高等學校應(yīng)用型特色規(guī)劃教材

計算機輔助設(shè)計——UG NX

于文強 彭 勃 主 編

王 英 王利利 張俊玲 副主編

內(nèi) 容 簡 介

本書是根據(jù)中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化 2035》和中央政治局審議通過的《國家“十

四五”期間人才發(fā)展規(guī)劃》的改革精神，為適應(yīng)具有國際競爭能力的工程人才培養(yǎng)的需要而編寫。本書

側(cè)重于軟件操作和機械設(shè)計過程的訓練，選用較新的 UG NX 12.0 版本，力求滿足現(xiàn)代機械工業(yè)對人才設(shè)

計能力培養(yǎng)要求的需要，系統(tǒng)詳盡地介紹了 UG NX 建模知識，并通過實例介紹了產(chǎn)品零件有限元分析以

及運動仿真的基礎(chǔ)知識。針對機械設(shè)計教學的需要，最后一章系統(tǒng)闡述了一級圓柱齒輪減速器的設(shè)計過

程，使學生能系統(tǒng)地掌握機械設(shè)計過程和軟件使用技巧。

本書可作為高等學校機械類及相關(guān)專業(yè)“機械三維設(shè)計”課程教材，也可作為 UG NX 愛好者自學和

工程技術(shù)人員參考用書。

本書封面貼有清華大學出版社防偽標簽，無標簽者不得銷售。

版權(quán)所有，侵權(quán)必究。舉報：010-62782989，beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

計算機輔助設(shè)計：UG NX/于文強，彭勃主編. —北京：清華大學出版社，2023.4

ISBN 978-7-302-62450-9

Ⅰ. ①計… Ⅱ. ①于… ②彭… Ⅲ. ①計算機輔助設(shè)計—應(yīng)用軟件 Ⅳ. ①TP391.72

中國國家版本館 CIP 數(shù)據(jù)核字(2023)第 016984 號

責任編輯：陳冬梅 桑任松

封面設(shè)計：李 坤

責任校對：徐彩虹

責任印制：宋 林

出版發(fā)行：清華大學出版社

網(wǎng) 址：http://www.tup.com.cn, http://www.wqbook.com

地 址：北京清華大學學研大廈 A 座 郵 編：100084

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印 裝 者：三河市銘誠印務(wù)有限公司

經(jīng) 銷：全國新華書店

開 本：185mm×260mm 印 張：16.25 字 數(shù)：387 千字

版 次：2023 年 4 月第 1 版 印 次：2023 年 4 月第 1 次印刷

定 價：49.80 元

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產(chǎn)品編號：073263-01

前 言

為滿足機械工程人才培養(yǎng)的要求和現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對工程師素質(zhì)能力的需要，本書系統(tǒng)

介紹了 UG NX 12.0 的內(nèi)容體系，適時恰當?shù)丶尤氍F(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的案例，同時融入與工程

實踐相關(guān)的設(shè)計性問題，并提供優(yōu)化設(shè)計的全部過程，使學生不僅可以學到機械三維軟件

工具的基礎(chǔ)應(yīng)用，同時訓練其具有從事現(xiàn)代機械工業(yè)設(shè)計的基本能力，成為名副其實的機

械設(shè)計專業(yè)人才。

本書詳細介紹了 UG NX 12.0 的常用功能，注重實際應(yīng)用和技巧訓練相結(jié)合。本書共

分為 12 章，第 1～10 章詳細介紹了 UG NX 基本的建模功能，第 11 章通過實例介紹了 UG

NX 有限元分析以及運動仿真功能，第 12 章系統(tǒng)闡述了最基本的一級圓柱齒輪減速器的設(shè)

