摘要：隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展及產(chǎn)品更新迭代速度的加快，逆向設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用為新產(chǎn)品開發(fā)提供了便利。UG軟件基于其強大的功能，在逆向領(lǐng)域設(shè)計得到廣泛應(yīng)用。文章闡述了使用UG軟件進(jìn)行逆向設(shè)計的常見思路及方法，以及設(shè)計高質(zhì)量曲面產(chǎn)品時的注意事項。

關(guān)鍵詞：逆向工程;UG逆向設(shè)計;產(chǎn)品質(zhì)量控制中圖法分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on 3D modeling based on NX-UG reverse design

CHEN Xiaoyun

（Guangxi Technological College of Machinery and Electricity，Nanning 530007，China）

Abstract：With the rapid development of the market economy and the accelerated iteration of product updates，the application of reverse design technology has provided convenience for new product development. Based on its powerful functions，UG software is widely used in reverse engineering. The article expounds the common ideas and methods of reverse design using UG software， and the precautions when designing high-quality curved products.

Key words： reverse engineering， UG reverse design， product quality control

逆向設(shè)計是指將已有實物模型通過三維掃描的方式采集點云，并利用相關(guān)軟件對點云進(jìn)行處理，快速轉(zhuǎn)化成三維數(shù)字模型的反求設(shè)計方式[1]。采用逆向設(shè)計可快速完成產(chǎn)品建模，并可對其進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。相較于正向設(shè)計，逆向設(shè)計大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，因此逆向工程技術(shù)在企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了使用 NX?UG 軟件做逆向設(shè)計的思路、常用方法及注意事項。

1產(chǎn)品建模原則

產(chǎn)品開發(fā)前，應(yīng)先對產(chǎn)品進(jìn)行外形分析，根據(jù)形狀特征將產(chǎn)品表面劃分為不同區(qū)域。首先，判斷產(chǎn)品是否存在對稱關(guān)系，如有對稱，建模時只需畫出對稱部分外形，往往是二分之一，四分之一甚至是八分之一外形。其次，采用鏡像命令得到整個產(chǎn)品實體?；诖?，將大大減少逆向工程的工作量。對稱外形建模時，將細(xì)節(jié)特征忽略，以去圓角的思維方式對產(chǎn)品拆塊，分析該產(chǎn)品由哪幾大塊構(gòu)成。依據(jù)每一塊外形選擇合適的命令。建模順序是：先把產(chǎn)品主體部分構(gòu)建出來，再逐個對依附主體的其他特征進(jìn)行建模。建模方式基于“先簡單后復(fù)雜，先實體后片體”的原則。能做實體盡量做實體，實體創(chuàng)建不了再考慮片體建模的形式。如圖1所示，對游戲機遙控手柄逆向設(shè)計時，根據(jù)以上原則，產(chǎn)品對稱，將手柄拆半畫。首先，創(chuàng)建中間基體1，使用旋轉(zhuǎn)命令做出。其次，依據(jù)旋轉(zhuǎn)基體1，在其上面或周圍構(gòu)線布面，畫出復(fù)雜的操控桿2和3的曲面外形。

2產(chǎn)品建模方法

傳統(tǒng)建模分為實體建模和片體建模。

實體建模大多采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等基礎(chǔ)命令。截面形狀一致，考慮選用拉伸命令;回轉(zhuǎn)類零件的構(gòu)建適合采用旋轉(zhuǎn)的方式;掃掠則應(yīng)用在截面形狀一致或相似，沿引導(dǎo)線掃掠形成的產(chǎn)品外形。

片體建模即曲面建模，隨著 UG 軟件不斷更新?lián)Q代，功能越來越強大，建模手段越來越豐富。曲面實體建模的方法大部分是先對整個曲面外形進(jìn)行拆面，分析整個產(chǎn)品或產(chǎn)品部分曲面區(qū)域由哪幾個面組成。拆面后首先做大面（圖2），大面做完后，再根據(jù)實際情況決定相鄰大面之間需不需要接面，如需要接面，應(yīng)在兩相鄰面之間裁出一段過渡距離，使用合適的方法接面。創(chuàng)建出來的各個面最終縫合成一體，最后倒圓角，從而完成產(chǎn)品建模。

