UG在鈑金設計與制造中的應用

摘要介紹了在鈑金件設計與制造過程中 ， 為提高鈑金設計 、 制造的質量和效率 ， UG軟件在鈑金 CAD/CAM/CAE 方面的研究和應用 。

隨著機械設計自動化的不斷發展 ， CAD/CAE/ CAM 一體化軟件層出不窮 ， UG 軟件便是其中之 。 一 UG 軟件能將機械設計與生產的全過程集成在一起 ， 它通過一種獨特的參數化的以及面向零件的 3D 實體模型的設計制造技術 ， 改變了傳統的設計理念 ， 為我們提供了一條更直觀 、 更有效 、 更快捷 、 的設計途徑 。

在機械制造中 ， 利用 UG 軟件可以創建實體零件模型及組裝造型 ， 它具有運動模擬功能 、 虛擬裝配功能 、 產生工程圖功能 、 高級數控功能等 ， 在設計過程中可進行有限元分析 、 機構運動分析 、 動力學分析和仿真模擬 ， 提高設計的可靠性 。 在此 ， 僅就 UG 軟件在鈑金設計制造中的應用 ， 作一個初步探討 。

1 鈑金件制造業概況

鈑金零件是通過沖壓工藝方法獲得的具有一定形狀 、 尺寸和性能的零件 。 由于冷沖壓工藝具有生成率高 、 適合大批量生產等優點 ， 所以鈑金零件在航空航天 、 汽車 、 船舶 、 機械 、 化工 、 糧食加工機械等工業中應用十分廣泛 ， 在目前的零件加工行業中逐漸成為一個重要的組成部分 。

鈑金零件傳統的設計方法是鈑金工程師在大腦里構思三維的產品 ， 再通過大腦的幾何投影 ， 把產品表現在二維圖樣上 ， 工程師有一大半的工作量是在三維實體和二維工程圖的相互轉化和繁瑣的查表 、 計算中 。 而制造工人又要把二維的圖樣在大腦中反映出三維的實體然后進行加工 ——劃線 ( 放樣展開 ) 裁料 、 成形 、 聯接和裝配 ， 費時費事費力 。 若將計算機輔助設計 、 制造應用到鈑金零件制造業中 ， 尤其是將 UG 軟件應用到鈑金零件的設計制造中 ， 則可以使鈑金零件的設計非常快捷 ， 制造裝配效率得以顯著提高 。

2UG 軟件應用到鈑金零件設計制造中的主要步驟

2.1 鈑金零件的設計

人在設計零件時的原始沖動是三維的 ， 設計實施的結果是有顏色 、 材料 、 硬度 、 形狀 、 尺寸 、 位置 、 相關零件 、 制造工藝等關聯概念的三維實體 。 但是在傳統的設計中 ， 在這兩者之間的信息傳遞竟然全是二維的圖形表達 。 由于以前的手段有限 ， 人們不得不共同約定了在第一象限 ( 美國是第三象限 ) 平行正投影的二維視圖表達規則 ， 用有限個相關聯的二維投影圖表達自己的三維設想 。 這種信息表達是極不完整的 ， 而且繪圖 、 讀圖都要經過專門訓練的人進行 。

如果能直接以三維概念開始設計 ， 尤其在 UG 軟件的支持下 ， 可以更直觀 、 準確地表達出設計構思的全部幾何參數 ， 整個設計過程就可以完全在三維模型上討論 。 UG 軟件提供了專供鈑金設計的鈑金設計模塊 UG/Sheet   Metal   Design ， 它能幫助鈑金工程師利用設計與制造相關聯的觀點來合理化設計過程 ， 從板料的生成 、 各道工序的完成來逐步創建鈑金零件 。

它可以看作是一個加工鈑金零件的虛擬環境 ， 工程師可以直接在計算機屏幕上進行零件設計和裝配 ， 產品的制作過程與真實的產品制造過程幾乎沒有差別 ， 計算機屏幕上的產品就是未來產品的三維圖像 。 如圖 1 所示的網絡路由器機箱零件 ， 就是用模塊 UG/Sheet   Metal   Design 設計出來的 。