計過程。各章主要內(nèi)容如下。

第 1 章介紹了 UG NX 的界面內(nèi)容和視圖的運用，為設(shè)計的入門內(nèi)容。

第 2 章介紹基本實體的構(gòu)建，內(nèi)容包括基本特征的構(gòu)建、基本體素建模和布爾運算等。

第 3 章介紹參數(shù)化草圖建模，詳細講解了 UG NX 中草圖的應(yīng)用。

第 4 章介紹掃描特征的創(chuàng)建，內(nèi)容包括拉伸、回轉(zhuǎn)和掃掠的使用。

第 5 章介紹創(chuàng)建設(shè)計特征，內(nèi)容包括創(chuàng)建孔特征和建立凸臺、腔體、鍵槽等。

第 6 章講解基準的創(chuàng)建，展示了基準面和基準軸的各種創(chuàng)建方式。

第 7 章介紹創(chuàng)建細節(jié)特征，表現(xiàn)了倒角、倒圓的設(shè)置，還有抽殼、拔模的應(yīng)用，以及鏡

像特征和陣列特征的使用。

第 8 章介紹表達式與部件族，內(nèi)容包括創(chuàng)建和編輯表達式、創(chuàng)建抑制表達式和部件族。

第 9 章介紹裝配建模，內(nèi)容包括建立裝配體模型、從底向上設(shè)計方法和裝配上下文設(shè)計。

第 10 章介紹創(chuàng)建工程圖，主要講解了工程圖的管理、剖視圖的創(chuàng)建、工程圖的標注

與編輯等內(nèi)容。

第 11 章介紹 CAE 分析，通過靜態(tài)分析、疲勞分析、運動仿真等方面的實例來講解 UG

NX 的高級仿真模塊內(nèi)容，也是使讀者對 UG NX 有一個全方位的認識和理解。

第 12 章則是通過以工業(yè)生產(chǎn)中常見的減速箱為例，展示了從設(shè)計零部件到裝配體，再

到力學分析和運動仿真，講解了工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)計流程，可使讀者感受到作為現(xiàn)代工

