UG软件 的模具CAD/ CAM 设计
1 引言
传统设计方法设计制造周期长、 信息共享程度底、 复杂的空间曲面形状难以表达, 并且设计质量和结果难以预测。随着计算机技术的不断提高和计算机性能的不断完善, 计算机在制造业中所承担的任务越来越多且越来越复杂和精细。现借助基于 ug的 cad/cam系统, 由客户提供的基于 cad/cam系统的产品数据模型源文件以及技术要求明细表, 整个的设计工作便可以展开, 通过模具cad/cam类软件强大的三维造型功能和特殊的制作方法, 将模具逐步设计出, 再通过加工模块生成走刀路径, 后应用 post功能进行后处理, 自动生成数控加工 g代码, 传进数控设备。由于整个设计过程是依据数模源文件进行的, 数字化文件又便于保存和管理, 从而可以显著提高生产效率和制造精度、 减少误差。
2 整体设计思路及制作方法
通过参数化方法建模, 首先依据汽车座椅加强梁原件的尺寸及拉延模明细表要求, 使用 ug软件分别制作出凸模、 凹模、 压边圈以及各个组装件的实体造型, 进而展开设计出完整的上模、 下模、 及压边圈, 再将它们逐一装配起来, 并输出内容详实的二维图纸, 接下来利用 ug加工模块进行数控加工仿真, 并进一步利用post功能输出数控加工走刀程序 g代码。整个设计过程可由流程图 1 来表示。
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3 参数化建模
从产品设计到制造的整个过程中, 尤其在产品设计的初步阶段, 产品的几何形状和尺寸不可避免的要反复修改、 协调和优化。如果利用 cad软件进行非参数化建模, 那么哪怕要改变图形的一个尺寸和结构, 也需要修改原模型, 甚至重新建模。如果用数值驱动零件和部件的特征尺寸, 在进行产品设计时, 只添加多组数据, 若要重新设计, 只需改变部分数据即可, 参数化设计的思想即是如此。
3.1 基于特征的参数化设计
基于特征建模的参数化设计是参数化设计的一种基本和重要的方法。特征即是有特定意义的几何形状。特征的编辑是参数化设计的必要手段, 通过对特征参数(几何参数、 定位参数)的编辑可以实现产品模型的随动。基于特征的参数化设计将基于特征的设计与参数化设计有机的结合起来, 使用较完整的带有语义的特征描述方式, 并使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函数, 将面向对象的技术应用于特征的描述, 在造型中也使用参数化, 随时可调整产品结构, 尺寸, 并因此带动特征自身的变动, 实现产品的基于特征的参数化设计。
3.2 基于草图的参数化设计
草图是指带有约束关系的二维图形, 利用草图可以创建参数化的截面, 通过对截面进行旋转、 拉深或扫掠操作即可得到相应的参数化模型。此方法对于截面复杂的零件较为实用, 但工作量较大。在实际应用中, 一般将不易或不能运用特征描述的部分使用草图功能, 其余部分仍使用特征建模。
草图创建后, 需要对其进行定位和约束。是否具有约束是草图区别于曲线的基本特征, 也是能否实现参数化的关键一环。在进行草图约束前一定要注意对截面进行细致的约束分析, 避免出现少约束或过约束的情况, 否则将无法创建合格的参数化模型。
3.3 装配参数化设计
ug装配过程是在装配中建立部件之间的链接关系, 是通过开发研究与设计技术关联条件在部件间建立约束关系来确定部件在产品中的位置。在装配中, 部件的几何体是被装配引用, 而不是复制到装配中的。不管如何编辑或在何时编辑部件, 整个装配部件保持关联性。
4 拉延模 cad
本文在基于草图的参数化设计的基础上, 穿插进行基于特征的参数化建模和装配的参数化设计, 从而对于显著提高模具 cad设计效率有重要意义。
4.1 自润导板的参数化设计
通过建立草图的全约束和部件家族, 实现自润导板 2 孔到 4孔个数和大小的转变(图 3)。如图 2 所示为 2 孔自润导板的全约束效果。
图 2 *约束
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图 3 参数化- 部件族的应用
4.2 模具主体的设计
按照图 1 的流程由产品数模源文件(图 4)及技术要求明细表进行参数化设计。分别得到产品的上模、 下模以及压边圈(图 5)。再将它们与标准件装配起来, 得到终设计效果(图 6)。
图 4 产品数模
图 5 压边圈的草图及参数化建模后效果
图 6 模具装配图
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4.3 二维工程出图
利用 ug nx实体建模功能创建的零件和装配模型, 可以引到工程图模块中, 快速的生成二维工程图, 并且二维工程图与维实体模型是*关联的, 实体模型的尺寸、 形状和位置的改都会引起二维工程图做出相应变化。
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图 7 模具组装图二维出图
5 基于 ug的计算机辅助加工
使用 ug 对汽车坐椅加强梁的凹模部分进行计算机辅助加这一过程与前面 cad 部分有机结合, 是 cad/cam系统的关环节。 利用 ug进行计算机辅助加工可以按图 8 的流程进行。
图 8 用凹模进行 cam 的流程
使用 ug分别进行了以下四道加工工序: 型芯粗加工→ 型芯面精加工→ 型芯外分型面精加工→ 固定轴曲面轮廓铣
下面是其中型芯粗加工和外分型面精加工工序的走刀路径放。
型芯粗加工
型芯外分型面精加工
图 9 刀路轨迹回放
随后系统进行后处理, 生成程序路径文件名的程序文件, 其中型芯粗加工的 g指令如图 10 所示。 可将其另存为机床易识别的文件类型, 详细的 g指令由于篇幅所限不予列出。
6 结束语
