针式打印机是典型的机电一体化产品。它集精密机械、电子技术、光学技术、新材料应用、精密模具技术于一体。目前，国内的打印机市场主要为国外品牌所占据，我司是少数的能独立自主研发打印机产品，拥有完全打印机知识产权的国内公司之一，这其中，cad技术的成功应用具有不可替代的作用。

    我司是1997年开始引进ugii设计软件，到现在，已经在设计的各个阶段以及制造环节全面采用ugii软件。

    设计过程如下：
    * 方案设计：根据打印机的产品定位，明确该打印机引擎需实现的功能，按实现功能分成几个功能模块由小组成员并行设计。对每个模块提出二或三种实现方案，应用二维cad软件进行方案设计和详细参数计算。在方案设计结束后，按方案的可行性和实用性经过评审和修改，然后进入详细设计阶段。
    * 详细设计： 根据方案设计确定的方案和详细参数，并应用ugii软件完成零件三维模型的建模、组件和引擎装配、详细的干涉检查和运动模拟分析。在系统的虚拟环境下，初步完成了打印机引擎设计评审。
    * 样机制作：零件设计结束并初步评审后，我们采用统一的数据模型，很方便地将模型通过塑件快速成型和钣金切割制成初步样机，进一步验证了方案设计。由于快速成型的快捷和准确性，给加快项目带来了很多方便。样机经过几轮审核论证，最终将整个设计确定。
    * 出二维图：用零件三维模型，方便地直接生成二维工程图。按国标标注尺寸，形位公差和汉字说明等。根据需要添加各种剖视图，详细表达零件。
    * 开模：将二维和三维的结果提交给协助厂家进行开模。
    * 制定装配工艺：在开模的同时，可开始工艺制定，利用三维模型很直观的制定工艺和所需夹具的设计，方便地生成装配图和工艺图。

    一．ug技术在打印机零件设计中的应用。
    （1）ug在打印机外观工业设计中的应用
    三维设计在工业产品的外观设计中已经得到成熟的应用，使用ug软件进行打印机的外观设计，可以使产品开发和市场前期推广同时进行，并且直观的三维模型便于公司的市场，营销人员在第一时间对产品的功能造型进行全方位的评价。使用ug软件开发的几款打印机外观都受到了我司市场推广人员的好评同时也为用户所认可。使用ug软件设计外观，也便于制作样品时的数据转换和传递，大大缩小设计人员的改进周期。

[图1为用ugii软件进行的打印机外观设计案例]

    （2）ug在打印机引擎设计中的应用
    打印机引擎是打印机的核心部件，也是打印机设计的核心技术所在。我司的每款打印机引擎设计小组通常是5人左右组成的团队，团队工作的管理和任务分配就显得很重要。通常设计小组是按功能模块进行任务分配。针式打印机引擎按功能可以分成走纸系统模块，字车系统模块和色带驱动系统模块，每个设计人员参与其中一个或几个模块的设计。
     
    应用ug各模块进行打印机引擎零件设计
    针式打印机引擎的主框架多为钣金结构，使用ugii的钣金模块，可以方便自如的进行钣金件的折弯，打凸筋，折弯展开等等操作。

    [图2典型的打印机引擎钣金零件]

[图3该零件的钣金折弯展开模型].

    
    使用modeling 模块进行的零件设计。

    [图4复杂的打印机塑料零件模型]   

    应用二次开发的grip程序进行齿轮，斜齿轮和蜗杆的设计。

[图5印机典型的双联齿轮模型]

    以斜齿轮为例，简述grip程序流程：
   
    斜齿轮主要是通过swept操作实现的。程序先计算并生成单个斜齿的截面齿形；再利用swept生成完整的一个斜齿形；用直径等于齿顶圆的圆柱对齿形进行修剪；再绕圆心按齿数进行阵列操作；生成一个直径等于齿根圆的圆柱；最后对各个齿进行unit操作，一个斜齿轮设计操作就完成了。
   
    打印机引擎的字车系统模块设计
    字车系统就是驱动打印头做横向往复运动的机构，系统由步进电机驱动，使用同步带传动机构。同步带使用弹簧进行张紧。

[图6字车系统模型]

    打印机引擎的走纸系统模块设计
    走纸系统模块的功用是通过摩擦或链齿传动进行纸张进给操作。摩擦轮之间的驱动是通过步进电机驱动齿轮系而实现的。

  [图7走纸系统的齿轮系模型]

  [图8走纸系统的摩擦轮系模型]

[图9走纸系统的链齿传动模型]

    
    打印机引擎的色带驱动系统模块设计
    色带驱动系统的特点是将字车的往复横向运动转换为色带的单向持续运动，这种转换是通过摆杆齿轮啮合的切换来实现的。

[图10电机齿轮双向转动  在摆臂齿轮的啮合切换下，色带驱动齿轮仍单向转动]

    使用wave技术进行自顶向下的模块设计
    在模块设计中使用wave技术,进行设计修改时，修改只需在装配模型中进行，,而不需要对每个零件进行更改操作。通常的做法是在模块装配模型文件中用草图绘制出模块的主要框架，按设计输入条件对关键设计元素进行约束。然后利用wave geometry linker 将装配模型草图中的关键设计元素添加到每个零件模型中。这样的设计方法适用于零件数目在50以内的模块级的设计，零件太多一来不便于设计任务分配，二来不便于零件的管理。
   
    二．ug技术在打印机模拟装配方面的应用
    零件设计是由设计小组各个成员独立进行的，设计小组长负责对所有的零件进行模拟装配，检查和校验设计效果。模拟装配可以检查各个模块的设计是否符合设计输入的要求，是否出现静态干涉。各个设计人员可以调用装配模型检查自己的设计效果。有些设计必须在装配模型中进行。可以说，装配模型给设计人员很强的整体感，是群体并行设计中不可或缺的工具和手段。设计小组长管理装配模型，确定和调整各个模块之间的相对位置关系。

    [图11为打印机引擎的装配模型]

    三．ug在打印机动态仿真方面的应用
    打印机使用到的机械传动方式有以下几种：同步带传动，链齿传动，摩擦传动和齿轮传动以及一些简单的用户操作动作，使用动态仿真可以有效的检查在打印机械运动过程中是否存在可能的动态干涉，或者在用户操作的过程中是否存在操作干涉。打印机运动机构每个模块都是单动力源的，使用转动副，滑动副基本就可以定义所有运动零件的相互关系。

    [图12为翻盖打开的动态仿真]

    四．ugii在打印机零件库管理方面的应用
    使用ugii软件设计，可以进行有效的打印机零件库管理，除了可以方便的调用紧固件，标准件等通用零件外，还可以查询已有的齿轮，带轮，同步带等结构件设计，便于在新的设计中进行引用，减少新开发的零件种类，节约投资成本。零件库的编制和管理是通过execl表单实现的。

[图13为齿轮零件库示例]

    五．使用ugii给打印机设计带来的好处
   
    1．减少设计时间，提高工作效率
    用ugii技术，设计一款新型打印机只要4~6个月的设计时间。从这方面讲经济效益较大，因为争取到时间，就能争取到更大的市场。
   
    2．减少人力资源的投入
    采用ugii技术，设计一款新型打印机只要投入6-7个人力，大大减少人力成本。
   
    3．提高设计准确性
    利用ugii设计技术，零件用三维设计、三维模型的装配、干涉检查、动态模拟仿真；可以直观设计效果，大大减少设计错误的产生，同时通过制造样机，几轮评测改进，使大部分设计错误在模具投入开发前得到纠正。从而减少模具的报废和制造模具时间。