業(yè)產(chǎn)品設(shè)計人員工作的基本內(nèi)容。

本書是根據(jù)中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化 2035》和中央政治局審議通過

的《國家“十四五”期間人才發(fā)展規(guī)劃》的改革精神，為適應(yīng)具有國際競爭能力的工程人

才培養(yǎng)需要而編寫的。

本書由山東理工大學于文強、彭勃，青海大學機械工程學院王英，內(nèi)蒙古工業(yè)大學王

利利，淄博市技師學院張俊玲等多位高校一線教師合作編寫，其他兄弟院校的部分同人也

為教材的出版做了大量的工作，在此表示衷心的感謝！

由于編者水平有限，書中難免存在一些缺點和不足之處，懇請讀者多提寶貴意見。

編 者

目 錄

第 1 章 UG NX 12.0 設(shè)計基礎(chǔ) .................... 1

1.1 UG NX 應(yīng)用初探 .................................... 1

1.1.1 UG NX 操作界面簡介 ................ 1

1.1.2 實例：啟動 UG NX .................... 2

1.1.3 實例：UG NX 的文件操作 ........ 4

1.1.4 鼠標與鍵盤的使用 ...................... 6

1.2 視圖的運用 .............................................. 7

1.2.1 觀察模型的方法 .......................... 7

1.2.2 模型的顯示方式 .......................... 8

1.2.3 模型的查看方向 .......................... 8

1.2.4 模型視圖的新建布局 .................. 9

1.3 圖素的選擇方式 ...................................... 9

1.3.1 利用【類選擇】對話框進行

選擇 ............................................ 10

1.3.2 利用【選擇】工具欄 ................ 11

1.4 使用角色 ................................................ 11

1.4.1 默認角色 .................................... 12

1.4.2 角色的創(chuàng)建、修改與保存 ........ 12

1.5 層的操作 ................................................ 13

1.5.1 層的設(shè)置 .................................... 14

1.5.2 層的分類 .................................... 14

1.5.3 移動至層 .................................... 15

練習題 ............................................................. 15

第 2 章 基本實體的構(gòu)建 ............................... 17

2.1 基于特征的建模 .................................... 17

2.1.1 基于特征的實體建模過程 ........ 17

2.1.2 部件導航器的功能 .................... 18

2.2 UG NX 的常用工具 .............................. 20

2.2.1 點構(gòu)造器 .................................... 20

2.2.2 實例：以捕捉方式創(chuàng)建點 ........ 21

2.2.3 實例：以兩點之間位置的方式

創(chuàng)建點 ........................................ 22

2.2.4 矢量構(gòu)造器 ................................ 23

2.2.5 工作坐標系 ............................... 24

2.2.6 實例：操縱工作坐標系 ........... 25

2.3 基本體素特征 ....................................... 27

2.3.1 長方體 ....................................... 27

2.3.2 圓柱 ........................................... 28

2.3.3 圓錐 ........................................... 29

2.3.4 球 ............................................... 30

2.4 布爾操作 ............................................... 30

2.4.1 實例：合并 ............................... 30

2.4.2 實例：減去 ............................... 31

2.4.3 實例：相交 ............................... 32

2.4.4 布爾錯誤報告 ........................... 33

2.4.5 實例：建立基本體素，練習

放置、旋轉(zhuǎn)工作坐標 ............... 33

練習題 ............................................................ 36

第 3 章 參數(shù)化草圖建模 .............................. 38

3.1 草圖概述 ............................................... 38

3.1.1 草圖與層 ................................... 38

3.1.2 使用草圖的目的和時間 ........... 38

3.1.3 草圖創(chuàng)建步驟 ........................... 38

3.2 創(chuàng)建和進入草圖 ................................... 39

3.2.1 創(chuàng)建草圖 ................................... 39

3.2.2 進入現(xiàn)有草圖 ........................... 40

3.2.3 退出草圖 ................................... 41

3.3 繪制基本幾何圖形 ............................... 41

3.3.1 創(chuàng)建輪廓曲線 ........................... 41

3.3.2 輔助線 ....................................... 42

3.3.3 實例：創(chuàng)建基本草圖 ............... 42

3.3.4 創(chuàng)建直線 ................................... 44

3.3.5 創(chuàng)建圓弧 ................................... 44

3.3.6 創(chuàng)建圓 ....................................... 45

3.3.7 創(chuàng)建派生線條 ........................... 45

3.3.8 快速裁剪 ................................... 46

3.3.9 快速延伸 ................................... 46

IV

計算機輔助設(shè)計——UG NX

3.3.10 制作拐角 .................................. 47

3.3.11 圓角 .......................................... 47

3.3.12 矩形 .......................................... 48

3.3.13 正多邊形 .................................. 49

3.3.14 藝術(shù)樣條 .................................. 49

3.4 草圖約束 ................................................ 49

3.4.1 幾何約束 .................................... 50

3.4.2 實例：添加約束 ........................ 52

3.4.3 顯示所有約束 ............................ 54

3.4.4 尺寸約束 .................................... 54

3.4.5 轉(zhuǎn)換為參考的/激活的 ............... 56

3.4.6 智能約束設(shè)置 ............................ 57

3.4.7 實例：繪制定位板草圖 ............ 58

3.5 草圖操作 ................................................ 59