2.1大面創(chuàng)建方式

在 NX?UG 軟件中，常用的大面創(chuàng)建方式為“拉伸+x 型”“掃掠或變化掃掠+x 型”“網(wǎng)格”“快速造面+擴大+x 型”“填充曲面（內(nèi)加控制線）+擴大+x 型”“刷色+擬合曲面+擴大+x 型”。不同的命令做出來面的質(zhì)量不一樣。使用快速造面和擬合曲面方式做出來的面屬于擬合面，其特點是做面便捷、快速。STL 上直接畫線或刷色即可利用命令擬合的方式成面，其缺點是面不夠光順，一般使用在對曲面質(zhì)量要求不高的產(chǎn)品逆向設(shè)計中。

網(wǎng)格命令是 UG 逆向做曲面最傳統(tǒng)的手段。首先，根據(jù)曲面外形畫出曲面的邊界線，如曲面形狀復(fù)雜，往往需要在中間添加控制線，通過由線構(gòu)面的方式做出曲面。此構(gòu)面方式需要逆向設(shè)計者有一定的設(shè)計經(jīng)驗，會對復(fù)雜曲面進(jìn)行拆面接面，曲面質(zhì)量的控制取決于逆向設(shè)計者對畫線位置、線型走勢的控制，在構(gòu)造曲線時應(yīng)該盡可能仔細(xì)、精確，其相較于逆向設(shè)計而言難度較大。特別對于某些外型線看不到曲面，需要憑空繪制出大概位置線后，初步做出面外形，然后根據(jù)曲面與 STL 的貼合度不斷調(diào)整線，以達(dá)到逆向設(shè)計“既順又貼”的目的。

x 型是 UG 逆向設(shè)計里使用相對簡單、構(gòu)面“既順又貼”的便利工具，通常使用在對逆向產(chǎn)品不需做太多調(diào)整的逆向設(shè)計里。其創(chuàng)建方法為利用拉伸、掃掠、填充等技術(shù)，先大概繪制出一張與逆向曲面大小相近的面，再通過 x 型命令，將做出來的面調(diào)整成與 STL 貼合度很高、符合逆向要求的曲面。該做面方法的優(yōu)點是創(chuàng)面簡單，做出來的面通過調(diào)整 UV 階數(shù)，可構(gòu)建出高質(zhì)量的曲面;缺點是曲面調(diào)整時間比較長，如逆向產(chǎn)品后續(xù)要改動，不太方便。如需要構(gòu)建高質(zhì)量曲面，X 型命令里 UV 次數(shù)少于5階，補片數(shù)取1。

2.2曲面做面順序

曲面逆向設(shè)計順序通常為“大面→接面→倒 R 角”，面與面相接先后順序以圓角為導(dǎo)向[2]。圓角為導(dǎo)向的判定原則如下：（1）圓角先大后小;（2）最光順圓角或最長圓角最后倒;（3）如果圓角相連地方太多、太長、不好倒，可以先倒一截，剩下一截做網(wǎng)格連接。

如圖3所示，該產(chǎn)品為摩托車座椅，因?qū)ΨQ關(guān)系，只須畫出一半。構(gòu)建時先做出①②③④⑤⑥⑦⑧大面，然后進(jìn)行大面與大面之間的過渡連接。連接順序依次為：左半邊，②大面和③大面倒圓角相接，倒圓角形成的區(qū)域再與①大面倒圓角相接，④大面和⑤大面倒圓角相接，而后與①②③大面相連的區(qū)域倒圓角相接;右半邊，⑦大面和⑧大面相接，然后和⑥大面倒圓角相接。左右半邊各自成型后，倒圓角相接。

