桂 伟 叶 园 李 灯 胡永辉 曹红亮 杨 凯
（武汉商学院 湖北 武汉 430056）
摘 要：文章以ＵＧ软件为设计平台，以伸缩绘图桌为典型案例，应用虚拟设计技术，完成该伸缩绘图桌各零件的三维实体设计、横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构三个部分虚拟装配和整个伸缩绘图桌的虚拟装配。
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关键词 ：ＵＧ；伸缩；绘图桌；虚拟设计
中图分类号：ＴＨ122 文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．05．041
*基金项目：湖北省高等学校2014年省级大学生创新创业训练计划项目“一种新型绘图桌的研制”（项目编号：201411654010）；武汉商学院2014年大学生创新创业训练计划项目“新型绘图桌的设计研究”（项目序号：8）。
收稿日期：2015－01-15
0 引言
通常，机械制图的课堂教学，以学生画小图为主，缩小绘图桌的尺寸，可以在有限的教室里面，放置更多的绘图桌，容纳更多的学生进行手工绘图，充分利用教室面积。在进行机械设计课程设计时，需要分组小班教学并且绘制大图，这时需要在教室里放置大绘图桌进行教学。新型绘图桌尺寸可调，可根据学校实际教学需要合理使用绘图桌，同时又方便学生进行绘图。
伸缩绘图桌通过伸缩机构调整绘图桌的纵、横向尺寸，以满足Ａ0、Ａ1图板的放置要求，实现不同规格图板可使用同一绘图架的目的。伸缩绘图桌通过升降机构调整绘图桌的高度尺寸，并可调整前、后支撑脚的高度实现图板倾斜放置，以适应不同学生绘图的方便性。
伸缩绘图桌具有折叠功能，在需要存放或搬移时，可折叠放置，节省空间，方便移动。
ＵＧ软件是集ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡM，计算机辅助设计、计算机辅助分析以及计算机辅助制造于一体的三维参数化软件，被广泛地应用于航空、航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。
本文基于ＵＧ平台的虚拟设计技术，完成伸缩绘图桌各零件的三维建模设计，虚拟装配，在虚拟样机装配过程中，对装配进行干涉检测，以及时发现设计中的问题，在虚拟设计环境中对设计缺陷进行修正，对设计思路进行优化，以降低实际制造出现问题的风险，从而使伸缩绘图桌一次性制造成功。伸缩绘图桌主要由横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构组成，本文利用ＵＧ软件，首先完成横向伸缩机构、纵向伸缩机构以及升降机构的虚拟设计，最后完成绘图桌的整个虚拟样机的设计。
1 绘图桌典型零件阶梯轴的三维建模设计
伸缩绘图桌的零件主要是轴类零件和板筋类零件，在ＵＧ中绘制轴类零件和板筋类的方法基本相似，下面以绘制阶梯轴为例，阐述在ＵＧ中进行零件三维建模的一般步骤及过程。
（1）单击工具栏中新建图标，选择模型类型，建立模型模块。
（2）单击工具栏中圆柱图标，在对话框中设置圆柱体的参数。
①在【类型】下拉列表中选择【轴、直径和高度】
②在【制定矢量】下拉列表中选择圆柱的轴向方向图标；
③设定圆柱直径、高度以及中心；
④单击确定完成阶梯轴一段圆柱的建模。
（3）在【凸台】对话框中设定阶梯轴另一圆柱的相关参数。
①设置圆台的直径、 高度及锥角；
②设定圆台的放置面、选择合适的定位方法。
（4）重复以上凸台建立的步骤，生成阶梯轴的其他部分。
2 伸缩绘图桌的虚拟样机设计
伸缩绘图桌主要由横向伸缩机构、纵向伸缩机构、升降机构组成，基于ＵＧ软件设计环境的伸缩绘图桌虚拟样机设计如下。
2．1 伸缩机构
（1）横向伸缩机构。
