摘 要：随着科学发展越来越迅速，机械设计由以前简单的CAD二维制图设计转变为三维数字化建模越来普遍，UG是被越来越多人使用。本文采用UG来设计灌装机的整体设计和装配序列仿真以及运动仿真，来测试灌装机整体设计的合理性。同时通过灌装机的整体结构设计，熟练的掌握UG的使用方法。
关键词：灌装机；结构设计；装配仿真
1.前言
灌装机主要是包装机中的一小类产品，从对物料的包装角度可分为液体灌装机、膏体灌装机、粉剂灌装机、颗粒灌装机；从生产的自动化程度来讲分为半自动灌装机和全自动灌装生产线。
我国的灌装设备主要是应用在酒业、饮料的灌装上，从灌装原理上大体可分为负压灌装机、常压灌装机、等压灌装机、定量灌装机、料位灌装机等几种类型。但是目前各个设备生产厂家的灌装机在灌装能力、效率、适宜瓶型范围及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率。
本文介绍了机械产品三维数字化设计与仿真相关内容，并且以UG为三维软件平台，通过三维数字特征建模、参数化建模、装配建模技术，完成灌装机数字化设计与建模；依据产品零部件装配可视化原则与装配序列规划相关原理，完成灌装机爆炸视图与装配序列的生成；根据灌装机在实际运行生产环境下的运动与动力学特性，完成该灌装机特定动作的运动仿真。
2.机械产品三维数字化设计与仿真
2.1机械产品三维数字化设计与仿真内容
数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。
三维数字化设计是指工程技术人员以三维模型为核心来完成产品设计过程中的各项工作，如零件设计、装配设计等，以达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。传统的产品设计是基于物理样机试验验证为主的产品设计方法，其主要流程为：物理样机实验模型设计→物理样机实验模型制造与试验→修改设计→产品设计与制造。三维数字化设计是借助三维数字样机来部分或全部取代物理样机的方法，是一种基于数值模拟与性能仿真预测的设计方法，其主要流程为：三维数字样机建模→数值模拟仿真与试验→修改设计→产品制造[4]。三维数字化设计方法的指导思想是采用“基于模型的设计技术”进行早期验证，判断产品是否满足功能要求，并不断迭代修改设计直到满意为止。
2.2机械产品三维数字化设计与仿真的应用
目前已经有很多成熟的商业CAD、CAE软件在航空航天、机械电子、汽车制造、工程机械、造船、铁路等各个领域广泛应用。如在产品结构三维CAD设计方面有Pro/Engineer、UG、SolidWorks、CATIA等。目前国内外企业已经充分认识到协同设计和仿真平台的重要性，形成了一些多學科协同设计与仿真集成平台的软件。
通过数字化仿真，可以模拟零部件的力学性能，以保证零件满足需要的性能，从而达到提高材料利用率、优化产品结构、提高产品的最大承载能力和产品的疲劳寿命的目标。
3.数字化建模技术
产品数字化模型不仅是产品性能仿真的基础，而且也是生产系统建立、工艺路线确定和工艺过程建模的基础。产品数字化建模技术主要研究的是在计算机内部采用什么样的数字化模型来描述、存贮和表达现实世界中的产品，包括产品的几何形状、结构、性能与行为状态等信息[3]。
数字化建模就是将产品零部件用UG等三维软件设计并且画出三维模型出来，而且要有具体尺寸参数，更加形象且真实的表达出设计人员对零部件的设计构想。如果觉得模型不合适可以很方便的修改模型尺寸和形状。
根据灌装机的技术要求，设计出灌装机，使用此旋转机构可以提高灌装效率。通过三维数字化建模技术应用软件UG8.0，完成齿轮、电动机、减速器等零部件的建模，然后根据灌装所需要完成的动作，装配成整机模型。
4.数字化装配技术
数字化装配技术是在产品零部件三维数字化实体模型的基础上，利用现代计算机技术、信息技术和人工智能技术，借助于虚拟现实等人机交互手段，来规划与仿真产品的实际装配过程[4]。产品装配建模是对构成装配体的零件和零件之间的关系进行的描述，包括装配零件建模、装配结构建模、装配关系建模和装配公差建模[5]。
灌装机通过整体-部件-零件的分层模式，建立灌装机器的爆炸分层。通过装配工艺规划和装配可视化功能，建立灌装机的装配序列。为提高操作人员装配速度、提高装配质量和效率，建立可视化装配工艺。
5.数字化运动仿真技术
仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识[6]。机械产品数字化运动仿真：能在3D环境下仿真模拟各种具有复杂运动的设备和工装夹具，分析设备运动的可行性、可达性、运动过程的干涉以及设备之间的协同、设备与人之间的协调等，以便尽早发现设备和工装夹具设计中存在的错误，加速投产速度，降低制造成本；运动仿真技术的研究范围主要在机械系统动力学和运动学方面，其核心是利用计算机辅助分析技术进行机械系统的动力学和运动学分析，以确定系统及其构件在任意时刻的位置、速度和加速度，同时通过求解代数方程组确定引起系统及其各构件运动所需的作用力及其反作用力。灌装机通过旋转机构可以实现连续灌装。
6.结语
综上所述，我国的灌装机械产品品种缺口约30%-40%；灌装机械产品的性能、外观质量有一定差距。故本文设计以UG为三维软件平台，通过三维数字特征建模、参数化建模、装配建模技术，完成灌装机数字化设计与建模；依据产品零部件装配可视化原则与装配序列规划相关原理，来效验本文所设计的灌装机是可行的。
参考文献
[1] 熊焕云.虚拟现实技术在灌装生产线设计中的应用：武汉：广东工业大学，2003.
[2] 王宁红，高妹芬.我国包装机械业现状及对行业发展的思考[J].机电信息2003，（52）：18-20.
[3] 宁汝新，刘检华.数字化制造中的建模和仿真技术.机械工程学报，2006，42（7）：132-133.
[4] 徐建新，杨传东.三维数字化设计及其应用.煤炭科技，2010，4：72-73.
[5] 宁振波.数字样机在飞机设计中应用[J].航空制造技术，2002，10：20-22.
[6] 王行仁.面向二十一世纪，发展系统仿真技术.系统仿真学报，1999，10（2）：73-82.
作者简介
袁丁（1992-），男，河北省邯郸市曲周县，民族：汉，职称，研究生，研究方向，机械工程，单位：河北科技大学研究生学院。
（作者单位：河北科技大学研究生学院）
