一、前言 
产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节，为提高产品的三维设计效率和质量，用户必须掌握三维CAD造型的原理，充分了解CAD软件中的造型方法。充分利用现代先进的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定基础。 
UnigraphicsNX提供了以参数化为基础，基于特征实体造型、部件间的关联设计、专家设计系统等技术。其核心技术是采用非均匀有理B样条(NURBS)作为曲面造型的基础，融线框模型、曲面造型、实体造型为一体，参数化和特征化的混合造型系统。系统建立在统一的富有关联性的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性使CAD/CAM/CAE各部分数据自由联动切换。UGNX吸收了各种建模技术的优点，率先推出了最先进的复合建模方式，将参数化实体建模、高级自由曲面建模、线框建模融于一体。复合建模技术代表了CAD发展的趋势，即易用、自由、高效，是目前CAD行业最优化的建模方式。它可使工程师在工作时完全不必受某种单一建模方法的束缚，自由地、快速地完成建模。它既具有参数化建模的灵活方便，在处理复杂产品方面又具有独特的优势。UGNX以实际工程需要为导向，逐渐发展为了CAD/CAM/CAE/PDM一体化的系统。系统同时具备如钣金设计、注塑模具设计、冲压模及级进模等多种专家设计模块。 
二、UGNX/CAD覆盖件产品设计 
1.基于SMC成型的覆盖件设计实例 
基于SMC成型的覆盖件为全复合材料结构，主要由蒙皮和加强筋组成。蒙皮内的加强筋作为骨架以增加覆盖件的强度和刚度，具体图1所示。该复合材料覆盖件必须满足一定的重量和刚度要求，如重力作用下的变形和扭转刚度，高温烤漆的表面气泡及热变形问题。通过对覆盖件的SMC成型工艺及结构上的研究，其成型方法采用分块模压，并最终粘接成型，由外蒙皮、内加强筋、前脸三个部件组成。由于覆盖件结构比较复杂，其成型方案设计时，分别模压成型蒙皮、加强筋，然后粘接成一体，并根据其强度和刚度要求进行局部加强。其结构设计有以下特点：
图1 外蒙皮及总体装配示意图
(1)制品的内外部结构形状 
制品的外部形状应该力求简单，内腔是制品的主要型面，为保证易于脱模和成型，应设计成圆滑结构。避免内腔深度尺寸过大，对模压成型造成困难。该覆盖件三个部件的所有连接特征均采用可能大的过渡圆角，从而使其易成型。 
(2)脱模斜度 
对于热固性塑料，脱模斜度在平行于压制方向的表面上一般不小于1゜，对于脆硬材料，脱模斜度应设计要求大一些。而对于精度要求较高的产品应采用较小的脱模斜度，对于形状复杂，收缩率大，厚壁不易脱模的制品应采用较大的脱模斜度。由于覆盖件尺寸较大，拔模斜度设计一般都设计在3゜以上，局部地区介于1.5゜～8゜之间。 
(3)壁厚 
由于SMC具有良好的流动性，可以成型各种薄壁变厚度尺寸的制品，其最厚截面应保持在13mm以下，对于超过25mm的厚度，可采用特殊的引发体系，在SMC产品设计时，避免过薄尺寸，大面积尺寸应大于1mm厚，由于壁厚的不均匀性易产生变形，因此在变厚度地区，应采用圆滑过渡。SMC成型的覆盖件产品厚度一般在3mm左右。 
(4)加强筋和凸缘结构 
对于覆盖件薄壁结构，为增加刚度，防止产品变形，在多处地区设计了加强筋和凸缘结构，筋的侧面均为3゜以上的拔模斜度和3mm以上的圆角半径，其加强结构如下图2所示。对于整体粘接后的工况要求，在局部地区采用薄板铝合金横梁加强，采用粘接和螺钉对SMC和铝合金横梁进行连接。结构强度刚度优化则主要采用盒形件、矩形加强筋及凸缘等结构来加强。
图2 盒形件、加强筋、凸缘结构示意图
2. 基于UGNX的覆盖件设计技巧 
该覆盖件比较复杂，需要对其结构合理地分解，确定产品结构的主要特征。在造型时根据产品的主要结构建立特征曲线，通过拉伸、旋转、扫描等建立一个合理的“毛坯”，再进行外观的细节设计，产品的外观形状多由光顺圆顺的自由型曲线曲面组成。要保证构造出来的曲面既光顺又能满足一定的精度要求，就必须掌握一定的曲面造型技巧。由于覆盖件产品设计造型本身比较复杂，对设计者的要求比较高，以下为作者在完成该产品设计时总结出的一些经验： 
(1)先整体后局部、参数化与非参数化有效的结合 
在工程中，常常难以用一张连续完整的曲面来表达一个复杂的产品外形。这样构造的曲面往往不光顺，产生大的变形。这时可根据软件提供的曲面造型方法，结合产品的外形情况，将其划分为多个区域来构造多张曲面，然后将其缝合，或用过渡面与其连结。针对产品的需求及优化设计的目标，在进行造型时应合理的利用UGNX提供的参数化和自由曲面造型的混合使用问题，如在加强筋的布局设计时采用参数化的线框模型，有助于优化分析和曲面重构设计等提高产品的设计质量效率；对于SMC成型的R角等局部特征，可待有限元分析后的结果来进行最终确定。 
(2)基本造型功能的熟练使用 
在利用UGNX进行SMC成型的覆盖件产品设计时，涉及基本曲线曲面操作比较多，如常用的直纹曲面（Ruled Surface）、拉伸面（Extruded Surface）、扫描面（Swept Surface）、缩放面（Enlarge Surface）、等距面（Offset Surface）、融接圆角面（Blend Surface）、裁剪面（Trim Surface）、缝合面（Sew Surface）、延伸面（Extend Surface）、边界面（Boundary Surface）。要注意这些基本曲面和派生曲面的使用特点，如拉伸功能可进行带倾斜拔模角度的曲面设计。同时对于基本的曲线，如直线、圆弧、曲线裁剪（Trim curve）、长度调节（Arc length）、等距线（Offset Curve）、投影曲线（Project Curve）、相交曲线（Intersection Curve ）和曲线连接（Join Curve）等生成及其编辑修改，应做到灵活熟练。同时还应区分Sketch和Curve的使用方法以及坐标系统的灵活使用。 
(3)快捷键、图层和颜色的使用 
由于覆盖件产品设计、模具设计与数控编程的工作量比较大，使用快捷键有助于降低劳动强度。而合理的规划图层、颜色对几何图形对象的表达有助于提高设计的效率和信息的表达。而充分利用图形对象的阵列（Instance）、转换（Transform）功能，可大幅度提高产品的设计效率和质量。 
(4)从模具的角度考虑 
产品三维造型的最终目的是制造。产品零件大都是由模具生产出来的，因此，在三维造型时，要从模具的角度去考虑，在确定产品出模方向后，应检查曲面能否出模，是否有倒扣现象（即拨模角为负角），如发现有倒扣现象，应对曲面的控制线进行修改，重构曲面。这一点往往被忽略，却是非常重要的。在SMC模压成型的覆盖件产品设计时表现尤为重要，由于SMC成型工艺的要求，一般圆角不小于R3，拔模角度不小于1゜。 
(5)曲线曲面的光顺控制 
由于覆盖件产品的外观要求比较高、同时涉及到模具成型以及结构有限元优化分析网格划分的需求，要求产品的曲面光顺性较好。为保证曲面的光顺性，在造型满足产品几何要求的前提下，可利用延伸
UGNX在SMC成型覆盖件及其模具设计与CAM中的应用.doc