使用 cad/cam类软件进行汽车覆盖件拉延模的设计和模拟加工是实际可行并具有*性意义的, 本文设计出了产品的拉延上模、 拉延下模以及压边圈, 运用参数化方法生成了标准化零件族, 其中部件族的运用对于企业今后缩短整个生产周期有重要意义。本文完成了从三维参数化建模生成二维工程图纸的过程, 通过对 ug加工模块的应用, 进行了计算机仿真加工, 并运用 post功能自动生成数控加工 g代码程序, 它与生产实践相, 经过对部分 g代码程序的进一步优化, 可将其应用于生产。
图 10 对凹模粗加工生成的 g 代码
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2 整体设计思路及制作方法
通过参数化方法建模, 首先依据汽车座椅加强梁原件的尺寸及拉延模明细表要求, 使用 ug软件分别制作出凸模、 凹模、 压边圈以及各个组装件的实体造型, 进而展开设计出完整的上模、 下模、 及压边圈, 再将它们逐一装配起来, 并输出内容详实的二维图纸, 接下来利用 ug加工模块进行数控加工仿真, 并进一步利用post功能输出数控加工走刀程序 g代码。整个设计过程可由流程图 1 来表示。
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3 参数化建模
从产品设计到制造的整个过程中, 尤其在产品设计的初步阶段, 产品的几何形状和尺寸不可避免的要反复修改、 协调和优化。如果利用 cad软件进行非参数化建模, 那么哪怕要改变图形的一个尺寸和结构, 也需要修改原模型, 甚至重新建模。如果用数值驱动零件和部件的特征尺寸, 在进行产品设计时, 只添加多组数据, 若要重新设计, 只需改变部分数据即可, 参数化设计的思想即是如此。
3.1 基于特征的参数化设计
基于特征建模的参数化设计是参数化设计的一种基本和重要的方法。特征即是有特定意义的几何形状。特征的编辑是参数化设计的必要手段, 通过对特征参数(几何参数、 定位参数)的编辑可以实现产品模型的随动。基于特征的参数化设计将基于特征的设计与参数化设计有机的结合起来, 使用较完整的带有语义的特征描述方式, 并使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函数, 将面向对象的技术应用于特征的描述, 在造型中也使用参数化, 随时可调整产品结构, 尺寸, 并因此带动特征自身的变动, 实现产品的基于特征的参数化设计。
3.2 基于草图的参数化设计
草图是指带有约束关系的二维图形, 利用草图可以创建参数化的截面, 通过对截面进行旋转、 拉深或扫掠操作即可得到相应的参数化模型。此方法对于截面复杂的零件较为实用, 但工作量较大。在实际应用中, 一般将不易或不能运用特征描述的部分使用草图功能, 其余部分仍使用特征建模。
草图创建后, 需要对其进行定位和约束。是否具有约束是草图区别于曲线的基本特征, 也是能否实现参数化的关键一环。在进行草图约束前一定要注意对截面进行细致的约束分析, 避免出现少约束或过约束的情况, 否则将无法创建合格的参数化模型。
3.3 装配参数化设计
ug装配过程是在装配中建立部件之间的链接关系, 是通过开发研究与设计技术关联条件在部件间建立约束关系来确定部件在产品中的位置。在装配中, 部件的几何体是被装配引用, 而不是复制到装配中的。不管如何编辑或在何时编辑部件, 整个装配部件保持关联性。
4 拉延模 cad
本文在基于草图的参数化设计的基础上, 穿插进行基于特征的参数化建模和装配的参数化设计, 从而对于显著提高模具 cad设计效率有重要意义。
4.1 自润导板的参数化设计
通过建立草图的全约束和部件家族, 实现自润导板 2 孔到 4孔个数和大小的转变(图 3)。如图 2 所示为 2 孔自润导板的全约束效果。
图 2 *约束
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4.2 模具主体的设计
按照图 1 的流程由产品数模源文件(图 4)及技术要求明细表进行参数化设计。分别得到产品的上模、 下模以及压边圈(图 5)。再将它们与标准件装配起来, 得到终设计效果(图 6)。
图 4 产品数模
图 5 压边圈的草图及参数化建模后效果
图 6 模具装配图
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利用 ug nx实体建模功能创建的零件和装配模型, 可以引到工程图模块中, 快速的生成二维工程图, 并且二维工程图与维实体模型是*关联的, 实体模型的尺寸、 形状和位置的改都会引起二维工程图做出相应变化。
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5 基于 ug的计算机辅助加工
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图 8 用凹模进行 cam 的流程
使用 ug分别进行了以下四道加工工序: 型芯粗加工→ 型芯面精加工→ 型芯外分型面精加工→ 固定轴曲面轮廓铣
下面是其中型芯粗加工和外分型面精加工工序的走刀路径放。
型芯粗加工
型芯外分型面精加工
图 9 刀路轨迹回放
随后系统进行后处理, 生成程序路径文件名的程序文件, 其中型芯粗加工的 g指令如图 10 所示。 可将其另存为机床易识别的文件类型, 详细的 g指令由于篇幅所限不予列出。
6 结束语
使用 cad/cam类软件进行汽车覆盖件拉延模的设计和模拟加工是实际可行并具有*性意义的, 本文设计出了产品的拉延上模、 拉延下模以及压边圈, 运用参数化方法生成了标准化零件族, 其中部件族的运用对于企业今后缩短整个生产周期有重要意义。本文完成了从三维参数化建模生成二维工程图纸的过程, 通过对 ug加工模块的应用, 进行了计算机仿真加工, 并运用 post功能自动生成数控加工 g代码程序, 它与生产实践相, 经过对部分 g代码程序的进一步优化, 可将其应用于生产。
图 10 对凹模粗加工生成的 g 代码
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