3.5.1 鏡像曲線 .................................... 60

3.5.2 實例：繪制槽輪零件圖 ............ 60

3.5.3 實例：添加現(xiàn)有曲線到草圖 .... 62

3.5.4 實例：投影曲線——繪制

加強筋 ........................................ 63

3.5.5 偏置曲線 .................................... 64

3.6 草圖管理 ................................................ 65

3.6.1 定向視圖到草圖 ........................ 65

3.6.2 定向視圖到模型 ........................ 66

3.6.3 實例：重新附著草圖 ................ 66

3.7 草圖預(yù)設(shè)置 ............................................ 67

3.7.1 【草圖樣式】選項卡設(shè)置 ........ 67

3.7.2 【會話設(shè)置】選項卡設(shè)置 ........ 68

練習題 ............................................................. 69

第 4 章 創(chuàng)建掃描特征 ................................... 72

4.1 掃描特征概述 ........................................ 72

4.1.1 掃描特征的類型 ........................ 72

4.1.2 選擇線串 .................................... 73

4.1.3 實例：定義掃描區(qū)域 ................ 73

4.2 拉伸 ........................................................ 75

4.2.1 拉伸概述 .................................... 75

4.2.2 實例：使用選擇意圖完成

拉伸 ............................................ 76

4.2.3 實例：帶拔模的拉伸 ................ 77

4.2.4 實例：非正交的拉伸 ................ 78

4.2.5 實例：帶偏置的拉伸 ............... 79

4.3 回轉(zhuǎn) ....................................................... 81

4.3.1 回轉(zhuǎn)概述 ................................... 81

4.3.2 實例：建立回轉(zhuǎn)體 ................... 81

4.4 沿引導線掃掠 ....................................... 82

4.4.1 沿引導線掃掠概述 ................... 82

4.4.2 實例：沿引導線掃掠 ............... 82

4.5 掃掠 ....................................................... 84

4.5.1 掃掠概述 ................................... 84

4.5.2 實例：掃掠 ............................... 84

練習題 ............................................................ 85

第 5 章 仿真粗加工的設(shè)計特征 ................ 88

5.1 創(chuàng)建孔特征 ........................................... 88

5.1.1 實例：創(chuàng)建通用孔 ................... 88

5.1.2 實例：創(chuàng)建螺釘間隙孔 ........... 89

5.2 有預(yù)定義的設(shè)計特征 ........................... 90

5.2.1 選擇放置面 ............................... 90

5.2.2 選擇水平參考 ........................... 91

5.2.3 定位成形特征 ........................... 91

5.2.4 凸臺的創(chuàng)建 ............................... 94

5.2.5 腔的創(chuàng)建 ................................... 94

5.2.6 墊塊的創(chuàng)建 ............................... 95

5.2.7 槽的創(chuàng)建(1) .............................. 95

5.2.8 槽的創(chuàng)建(2) .............................. 97

5.2.9 實例：創(chuàng)建連接件 ................... 99

練習題 .......................................................... 102

第 6 章 創(chuàng)建基準特征 ................................. 104

6.1 創(chuàng)建基準平面 ..................................... 104

6.1.1 實例：創(chuàng)建固定基準平面 ..... 104

6.1.2 實例：創(chuàng)建相對基準平面 ..... 105

6.2 創(chuàng)建基準軸 ......................................... 108

6.2.1 固定基準軸 ............................. 108

6.2.2 實例：創(chuàng)建相對基準軸 ......... 108

6.2.3 實例：通過基準特征建模 ..... 110

練習題 .......................................................... 112

第 7 章 仿真精加工過程的特征 .............. 113

7.1 邊緣操作 ............................................. 113

V

目錄

7.1.1 邊倒圓概述 .............................. 113

7.1.2 實例：恒定半徑倒圓 .............. 114

7.1.3 實例：變半徑倒圓 .................. 115

7.1.4 實例：拐角回切 ...................... 116

7.1.5 實例：拐角突然停止 .............. 118

7.1.6 倒斜角概述 .............................. 119

7.1.7 實例：創(chuàng)建倒斜角 .................. 120

7.2 面操作 .................................................. 121

7.2.1 拔模概述 .................................. 121

7.2.2 實例：創(chuàng)建從平面拔模 .......... 121

7.2.3 實例：創(chuàng)建邊拔模 .................. 123

7.2.4 實例：創(chuàng)建與面相切拔模 ...... 123

7.2.5 實例：為分型邊緣創(chuàng)建

拔模 .......................................... 124

7.2.6 實例：創(chuàng)建基本雙側(cè)拔

模體 .......................................... 125

7.2.7 實例：創(chuàng)建底切拔模 .............. 127

7.3 體操作 .................................................. 128

7.3.1 實例：抽殼 .............................. 128

7.3.2 實例：創(chuàng)建縮放體 .................. 130

7.3.3 創(chuàng)建修剪體特征 ...................... 132

7.3.4 實例：創(chuàng)建矩形陣列 .............. 133

7.3.5 實例：圓形陣列 ...................... 134

7.3.6 實例：創(chuàng)建鏡像特征 .............. 135

練習題 ........................................................... 136

第 8 章 表達式與部件族 ............................. 138

8.1 表達式概述及實例 .............................. 138

8.1.1 表達式的概念 .......................... 138

8.1.2 表達式的類型 .......................... 138