圖 1 網絡路由器機箱零件圖

單個鈑金零件設計完成后 ， 可將多個零件的三維立體模型進行模擬裝配 ， 裝配模型中的各零件相關 。 如果裝配模型中的某一零件作了修改 ， 其它零件也隨之自動地作相應修改 ， 從而大大縮短產品的設計和加工周期 ， 提高產品設計的準確性 。

2.2 鈑金零件的展開

在鈑金零件設計完成后 ， 為便于加工 ， 都要將其轉化為展開圖 ， 以確定所需板料大小以及板料的形狀等 。 在傳統的鈑金零件展開時 ， 都通過人工憑經驗計算獲得 。 這樣做有 3 個缺點 ： ( 1 ) 工作量大 ， 展開過程繁瑣 。 ( 2 ) 效率低 ， 在展開時對于一般工程師而言易產生錯誤 。 ( 3 ) 精度低 ， 大部分展開憑經驗獲得 ， 造成物料和人工的大量糧費 。

在 UG 中利用其鈑金模塊 UG/SheetMetalDesign 的自動展開功能 ， 可完成鈑金零件的自動展開 。 對于展開后板料的形狀和大小 ， 均可通過自動計算獲得 ， 因此擁有高速 、 高精度 、 零錯誤率以及操作簡捷的優點 。 圖 2 即是在 UG/SheetMetalDesign 模塊中網絡路由器機箱的展開圖 。

圖 2 路由器機箱的展開圖

2.3 鈑金零件加工過程的模擬

利用 UG/Sheet   Metal   Design 模塊中的自動展開功能及任意變換角度功能 ， 可對鈑金零件的加工過程進行模擬 ， 以確定零件的最佳制作路線 ， 完成零件的工藝性分析 。 在對加工過程進行模擬的過程中完成折彎刀具的選擇 。

2.4 鈑金零件加工工藝的輸出

利用 UG/Drafting 模塊強大的繪制二維視圖功能可以方便 、 快捷 、 準確地繪制出各種需要的工序圖 ， 方便后續工序的制作和檢驗 。 由于 UG 的單一數據庫 ， 二維工程圖與三維實體模型是完全關聯的 ， 如鈑金造型有改動 ， 二維視圖也自動發生相應的變化 ， 因此大大提高了二維圖 紙的準確性和出圖效率 。

2.5 鈑金零件排樣

利用 UG/Shee t Metal   Nesting 模塊可在一塊毛坯料上對若干品種的零件進行多種優化排樣 。 用戶只需提供零件的種類 、 每種零件的數量以及所用板料的規格 ， 系統即可進行 “自動排樣”并對不同的組合布局進行擇優選擇 。 該模塊還能優化沖壓工序 ， 減少刀具更換 ， 使沖壓零件時板材重定位最少 。 用戶還可以在交互式圖形方式下直接在板材上進行排樣 。

2.6 鈑金零件數控加工程序的編制與輸出

UG/Manufacturing 模塊提供了完備的編程手段供編程人員選用 。 其中包括二軸至五軸數控銑削 、 二軸至四軸數控線切割 、 三軸數控電火花加工 、 轉塔式多工位沖壓等多種加工手段 。 編程人員可以根據需要進行數控編程 ， 利用 UG 的加工仿真模塊可以對編制的程序進行加工仿真 ， 若加工效果不理想 ， 可以及時糾正 ， 從而獲得最理想的加工效果 。

2.7 鈑金零件的數控加工

利用相應的后置處理文件 ， 把刀位文件轉化成機床能夠識別的 NC 代碼程序 ， 通過行接口輸入到相應的數控機床 ， 進行鈑金零件的數控加工 。

3 結束語

( 1 ) 采用 UG 軟件進行鈑金零件的輔助設計 ， 可徹底地將工程師從零件圖和展開圖繪制的煩惱中解脫出來 ， 與傳統的設計過程相比更直觀 、 更高效 ； ( 2 ) 利用 CAE 模塊進行分析 。 最大限度地減少了設計缺陷 ； ( 3 ) 利用 CAM 模塊 。 提高了加工能力和效率 ； ( 4 ) UG 軟件還提供了針對 AutoCAD 等其它軟件的數據接口 ， 使這些軟件能與 UG 相互交換數據 。本文章來自御云鈑金軟件，更多詳細信息請點擊： www.bjmes.cn