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摘要介绍了在钣金件设计与制造过程中 ， 为提高钣金设计 、 制造的质量和效率 ， UG软件在钣金 CAD/CAM/CAE 方面的研究和应用 。
随着机械设计自动化的不断发展 ， CAD/CAE/ CAM 一体化软件层出不穷 ， UG 软件便是其中之 。 一 UG 软件能将机械设计与生产的全过程集成在一起 ， 它通过一种独特的参数化的以及面向零件的 3D 实体模型的设计制造技术 ， 改变了传统的设计理念 ， 为我们提供了一条更直观 、 更有效 、 更快捷 、 的设计途径 。
在机械制造中 ， 利用 UG 软件可以创建实体零件模型及组装造型 ， 它具有运动模拟功能 、 虚拟装配功能 、 产生工程图功能 、 高级数控功能等 ， 在设计过程中可进行有限元分析 、 机构运动分析 、 动力学分析和仿真模拟 ， 提高设计的可靠性 。 在此 ， 仅就 UG 软件在钣金设计制造中的应用 ， 作一个初步探讨 。
1 钣金件制造业概况
钣金零件是通过冲压工艺方法获得的具有一定形状 、 尺寸和性能的零件 。 由于冷冲压工艺具有生成率高 、 适合大批量生产等优点 ， 所以钣金零件在航空航天 、 汽车 、 船舶 、 机械 、 化工 、 粮食加工机械等工业中应用十分广泛 ， 在目前的零件加工行业中逐渐成为一个重要的组成部分 。
钣金零件传统的设计方法是钣金工程师在大脑里构思三维的产品 ， 再通过大脑的几何投影 ， 把产品表现在二维图样上 ， 工程师有一大半的工作量是在三维实体和二维工程图的相互转化和繁琐的查表 、 计算中 。 而制造工人又要把二维的图样在大脑中反映出三维的实体然后进行加工 ——划线 ( 放样展开 ) 裁料 、 成形 、 联接和装配 ， 费时费事费力 。 若将计算机辅助设计 、 制造应用到钣金零件制造业中 ， 尤其是将 UG 软件应用到钣金零件的设计制造中 ， 则可以使钣金零件的设计非常快捷 ， 制造装配效率得以显著提高 。
2UG 软件应用到钣金零件设计制造中的主要步骤
2.1 钣金零件的设计
人在设计零件时的原始冲动是三维的 ， 设计实施的结果是有颜色 、 材料 、 硬度 、 形状 、 尺寸 、 位置 、 相关零件 、 制造工艺等关联概念的三维实体 。 但是在传统的设计中 ， 在这两者之间的信息传递竟然全是二维的图形表达 。 由于以前的手段有限 ， 人们不得不共同约定了在第一象限 ( 美国是第三象限 ) 平行正投影的二维视图表达规则 ， 用有限个相关联的二维投影图表达自己的三维设想 。 这种信息表达是极不完整的 ， 而且绘图 、 读图都要经过专门训练的人进行 。
如果能直接以三维概念开始设计 ， 尤其在 UG 软件的支持下 ， 可以更直观 、 准确地表达出设计构思的全部几何参数 ， 整个设计过程就可以完全在三维模型上讨论 。 UG 软件提供了专供钣金设计的钣金设计模块 UG/Sheet Metal Design ， 它能帮助钣金工程师利用设计与制造相关联的观点来合理化设计过程 ， 从板料的生成 、 各道工序的完成来逐步创建钣金零件 。
它可以看作是一个加工钣金零件的虚拟环境 ， 工程师可以直接在计算机屏幕上进行零件设计和装配 ， 产品的制作过程与真实的产品制造过程几乎没有差别 ， 计算机屏幕上的产品就是未来产品的三维图像 。 如图 1 所示的网络路由器机箱零件 ， 就是用模块 UG/Sheet Metal Design 设计出来的 。
图 1 网络路由器机箱零件图