伸缩绘图桌的横向伸缩机构如图1所示，两对伸缩套管套在空心的伸缩轴上，伸缩轴的左右两边各开设有两两对称布置的四个定位孔，用于确定Ａ0、Ａ1图板的横向尺寸位置，伸缩套管上有一个定位孔，当伸缩管上的定位孔与伸缩轴上的某个定位孔配对时，通过蝶形螺母和螺栓进行固定，方便拆装，可以满足放置Ａ0或Ａ1图板的横向尺寸。
伸缩轴上内、外侧两孔中心线沿轴线方向距离分别为Ａ1、Ａ0图板横向尺寸1200ｍｍ与900ｍｍ。考虑在加工和安装过程中存在的误差，以及绘图板实际尺寸误差，伸缩轴上的孔采用形似键槽的半圆头孔，可在±8ｍｍ范围内调节横向尺寸满足实际图板要求。此外，在伸缩轴的中间焊接一4ｍｍ宽圆柱形挡块，将左右两侧伸缩套管隔开（见图2）。
（2）纵向伸缩机构。
伸缩绘图桌纵向伸缩机构如图3所示，绘图桌立柱套管与立柱上分别焊接一焊接板，通过螺栓连接伸缩槽板或伸缩板，伸缩槽板上铣有一定长度的通槽，伸缩板上开有通孔，两者通过蝶形螺母和螺栓连接，螺栓在通槽里自由滑动实现绘图桌支撑脚之间纵向尺寸调整。
考虑零件制造和安装误差以及图板实际尺寸误差，纵向尺寸在图板标准宽度尺寸基础上设置了约为±10ｍｍ的调节范围，满足图板实际宽度尺寸需要。
如图4、图5所示，分别为调节后的Ａ0、Ａ1图板用伸缩绘图桌。
2．2 升降机构
绘图桌支撑脚的立柱套管上铣如图6所示通槽，套管内套有采用空心管的立柱支撑，立柱上开有小通孔，将立柱小孔对准立柱套管不同高度定位槽通过螺栓联接。进行高度调节时，将蝶形螺母拧松，向内侧方向转动立柱，使立柱小孔与螺栓对准立柱套管中间的竖直槽，然后将立柱沿轴线方向移动，调节到合适高度后，向外侧方向转动立柱，立柱小孔对准高度定位槽后锁紧螺母。通过此方式调整立柱套管与立柱之间的相对距离，实现绘图桌高度尺寸的调整，并且可通过调节前、后支撑脚不同高度实现图板倾斜放置。
如图7所示为Ａ0图板倾斜放置图，此绘图桌所采用的方式为前面两立柱定于最大高度处，后面两立柱定位于最低高度，实现图板最大倾斜角度。在使用过程中，根据绘图者习惯，通过调节前、后支撑高度，将图板置于合适倾斜角度。
安装好的绘图桌，由于地面不平或绘图桌本身误差可能会导致放置不平稳，因此本设计中，在立柱下端焊接开有螺纹孔的小支撑圆柱，安装垫脚螺钉，通过调节垫脚螺钉，将图板放置平稳。
2．3 图板的放置
如图8所示，图板放置于四个支撑平板上，支撑平板与支撑套管焊接为一体，并焊接对称布置的四块筋板增加支撑可靠性，如图9所示，支撑套管套在伸缩套管上，支撑套管可在伸缩套管上绕轴线自由转动，使得当图板倾斜一定角度时，图板与支撑平板接触良好。为固定支撑平板放置的角度，在支撑套管下端开小孔，并焊接圆螺母，使用蝶形螺钉将支撑套管紧定于伸缩套管上。
为防止图板放置后左右滑动，在四个支撑平板外侧焊接挡板。此外，为防止图板倾斜放置时出现下滑现象，在绘图桌后方两个支撑平板上焊接防止下滑挡板。
2．4 折叠功能
绘图桌具有折叠功能，在搬移或者存放过程中，可将其折叠，节省空间，方便移动。图10所示为折叠后的绘图桌，此折叠方式为纵、横向尺寸及高度尺寸最小的情况，也可将立柱套管伸缩槽板和伸缩板向下旋转折叠。
2．5 伸缩绘图桌整体结构
如图11所示伸缩绘图桌整体结构，伸缩套管安装在伸缩轴上，可沿伸缩轴轴线方向自由移动，实现绘图桌横向尺寸的变化；伸缩板可沿伸缩伸缩槽板长度方向自由移动，实现绘图桌纵向尺的变化；立柱与立柱套管同轴安装，通过轴向自由移动实现绘图桌高度尺寸调节和图板倾斜角度调节。
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参考文献
1 李树敏，牛德青，姚春玲． 基于 ＵＧ ＮＸ 的轴类零件的计算机辅助设计［J］．现代制造技术与装备，2014（5）
2 吴利霞．基于ＵＧ的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究［Ｄ］．北京：北京邮电大学，2009
3 张勋． 基于ＵＧ的轴类零件特征建模方法研究［Ｄ］．兰州：兰州理工大学，2006
（责任编辑 吴 汉）
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