【分享】新型鼠标器下座的设计与制造

基于UG软件CAD/CAM功能的新型鼠标器下座的设计与制造  
   
屈澳林　罗庆生
  
0　引　言
　　随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，工程设计业和制造业的内涵及其相关技术已经发生了深刻变化，这一点在机械工程领域里的结构设计和功能设计方面表现尤为显著。虚拟现实技术、三维造型技术、参数设计技术等新概念已渗透到传统的结构设计中来，相应的计算机程控刀具轨迹设定和计算机自择加工工艺参数等新方法正发挥着前所未有的作用，推动着工程设计技术和制造技术的发展。
　　笔者多年以来一直以机械设计和结构设计的CAD/CAM技术为研究方向，在教学、科研和生产的实践中坚持探索产品设计的虚拟现实技术、三维造型技术和参数设计技术，并将其融入到新产品的开发研制中去。近年来，笔者利用美国EDS公司开发的机械设计集成化软件UnigraphicsⅡ（UGⅡ）做了大量的辅助设计和辅助制造工作，尤其在产品的创新造型方面取得了一定经验。在实践中，笔者体会到虚拟现实技术、三维造型技术、参数设计技术是机械设计的发展方向，也是CAD/CAM技术的关键。
目前，机械工程领域使用的CAD/CAM软件“百花齐放、百家争鸣”，而UGⅡ软件能够在其中脱颖而出主要是因为它具有卓越的CAD/CAM功能。在造型功能方面，除却其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可让用户在实体建模（Solid）、曲面建模(Surface)、线框建模 (Wireframe)和基于特征的参数建模中任意选择，使设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。在加工功能方面，UGⅡ软件针对计算机辅助制造的实用性、适应性和效能性，通过覆盖制造过程，实现制造的自动化、集成化和用户化，从而在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量诸方面都给用户提供了极大的收益。UGⅡ软件的强大功能为人们进行各种复杂零件的虚拟现实造型和虚拟现实制造提供了帮助。现以新型鼠标器下座的造型设计与模具加工为例，说明基于UG软件的新产品开发的方法与步骤。
1　基于UG的鼠标器下座的虚拟现实造型设计
鼠标器是计算机设备中体积虽小但引人注目的器件之一。其造型的新颖性、使用的方便性以及功能的齐备性往往是决定性的要素。设计并制造出造型美观、结构简单、经济实用的新型鼠标器是笔者本次工作的目标。在确定选用UGⅡ软件作为新型鼠标器下座设计与制造的开发平台后，即可按下述步骤开始具体工作：
　　①首先进入UGⅡ软件环境，打开一个新文件并选择APPLICATION-MODELING模块；接着选择TOOLBOX菜单下的CURVE子功能，利用该功能中的SPLINE及LINE命令在XOY平面勾画出构思中的鼠标器下座的外轮廓线，并将具有尖角的地方用FILLET功能倒圆角，此后即可作鼠标器下座的分模线。由于在UG软件中所画任意二维线都会被自动放置在XOY平面内，而该鼠标器下座的分模线处于垂直位置，因此要先通过WCS菜单下的ROTATE WCS将XOY平面进行旋转，使之处于垂直位置，然后就可利用CURVE中的ARC功能画出它的分模线（如图1所示），最后选择WCS-ORIENT和WCS-ABSOLUTE CSYS功能使坐标系恢复初始状态；
　　②为了使所生成的实体与辅助元素分别处于不同的层面，避免在造型过程中发生混淆，必须把生成辅助线、辅助面和实体时的工作层加以区分，在此将它们分别设为1、5、10各层，并用LAYER-SETTING控件把第10层设置为工作层，然后用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件将鼠标器下座的轮廓线沿Z轴进行拉伸以得到它的实体，再用LAYER-SETTING控件把第5层设置为工作层，用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件将鼠标器下座的分模线沿X轴拉伸成分模面。此时再选择TRIM BODY（实体修剪）控件，用刚生成的分模面修剪此实体，即得如图2所示造型体；
　　③生成鼠标器下座下边缘的圆弧面。可先用LAYER-SETTING控件把第1层设置为工作层，通过WCS菜单下的ROTATE WCS控件将XOY平面旋转到垂直位置，再在XOY平面内用CURVE-LINE画一斜线，然后用CURVE-ARC控件在鼠标器下座的前端画一四分之一圆弧。此时应使坐标系恢复原位，并将工作层切换到第5层，用TOOLBOX-FEATURE中的EXTUDED BODY控件将该斜线沿X轴拉伸成一斜面；再设定工作层为1，用CURVE-INTERSECT（求交线）求出该斜面与实体周面的交线；将工作层切换到第5层，选择TOOLBOX-FREE FORM FEATURE（扫描）控件，将圆弧沿交线进行扫描得到一弧面；最后选择TRIM BODY（实体修剪），用刚生成的弧面修剪该实体，得图3所示鼠标器造型实体；
　　④现在构造鼠标器下座的具体结构。为生成鼠标器下座的中心孔，先用CYLINGER生成一圆柱，并选择SUBSTRACT参数，将实体减去此圆柱即可得到该孔；然后用HOLE生成底部的圆孔台阶；再用HOLLOW将整个实体抽壳。至此，该鼠标器下座的主体外形结构已经造型完毕，接下来进行鼠标器下座内部功能细微结构的设计及其造型，将加强筋、联结座、定位块、安装孔等一一加上，并进行适当修棱和倒角就可完成整个造型设计（整体造型图如图4所示）。
2　基于UG的鼠标器下座的虚拟现实加工编程
　　当完成了以上建模和造型过程以后，即可用它们作为数据基础来编制数控加工程序。通过在MANUFACTURING模块中设定和选择正确的加工方式、工艺指标和刀具参数，再设定粗、精加工走刀路线并由此产生刀具轨迹，即可进行该新型鼠标器下座的计算机辅助制造。为保证设计和加工质量，可先在计算机上仿真显示并动态检验NC刀轨，诸如刀具和夹具是否相互碰撞、刀具和零件是否相互碰撞、曲面加工是否发生过量切削等问题均可得到直接答案，有利于及时修改加工参数，以保证圆满完成加工任务。需要指出的是，计算机辅助制造的后置处理相当重要，由于此前编制的刀位文件（cls文件）是一种点位文件，必须经过后置处理转换成M代码文件才能运用于加工过程。UG软件的后置处理模块在进行后置处理时所需的数控机床特性描述文件（mdfa文件）可由外带的MDFG程序通过人机对话产生，因此，工程技术可根据具体加工情况对刀位文件进行后置处理，使之成为数控机床可以识别的NC代码。
3　结束语
　　笔者应用UG软件的虚拟现实造型功能和虚拟现实制造功能开发新型鼠标器下座，由于采用了虚拟现实技术、三维造型技术和参数设计技术等新概念和新方法，节省了设计时间、保证了设计质量、并且拟订了加工方案，起到事半功倍的效果。这说明：采用UG软件进行新产品的开发，周期短、质量高，且能与加工连成一体，实现CAD/CAM的无缝集成。由此也使笔者体会到，在机械设计和结构设计领域，虚拟设计与虚拟制造是一条值得探索的发展途径。