淺談UG軟件在鈑金零件設(shè)計與制造中的應(yīng)用

張鵬濤

邯礦集團(tuán)實業(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，市場需求下對各類機(jī)械設(shè)備及鈑金制造的外觀尺寸精度要求越來越高。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)對于鈑金設(shè)計復(fù)雜化、高精度、虛擬化的要求[1]。目前，各類計算機(jī)輔助設(shè)計軟件已在鈑金設(shè)計工作中得到廣泛應(yīng)用，UG設(shè)計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)庫等技術(shù)，為機(jī)械鈑金設(shè)計人員提供了更加便捷、更為直觀的圖形圖像設(shè)計工具。UG軟件除了具有一般的圖形圖像編輯功能外，還具有模擬運動、虛擬裝配、高級數(shù)控、有限元分析等功能，動態(tài)化的3D實體模型將機(jī)械設(shè)計與生產(chǎn)的全過程有機(jī)結(jié)合在一起，極大地提高了設(shè)計方案的可靠性、可行性。本文對UG軟件在機(jī)械鈑金設(shè)計中的應(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語言之上開發(fā)的一款交互式CAD/CAM系統(tǒng)。UG利用了計算機(jī)輔助設(shè)計功能，對原有的二維圖形設(shè)計進(jìn)行了拓展，實現(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，可以幫助設(shè)計人員在軟件設(shè)計界面輕松、快速和準(zhǔn)確地構(gòu)建各種復(fù)雜實體及造型。此外，UG還具有圖像動態(tài)化的功能特點，可以使設(shè)計模型根據(jù)需要模擬轉(zhuǎn)動、折疊、裝配等各種運動，更加有助于圖像設(shè)計的合理化。目前，UG三維軟件在工業(yè)設(shè)計、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、NC加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在三維模型設(shè)計的同時，對各種設(shè)計方案進(jìn)行仿真、確認(rèn)和優(yōu)化，并對設(shè)計方案進(jìn)行解決開發(fā)。

2 UG三維軟件在鈑金零件設(shè)計與制造中的應(yīng)用

鈑金零件模型的設(shè)計是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單、成品率高、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可控性好的特點，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在三維實體與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)化和瑣碎的查表、計算中，工作效率和繪制精度普遍不高；尤其是對一些復(fù)雜的圖形圖像很難展現(xiàn)。而UG三維軟件的應(yīng)用則針對傳統(tǒng)的鈑金模型設(shè)計中的各種問題提供了完美的解決。軟件設(shè)計界面可以將鈑金工程師的各種設(shè)計想法通過三維圖像形象展示，數(shù)字化、動態(tài)化、方案集成化的方式使鈑金設(shè)計非常快捷，制造裝配的效率和準(zhǔn)確性大大提高。具體的應(yīng)用過程主要有以下：

2.1 鈑金設(shè)計

鈑金工程師在零件設(shè)計時會在大腦中形成該零件的三維立體模型，但在傳統(tǒng)的設(shè)計工具下，其設(shè)計思路的表達(dá)只能通過二維圖形去傳遞。這種表達(dá)方式是比較抽象的，不易被人所理解的。對于一些復(fù)雜的零件在加工制造時往往需要設(shè)計者與加工人員就圖形反復(fù)溝通，不僅耗時費力，也容易出現(xiàn)偏差。在UG軟件支持下，能夠直接將設(shè)計者的三維構(gòu)想進(jìn)行直觀、完整和精確的展現(xiàn)，整個設(shè)計過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)計模塊專為鈑金設(shè)計制造提供，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，模擬零件裝配，其過程與真實鈑金加工過程幾無差別。此外，基于圖形數(shù)據(jù)庫的成組技術(shù)還會將各種設(shè)計方案和具有相似信息的研究對象歸并成組，為相關(guān)鈑金設(shè)計與制造問題提供解決方案，便于發(fā)揮鈑金加工規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)勢[2]。

2.2 鈑金零件的展開

鈑金零件的立體模型設(shè)計完成后，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。過去在鈑金件展開時，都是靠人工想象和計算來獲得展開圖和相關(guān)數(shù)據(jù)的，不僅過程繁瑣、效率不高，而且容易出現(xiàn)較大的計算誤差，并造成原料件選擇不當(dāng)和物件的損失浪費。UG軟件中的鈑金模塊具有模型自動展開功能，完全取代了人工展開操作，一鍵操作即可自動獲得板料的形狀和尺寸數(shù)據(jù)，并且計算過程是零錯誤率。通過UG軟件鈑金件自動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 模擬鈑金件加工過程

鈑金件經(jīng)過機(jī)械加工后便無法復(fù)原，萬一不合適也難以對該原料件再行加工，因而容易導(dǎo)致原料件的損耗浪費。UG軟件為鈑金加工提供了模擬加工的過程，可在軟件中以任意角度、任意尺寸對鈑金件進(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多個品種的零件進(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)即可自動排樣，對不同組合布局自動優(yōu)化選擇。由此則可減少加工過程中的刀具更換，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。操作人員可對該加工程序進(jìn)行存儲和修改，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。