的實用性、適應性和效能性，通過覆蓋制造過程，實現制造的自動化、集成化和用戶化，從而在產品制造周期、產品制造成本和產品制造質量諸方面都給用戶提供了極大的收益。UGⅡ軟件的強大功能為人們進行各種復雜零件的虛擬現實造型和虛擬現實制造提供了幫助。現以新型鼠標器下座的造型設計與模具加工為例，說明基于UG軟件的新產品開發的方法與步驟。

　　1　基于UG的鼠標器下座的虛擬現實造型設計

　　鼠標器是計算機設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。設計并制造出造型美觀、結構簡單、經濟實用的新型鼠標器是筆者本次工作的目標。在確定選用UGⅡ軟件作為新型鼠標器下座設計與制造的開發平臺后，即可按下述步驟開始具體工作：

　　①首先進入UGⅡ軟件環境，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平面勾畫出構思中的鼠標器下座的外輪廓線，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，而該鼠標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平面進行旋轉，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功能使坐標系恢復初始狀態;

　　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分，在此將它們分別設為1、5、10各層，并用LAYER-SETTING控件把第10層設置為工作層，然后用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件將鼠標器下座的輪廓線沿Z軸進行拉伸以得到它的實體，再用LAYER-SETTING控件把第5層設置為工作層，用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件將鼠標器下座的分模線沿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生成鼠標器下座下邊緣的圓弧面。可先用LAYER-SETTING控件把第1層設置為工作層，通過WCS菜單下的ROTATE WCS控件將XOY平面旋轉到垂直位置，再在XOY平面內用CURVE-LINE畫一斜線，然后用CURVE-ARC控件在鼠標器下座的前端畫一四分之一圓弧。此時應使坐標系恢復原位，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所示鼠標器造型實體;

　　④現在構造鼠標器下座的具體結構。為生成鼠標器下座的中心孔，先用CYLINGER生成一圓柱，并選擇SUBSTRACT參數，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，該鼠標器下座的主體外形結構已經造型完畢，接下來進行鼠標器下座內部功能細微結構的設計及其造型，將加強筋、聯結座、定位塊、安裝孔等一一加上，并進行適當修棱和倒角就可完成整個造型設計(整體造型圖如圖4所示)。

　　2　基于UG的鼠標器下座的虛擬現實加工編程

　　當完成了以上建模和造型過程以后，即可用它們作為數據基礎來編制數控加工程序。通過在MANUFACTURING模塊中設定和選擇正確的加工方式、工藝指標和刀具參數，再設定粗、精加工走刀路線并由此產生刀具軌跡，即可進行該新型鼠標器下座的計算機輔助制造。為保證設計和加工質量，可先在計算機上仿真顯示并動態檢驗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，以保證圓滿完成加工任務。需要指出的是，計算機輔助制造的后置處理相當重要，由于此前編制的刀位文件(cls文件)是一種點位文件，必須經過后置處理轉換成M代碼文件才能運用于加工過程。UG軟件的后置處理模塊在進行后置處理時所需的數控機床特性描述文件(mdfa文件)可由外帶的MDFG程序通過人機對話產生，因此，工程技術可根據具體加工情況對刀位文件進行后置處理，使之成為數控機床可以識別的NC代碼。

　　3　結束語

　　筆者應用UG軟件的虛擬現實造型功能和虛擬現實制造功能開發新型鼠標器下座，由于采用了虛擬現實技術、三維造型技術和參數設計技術等新概念和新方法，節省了設計時間、保證了設計質量、并且擬訂了加工方案，起到事半功倍的效果。這說明：采用UG軟件進行新產品的開發，周期短、質量高，且能與加工連成一體，實現CAD/CAM的無縫集成。由此也使筆者體會到，在機械設計和結構設計領域，虛擬設計與虛擬制造是一條值得探索的發展途徑。