2.3面與面之間的過渡方式

倒圓角（邊倒圓、面倒圓、樣式圓角、美學(xué)圓角等）根據(jù)不同的需要選擇相應(yīng)的圓角命令。兩面切開一定距離，再橋接曲面相接。也可用網(wǎng)格相接，或用藝術(shù)曲面相接。

若能采用倒圓角的方式接面，則盡量采用倒圓角來將相鄰面連接。此方式連接方便、過渡自然，而且能用圓角連接，證明之前拆面合理，容易做出高質(zhì)量的大面。當(dāng)所做大面質(zhì)量不太好，圓角倒出來質(zhì)量不好，走線扭曲，甚至倒不出圓角，或者圓角變形。此時，可將圓角區(qū)域裁空，用網(wǎng)格接面的方式做出圓角效果。如圖4的第⑨大面，用圓角過渡不好做，則可改用網(wǎng)格接面的方式畫出來。

3產(chǎn)品質(zhì)量評估及調(diào)整

在構(gòu)建產(chǎn)品外觀的過程中，特別是構(gòu)建曲面時，我們不可能一次性將全部產(chǎn)品面構(gòu)建達(dá)到理想的效果。其中，理想的效果指的是逆向構(gòu)建的曲面光順而且貼點。所以，我們需要不斷對各個曲面進(jìn)行檢查以及做相應(yīng)處理，把曲面調(diào)整到最佳的視覺效果。在構(gòu)建曲面的過程中，應(yīng)結(jié)合軟件提供的檢查分析工具，調(diào)點、調(diào)線、調(diào)面，把曲面調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)。在傳統(tǒng)由線構(gòu)面的方式下，面的質(zhì)量取決于線的走勢及位置，曲面劃分越合理，走線越自然，面的質(zhì)量控制得越好。

產(chǎn)品曲面品質(zhì)是指曲面本身是否光順以及相鄰曲面的連接是否自然、過渡連續(xù)。目前，行業(yè)定義中曲面品質(zhì)最高級為 A。A 級曲面滿足條件如下：相鄰曲面間之間隙在0.005m 以下（部分大品牌汽車廠甚至要求達(dá)到0.001mm），面之間切率變化在0.16°以下，階次與控制點數(shù)目不多，UV 方向在5個控制點左右;一個 A 級曲面在 UV 方向必須保證曲率的連續(xù)性及變化趨勢的一致性，曲面之間的連接部分至少滿足曲率連續(xù)，曲率改變在0.005以下。只有符合上述標(biāo)準(zhǔn)，才能確保曲面光順飽滿，不出現(xiàn)視覺上的瑕疵，滿足產(chǎn)品的外觀品質(zhì)需求。因此，我們在構(gòu)建高質(zhì)量曲面產(chǎn)品時，畫線用曲率梳檢查走線的自然程度。在產(chǎn)品外觀要求中，面與面相接至少滿足 G1的過渡要求。對于汽車、飛機或外觀要求高的產(chǎn)品，要達(dá)到 A 級曲面的品質(zhì)，即至少須達(dá)到 G2的控制要求。

4結(jié)束語

通過利用常用的三維 CAD 軟件對實物進(jìn)行反求造型是近年來工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的趨勢，通過逆向設(shè)計，可大大縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提升產(chǎn)品的市場競爭力。在同一款軟件上對產(chǎn)品進(jìn)行建模、分析、分模及加工，可大大降低設(shè)計出錯的可能性。UG 軟件基于其豐富及強大的功能模塊，在設(shè)計行業(yè)占據(jù)越來越重要的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1]何永喜.UG 曲面設(shè)計在逆向工程中的應(yīng)用[ J].遼寧經(jīng)濟管理干部學(xué)院（遼寧經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報），2011（5）：60?61.

[2]蔣青谷.工業(yè)設(shè)計中的高質(zhì)量曲面設(shè)計[ J].裝備制造技術(shù)，2010（12）：59?60+65.

作者簡介：

陳曉云（1978—），本科，講師，研究方向：產(chǎn)品逆向設(shè)計及加工。