8.1.3 實例：創(chuàng)建和編輯表達式 ...... 139

8.1.4 實例：創(chuàng)建抑制表達式 .......... 141

8.2 部件族概述及實例 .............................. 143

8.2.1 實例：創(chuàng)建部件族 .................. 143

8.2.2 實例：為裝配添加一個標準

零件 .......................................... 144

練習題 ........................................................... 145

第 9 章 裝配建模 ........................................... 147

9.1 裝配概念 .............................................. 147

9.1.1 術(shù)語定義 ................................. 147

9.1.2 創(chuàng)建裝配體的方法 ................. 148

9.1.3 裝配主菜單、工具欄與快捷

菜單 ......................................... 149

9.1.4 裝配導航器 ............................. 149

9.1.5 載入選項 ................................. 150

9.1.6 引用集的概念 ......................... 151

9.1.7 實例：建立新的引用集 ......... 151

9.2 從底向上設(shè)計方法 ............................. 153

9.2.1 添加已存零部件到裝配中 ..... 153

9.2.2 在裝配中定位組件 ................. 154

9.2.3 實例：從底向上設(shè)計裝配

組件 ......................................... 157

9.2.4 組件陣列概述 ......................... 160

9.2.5 實例：創(chuàng)建組件陣列 ............. 161

9.2.6 裝配爆炸視圖概述 ................. 165

9.2.7 實例：創(chuàng)建爆炸視圖 ............. 166

9.3 裝配上下文設(shè)計與 WAVE 技術(shù) ....... 167

9.3.1 自頂向下設(shè)計方法 ................. 167

9.3.2 WAVE 幾何鏈接技術(shù) ............ 168

9.3.3 鏈接幾何對象類型 ................. 169

9.3.4 時間標記設(shè)置 ......................... 169

9.3.5 實例：WAVE 技術(shù)及裝配

上下文設(shè)計 ............................. 169

練習題 .......................................................... 171

第 10 章 工程圖的構(gòu)建 .............................. 172

10.1 工程圖概述 ....................................... 172

10.1.1 主模型的概念 ....................... 172

10.1.2 UG NX 工程制圖流程 ......... 173

10.2 工程圖的管理 ................................... 173

10.2.1 新建圖紙頁 ........................... 173

10.2.2 打開圖紙頁 ........................... 173

10.2.3 刪除圖紙頁 ........................... 174

10.2.4 編輯圖紙頁 ........................... 174

10.3 視圖操作 ........................................... 174

10.3.1 實例：添加基本視圖、

投影視圖 ............................... 175

10.3.2 實例：創(chuàng)建局部放大視圖 ... 176

VI

計算機輔助設(shè)計——UG NX

10.3.3 實例：創(chuàng)建斷開視圖 ............ 177

10.3.4 實例：定義視圖邊界——

創(chuàng)建局部視圖 ........................ 178

10.3.5 移動/復制視圖 ....................... 179

10.3.6 視圖對齊 ................................ 180

10.3.7 實例：視圖相關(guān)編輯 ............ 180

10.4 創(chuàng)建剖視圖 ........................................ 182

10.4.1 實例：創(chuàng)建全剖視圖 ............ 182

10.4.2 實例：創(chuàng)建階梯剖視圖、

階梯軸測剖視圖 ................... 183

10.4.3 實例：創(chuàng)建半剖視圖 ............ 185

10.4.4 實例：創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)剖視圖 ........ 186

10.4.5 實例：創(chuàng)建展開剖視圖 ........ 187

10.4.6 實例：創(chuàng)建局部剖視圖 ........ 188

10.4.7 實例：創(chuàng)建裝配圖剖視圖 .... 190

10.5 工程圖的標注與編輯 ........................ 192

10.5.1 實例：創(chuàng)建中心線 ................ 192

10.5.2 實例：創(chuàng)建尺寸標注 ............ 194

10.5.3 實例：創(chuàng)建文本注釋 ............ 196

10.5.4 實例：創(chuàng)建形位公差標注 .... 197

10.5.5 實例：標注表面粗糙度

符號 ........................................ 199

10.6 制圖模塊參數(shù)預(yù)設(shè)置 ........................ 200

10.6.1 制圖標準的概念 .................... 200

10.6.2 制圖參數(shù)預(yù)設(shè)置 .................... 201

10.6.3 注釋參數(shù)預(yù)設(shè)置 .................... 201

10.6.4 剖切線樣式設(shè)置 .................... 203

練習題 .......................................................... 204

第 11 章 CAE 模型分析 .................... 205

11.1 模型分析概述 ................................... 205

11.1.1 高級仿真介紹 ....................... 205

11.1.2 高級仿真文件結(jié)構(gòu) ............... 206

11.1.3 高級仿真工作流程 ............... 208

11.2 實例：連桿的線性靜態(tài)分析 ........... 208

11.3 實例：螺旋槳的疲勞分析 ............... 211

11.4 實例：四連桿機構(gòu)運動仿真 ........... 217

11.5 實例：挖掘機模型運動仿真 ........... 221

練習題 .......................................................... 230

第 12 章 工業(yè)設(shè)計實例——減速器

設(shè)計 ............................................... 231

12.1 減速器零部件建模設(shè)計 ................... 231

12.1.1 箱體造型設(shè)計 ....................... 231

12.1.2 主動軸造型設(shè)計 ................. 238

12.1.3 從動軸齒輪造型設(shè)計 ........... 239

12.2 減速器虛擬裝配設(shè)計 ....................... 241

12.3 減速器關(guān)鍵零部件力學性能

分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ............................... 244

12.3.1 箱體的力學分析 ................... 244

12.3.2 從動軸的力學分析 ............... 245

12.4 減速器運動仿真 ............................... 248

參考文獻 ............................................................. 250