曹琪

（廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校）

1 引言

2008年Siemens PLM Software發(fā)布了同步建模技術(shù)，它突破了基于歷史記錄設(shè)計(jì)系統(tǒng)固有架構(gòu)障礙，是繼表面造型系統(tǒng)、實(shí)體造型技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)、變量化技術(shù)之后CAD技術(shù)的第五次技術(shù)革命，具有里程碑式意義[1]。逆向模型以非參數(shù)數(shù)據(jù)為主，以此構(gòu)建和修改模型是長(zhǎng)期困擾工程技術(shù)人員的難題[2]。集成了同步建模技術(shù)的UG NX（Unigraphics NX）軟件為問題的解決帶來曙光。本文以電池盒底座逆向造型為例，闡述同步建模技術(shù)在逆向工程中的具體應(yīng)用，并與傳統(tǒng)建模方法進(jìn)行對(duì)比，探討同步建模技術(shù)特點(diǎn)以及對(duì)逆向工程帶來的影響。

2 同步建模技術(shù)概述

同步建模技術(shù)（Synchronous Modeling）是Siemens PLM Software推出的一種三維CAD新建模方式，是基于特征無參數(shù)建模技術(shù)。該技術(shù)在參數(shù)化和歷史記錄建模的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一大步，它能實(shí)時(shí)檢測(cè)模型當(dāng)前的幾何條件，將它們與設(shè)計(jì)人員添加的幾何約束和參數(shù)合并，方便評(píng)估、建構(gòu)新幾何模型和編輯模型，而無需重復(fù)歷史記錄；它是第一個(gè)能借助新決策推理引擎，同時(shí)進(jìn)行幾何圖形與規(guī)則同步設(shè)計(jì)建模的解決方案[3]，加快了如下四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新：

⑴ 捕捉設(shè)計(jì)意圖?？稍谟脩羲伎紕?chuàng)意時(shí)快速地將其捕捉，使設(shè)計(jì)速度提高100倍；設(shè)計(jì)人員能有效地進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)直接建模，不用考慮相關(guān)性及約束等情況。在創(chuàng)建或編輯時(shí)，它能自己定義選擇尺寸、參數(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)則，而不需要經(jīng)過排序歷史記錄。

⑵ 設(shè)計(jì)變更?？稍趲酌雰?nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的或未作設(shè)定的設(shè)計(jì)變更，而以前需要幾個(gè)小時(shí)，這使編輯大大簡(jiǎn)化。

⑶ 多CAD環(huán)境下數(shù)據(jù)重用率。允許用戶重新使用來自其它CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不需要重新建模。通過“選擇提示”技術(shù)，可自動(dòng)歸納各種設(shè)計(jì)要素，而不需要任何特征或約束定義，提高了數(shù)據(jù)重用率。

⑷ 新用戶體驗(yàn)。提供一種新用戶互操作體驗(yàn)，它簡(jiǎn)化 CAD，使三維變得與二維一樣容易使用。通過新推理技術(shù)，系統(tǒng)可根據(jù)鼠標(biāo)的位置自動(dòng)歸納出常見約束類型，并執(zhí)行典型命令，故對(duì)于不常使用用戶而言，設(shè)計(jì)工具也非常易學(xué)易用。

3 UG同步建模在逆向工程中應(yīng)用

UG同步建模在逆向造型和模型修改中得到了廣泛應(yīng)用，極大地提高了設(shè)計(jì)速度和效率。下面以電池盒底座逆向造型（圖1所示）為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1 電池底座逆向造型

3.1 電池盒底座逆向造型

3.1.1 筋板的造型

電池盒底座筋板造型時(shí)，筋板的高度、長(zhǎng)度、傾角等尺寸很難根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)準(zhǔn)確畫出。使用傳統(tǒng)方法，要使用測(cè)量、拉伸等多步命令才能構(gòu)建成功；但使用同步建模中的“替換面”命令，借助已構(gòu)建模型的幾何元素可以實(shí)現(xiàn)快速構(gòu)建。具體操作步驟如圖2 所示。

圖2 替換面操作

“替換面”命令可用一個(gè)或多個(gè)面代替一組面，并能重新生成光滑鄰接表面。此功能可方便地使兩平面一致，用一個(gè)簡(jiǎn)單表面來替換一組復(fù)雜表面。

