淺談UG軟件在鈑金零件設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

張鵬濤

邯礦集團(tuán)實(shí)業(yè)開發(fā)中心 河北邯鄲 056000

隨著加工制造行業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)需求下對(duì)各類機(jī)械設(shè)備及鈑金制造的外觀尺寸精度要求越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的依靠人工手繪和二維圖像則已經(jīng)完全被淘汰，已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)前機(jī)械加工制造行業(yè)對(duì)于鈑金設(shè)計(jì)復(fù)雜化、高精度、虛擬化的要求[1]。目前，各類計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件已在鈑金設(shè)計(jì)工作中得到廣泛應(yīng)用，UG設(shè)計(jì)軟件即是其中的代表。UG軟件利用圖形編輯、3D數(shù)字模型、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，為機(jī)械鈑金設(shè)計(jì)人員提供了更加便捷、更為直觀的圖形圖像設(shè)計(jì)工具。UG軟件除了具有一般的圖形圖像編輯功能外，還具有模擬運(yùn)動(dòng)、虛擬裝配、高級(jí)數(shù)控、有限元分析等功能，動(dòng)態(tài)化的3D實(shí)體模型將機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的全過(guò)程有機(jī)結(jié)合在一起，極大地提高了設(shè)計(jì)方案的可靠性、可行性。本文對(duì)UG軟件在機(jī)械鈑金設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 UG三維軟件介紹

UG是Unigraphics的縮寫，它是基于圖形圖像技術(shù)和C語(yǔ)言之上開發(fā)的一款交互式CAD/CAM系統(tǒng)。UG利用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能，對(duì)原有的二維圖形設(shè)計(jì)進(jìn)行了拓展，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二維平面圖形向三維立體圖像的轉(zhuǎn)變，使圖形設(shè)計(jì)與顯示更加立體直觀；再者，UG軟件所具有的自適應(yīng)多重網(wǎng)格、有限元分析、圖形成組歸并、數(shù)值求解偏微分和支持多種離散方案的技術(shù)功能特點(diǎn)，可以幫助設(shè)計(jì)人員在軟件設(shè)計(jì)界面輕松、快速和準(zhǔn)確地構(gòu)建各種復(fù)雜實(shí)體及造型。此外，UG還具有圖像動(dòng)態(tài)化的功能特點(diǎn)，可以使設(shè)計(jì)模型根據(jù)需要模擬轉(zhuǎn)動(dòng)、折疊、裝配等各種運(yùn)動(dòng)，更加有助于圖像設(shè)計(jì)的合理化。目前，UG三維軟件在工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、NC加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在三維模型設(shè)計(jì)的同時(shí)，對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真、確認(rèn)和優(yōu)化，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行解決開發(fā)。

2 UG三維軟件在鈑金零件設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

鈑金零件模型的設(shè)計(jì)是UG三維軟件應(yīng)用的重要方面，具有一定的代表性。鈑金零件主要是以金屬板塊為原料，通過(guò)沖壓、折彎、拉伸等工藝方式，使之產(chǎn)生塑形形變，繼而成為滿足一定外形與規(guī)格尺寸要求的金屬零件和產(chǎn)品。這種冷沖壓的鈑金工藝具有操作簡(jiǎn)單、成品率高、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可控性好的特點(diǎn)，非常適合同種規(guī)格尺寸金屬零部件的大批量生產(chǎn)。傳統(tǒng)的鈑金零件設(shè)計(jì)方法比較繁瑣和抽象，需要鈑金工程師先在大腦中想象出產(chǎn)品的三維圖形，再通過(guò)大腦的幾何投影手繪表現(xiàn)在二維圖樣上。工程師的很多精力都被耗費(fèi)在三維實(shí)體與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)化和瑣碎的查表、計(jì)算中，工作效率和繪制精度普遍不高；尤其是對(duì)一些復(fù)雜的圖形圖像很難展現(xiàn)。而UG三維軟件的應(yīng)用則針對(duì)傳統(tǒng)的鈑金模型設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題提供了完美的解決。軟件設(shè)計(jì)界面可以將鈑金工程師的各種設(shè)計(jì)想法通過(guò)三維圖像形象展示，數(shù)字化、動(dòng)態(tài)化、方案集成化的方式使鈑金設(shè)計(jì)非?？旖?，制造裝配的效率和準(zhǔn)確性大大提高。具體的應(yīng)用過(guò)程主要有以下：