单个钣金零件设计完成后 ， 可将多个零件的三维立体模型进行模拟装配 ， 装配模型中的各零件相关 。 如果装配模型中的某一零件作了修改 ， 其它零件也随之自动地作相应修改 ， 从而大大缩短产品的设计和加工周期 ， 提高产品设计的准确性 。
2.2 钣金零件的展开
在钣金零件设计完成后 ， 为便于加工 ， 都要将其转化为展开图 ， 以确定所需板料大小以及板料的形状等 。 在传统的钣金零件展开时 ， 都通过人工凭经验计算获得 。 这样做有 3 个缺点 ： ( 1 ) 工作量大 ， 展开过程繁琐 。 ( 2 ) 效率低 ， 在展开时对于一般工程师而言易产生错误 。 ( 3 ) 精度低 ， 大部分展开凭经验获得 ， 造成物料和人工的大量粮费 。
在 UG 中利用其钣金模块 UG/SheetMetalDesign 的自动展开功能 ， 可完成钣金零件的自动展开 。 对于展开后板料的形状和大小 ， 均可通过自动计算获得 ， 因此拥有高速 、 高精度 、 零错误率以及操作简捷的优点 。 图 2 即是在 UG/SheetMetalDesign 模块中网络路由器机箱的展开图 。
图 2 路由器机箱的展开图
2.3 钣金零件加工过程的模拟
利用 UG/Sheet Metal Design 模块中的自动展开功能及任意变换角度功能 ， 可对钣金零件的加工过程进行模拟 ， 以确定零件的最佳制作路线 ， 完成零件的工艺性分析 。 在对加工过程进行模拟的过程中完成折弯刀具的选择 。
2.4 钣金零件加工工艺的输出
利用 UG/Drafting 模块强大的绘制二维视图功能可以方便 、 快捷 、 准确地绘制出各种需要的工序图 ， 方便后续工序的制作和检验 。 由于 UG 的单一数据库 ， 二维工程图与三维实体模型是完全关联的 ， 如钣金造型有改动 ， 二维视图也自动发生相应的变化 ， 因此大大提高了二维图 纸的准确性和出图效率 。
2.5 钣金零件排样
利用 UG/Shee t Metal Nesting 模块可在一块毛坯料上对若干品种的零件进行多种优化排样 。 用户只需提供零件的种类 、 每种零件的数量以及所用板料的规格 ， 系统即可进行 “自动排样”并对不同的组合布局进行择优选择 。 该模块还能优化冲压工序 ， 减少刀具更换 ， 使冲压零件时板材重定位最少 。 用户还可以在交互式图形方式下直接在板材上进行排样 。
2.6 钣金零件数控加工程序的编制与输出
UG/Manufacturing 模块提供了完备的编程手段供编程人员选用 。 其中包括二轴至五轴数控铣削 、 二轴至四轴数控线切割 、 三轴数控电火花加工 、 转塔式多工位冲压等多种加工手段 。 编程人员可以根据需要进行数控编程 ， 利用 UG 的加工仿真模块可以对编制的程序进行加工仿真 ， 若加工效果不理想 ， 可以及时纠正 ， 从而获得最理想的加工效果 。
2.7 钣金零件的数控加工
利用相应的后置处理文件 ， 把刀位文件转化成机床能够识别的 NC 代码程序 ， 通过行接口输入到相应的数控机床 ， 进行钣金零件的数控加工 。
3 结束语
( 1 ) 采用 UG 软件进行钣金零件的辅助设计 ， 可彻底地将工程师从零件图和展开图绘制的烦恼中解脱出来 ， 与传统的设计过程相比更直观 、 更高效 ； ( 2 ) 利用 CAE 模块进行分析 。 大限度地减少了设计缺陷 ； ( 3 ) 利用 CAM 模块 。 提高了加工能力和效率 ； ( 4 ) UG 软件还提供了针对 AutoCAD 等其它软件的数据接口 ， 使这些软件能与 UG 相互交换数据 。本文章来自御云钣金软件，更多详细信息请点击： www.bjmes.cn