3.1.2 底座主體尺寸的微調(diào)

電池盒底座主體創(chuàng)建成功后，為保證3D模型過點(diǎn)率高，要不斷對(duì)3D模型的尺寸進(jìn)行微調(diào)。使用傳統(tǒng)方法，要返回歷史記錄進(jìn)行修改，再重新生成模型，這個(gè)過程要重復(fù)多次，非常繁瑣；但使用同步建模的“偏置區(qū)域”命令，無需返回歷史記錄，直接進(jìn)行修改，提高了效率，如圖3 所示。

圖3 偏置區(qū)域操作

“偏置區(qū)域”命令可在單個(gè)步驟中偏置一組面或整個(gè)體，并重新生成相鄰圓角。

3.2 電池盒底座模型修改

3.2.1 螺絲定位件位置的修改

電池盒底座逆行造型成功后，要與上蓋進(jìn)行裝配干涉檢驗(yàn)。如發(fā)生干涉，要進(jìn)行干涉部位模型修改。使用傳統(tǒng)方法，相當(dāng)于重新構(gòu)建干涉部位模型；但使用同步建?！耙苿?dòng)面”命令，不需要進(jìn)行模型的重構(gòu)，可以直接實(shí)現(xiàn)干涉部位模型的整體移動(dòng)，如圖4所示。

圖4 移動(dòng)面操作

“移動(dòng)面”命令可局部移動(dòng)實(shí)體上一組表面（甚至是實(shí)體上所有表面），使系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別、重新生成倒圓面。常用于樣機(jī)模型快速調(diào)整[4]。需要注意的是：移動(dòng)區(qū)域相鄰的面如果是一張曲面，移動(dòng)成功率較高；若為多張面，失敗率較高，即移動(dòng)前后零件表面拓?fù)潢P(guān)系不能改變[4]。

3.2.2 螺絲定位孔的刪除

為節(jié)約成本，改螺絲定位為卡扣定位，要?jiǎng)h除螺絲定位孔特征。使用傳統(tǒng)方法需要在部件導(dǎo)航器上找到相應(yīng)特征，然后執(zhí)行刪除，其它特征重新生成；但使用同步建模的“刪除面”命令，不需要找回歷史記錄，只需點(diǎn)擊“刪除面”命令后，選擇要?jiǎng)h除的面，點(diǎn)擊確定就可以。

“刪除面”命令用于移除現(xiàn)有體上一個(gè)或多個(gè)面。如果選擇多個(gè)面，那么它們必屬于同一個(gè)實(shí)體。選擇面必須在沒有參數(shù)化實(shí)體上。刪除面多用于刪除圓角面或?qū)嶓w上一些特征區(qū)域。

圖5 刪除面操作

3.2.3 加強(qiáng)筋尺寸的修改

電池盒底座與上蓋干涉檢查，加強(qiáng)筋尺寸需要調(diào)整。使用傳統(tǒng)方法，需要對(duì)干涉部位的加強(qiáng)筋刪除后，重新建模；但使用同步建模的“修改尺寸”命令，可以直接點(diǎn)擊需要修改的兩個(gè)面，它會(huì)自動(dòng)生成幾何元素間的尺寸，對(duì)該尺寸進(jìn)行修改即可。如圖6所示。

“線性尺寸” 命令可實(shí)現(xiàn)對(duì)非參數(shù)模型尺寸快速修改，修改類似于草圖中尺寸約束[5]，不同的是草圖驅(qū)動(dòng)對(duì)象是曲線，而同步建模驅(qū)動(dòng)對(duì)象是面。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過在電池盒底座逆向造型中應(yīng)用同步建模技術(shù)，并與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)無論是在初期逆向造型還是后期模型修改，同步建模方法速度、效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。同步建模技術(shù)在逆向設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，使它在逆向工程領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

圖6 線性尺寸修改操作

[1]李華川.基于UG的三維CAD同步建模技術(shù)研究[J].制造業(yè)信息化,2010,6:102-104.

[2]冉險(xiǎn)生,林立.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中同步建模技術(shù)與傳統(tǒng)建模技術(shù)的對(duì)比分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2010,6:69-71.

[3]http://www.siemens.com/plm/breakthrough.

[4]徐勤雁.UG NX逆向造型技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[5]單巖.UG NX6.0立體詞典:產(chǎn)品建模[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2010