2.1 鈑金設(shè)計(jì)

鈑金工程師在零件設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在大腦中形成該零件的三維立體模型，但在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具下，其設(shè)計(jì)思路的表達(dá)只能通過(guò)二維圖形去傳遞。這種表達(dá)方式是比較抽象的，不易被人所理解的。對(duì)于一些復(fù)雜的零件在加工制造時(shí)往往需要設(shè)計(jì)者與加工人員就圖形反復(fù)溝通，不僅耗時(shí)費(fèi)力，也容易出現(xiàn)偏差。在UG軟件支持下，能夠直接將設(shè)計(jì)者的三維構(gòu)想進(jìn)行直觀、完整和精確的展現(xiàn)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以完全在三維模型上討論。UG軟件提供的UG/Sheet Metal Design設(shè)計(jì)模塊專為鈑金設(shè)計(jì)制造提供，它為鈑金零件加工提供了虛擬但直觀的環(huán)境，工程師可以直接在軟件繪圖界面進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，模擬零件裝配，其過(guò)程與真實(shí)鈑金加工過(guò)程幾無(wú)差別。此外，基于圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的成組技術(shù)還會(huì)將各種設(shè)計(jì)方案和具有相似信息的研究對(duì)象歸并成組，為相關(guān)鈑金設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題提供解決方案，便于發(fā)揮鈑金加工規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)勢(shì)[2]。

2.2 鈑金零件的展開

鈑金零件的立體模型設(shè)計(jì)完成后，為了定量尺寸和方便加工，需要將其轉(zhuǎn)化為二維的展開圖，以確定待加工原料板的外形和尺寸。過(guò)去在鈑金件展開時(shí)，都是靠人工想象和計(jì)算來(lái)獲得展開圖和相關(guān)數(shù)據(jù)的，不僅過(guò)程繁瑣、效率不高，而且容易出現(xiàn)較大的計(jì)算誤差，并造成原料件選擇不當(dāng)和物件的損失浪費(fèi)。UG軟件中的鈑金模塊具有模型自動(dòng)展開功能，完全取代了人工展開操作，一鍵操作即可自動(dòng)獲得板料的形狀和尺寸數(shù)據(jù)，并且計(jì)算過(guò)程是零錯(cuò)誤率。通過(guò)UG軟件鈑金件自動(dòng)展開功能保證了鈑金加工原料的合理定形定尺，為鈑金件的快速準(zhǔn)確加工打下了基礎(chǔ)。

2.3 模擬鈑金件加工過(guò)程

鈑金件經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后便無(wú)法復(fù)原，萬(wàn)一不合適也難以對(duì)該原料件再行加工，因而容易導(dǎo)致原料件的損耗浪費(fèi)。UG軟件為鈑金加工提供了模擬加工的過(guò)程，可在軟件中以任意角度、任意尺寸對(duì)鈑金件進(jìn)行模擬加工，并獲得加工中所需的數(shù)據(jù)，最終確定鈑金加工的最佳工藝路線。

2.4 鈑金件排樣

利用UG/Sheet Metal Design模塊可在一塊毛坯上對(duì)多個(gè)品種的零件進(jìn)行優(yōu)化排樣。用戶只需要提供加工原料的規(guī)格和零件的種類、數(shù)量等信息，系統(tǒng)即可自動(dòng)排樣，對(duì)不同組合布局自動(dòng)優(yōu)化選擇。由此則可減少加工過(guò)程中的刀具更換，優(yōu)化沖壓裁剪工藝[3]。

2.5 鈑金件的數(shù)控加工和程序輸出

在確定好加工方案程序和匹配好代碼之后，即可將計(jì)算機(jī)串行接口輸入到數(shù)控機(jī)床搭建通訊，即可進(jìn)行鈑金件的數(shù)控加工。操作人員可對(duì)該加工程序進(jìn)行存儲(chǔ)和修改，為以后同規(guī)格的鈑金件加工提供模型和加工方案；也可對(duì)某些加工數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，以獲得更為理想的加工效果。