【導(dǎo)讀】模具制造是一切制造之首，而近年飛速發(fā)展的數(shù)控加工技術(shù)，更是使模具制。造業(yè)完成數(shù)字化與信息化的轉(zhuǎn)型。本文將通過(guò)UG上的仿真加工對(duì)數(shù)控加工進(jìn)行。UG是目前比較流行的CAM軟件。運(yùn)用UG進(jìn)行模具工件的草圖建立、三維實(shí)體建模與編輯以及加工程序編輯。最后，利用UG的仿真功能得出的結(jié)果。仿真結(jié)果表明，數(shù)控加工的效率是傳統(tǒng)方法的數(shù)倍。盡管數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，概述……………………

　　

【正文】 體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì) 30 功能；而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類(lèi)型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 UG/OPen GRIP， UG/open API 簡(jiǎn)單易學(xué)，實(shí)現(xiàn)功能多，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用CAD 系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)： （ l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAE/CAM 等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換 ，可實(shí)施并行工程。 （ 2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。 （ 3）用基于特征（如孔、凸臺(tái)、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類(lèi)似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。 （ 4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車(chē)外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。 （ 5）出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能按ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等。 并能直接對(duì)實(shí)體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 （ 6）以 Parasolid 為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名CAD/CAE/CAM 軟件均以此作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。 （ 7）提供了界面良好的二次開(kāi)發(fā)工具 GRIP（ GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和 UFUNC（ USER FUNCTION），并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使UG 的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合起來(lái)。 （ 8）具有良好的用戶(hù)介面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn) 行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶(hù)做出正確的選擇。 UG 功能模塊介紹 下面是幾個(gè)常用功能的介紹： UG/Gateway（ UG 入口） 這個(gè)模塊是 UG 的基本模塊，包括打開(kāi)、創(chuàng)建、存儲(chǔ)等文件操作；著色、消隱、縮放等視圖操作；視圖布局；圖層管理；繪圖及繪圖機(jī)隊(duì)列管理；空間漫游，可以定義漫游路徑，生成電影文件；表達(dá)式查詢(xún)；特征查詢(xún)；模型信息查詢(xún)、坐標(biāo)查詢(xún)、距離測(cè)量；曲線曲率分析；曲面光順?lè)治觯粚?shí)體物理 31 特性自動(dòng)計(jì)算；用于定義標(biāo)準(zhǔn)化零件族的電子表格功能；按可用 于互聯(lián)網(wǎng)主頁(yè)的圖片文件格式生成 UG 零件或裝配模型的圖片文件，這些格式包括：CGM、 VRML、 TIFF、 MPEG、 GIF 和 JPEG；輸入、輸出 CGM、 UG/Parasolid等幾何數(shù)據(jù)； Macro 宏命令自動(dòng)記錄、回放功能； User Tools 用戶(hù)自定義菜單功能，使用戶(hù)可 以快速訪問(wèn)其常用功能或二次開(kāi)發(fā)的功能。 UG 實(shí)體建模 (UG/Solid Modeling) UG 實(shí)體建模提供了草圖設(shè)計(jì)、各種曲線生成、編輯、布爾運(yùn)算、掃掠實(shí)體、旋轉(zhuǎn)實(shí)體、沿導(dǎo)軌掃掠、尺寸驅(qū)動(dòng)、定義、編輯變量及其表達(dá)式、非參數(shù)化模型后參數(shù)化等 工具。 UG/Features Modeling(UG 特征建模 ) UG 特征建模模塊提供了各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)特征的生成和編輯、各種孔、鍵槽、凹腔 方形、圓形、異形、方形凸臺(tái)、圓形凸臺(tái)、異形凸臺(tái)、圓柱、方塊、圓錐、球體、管道、桿、倒圓、倒角、模型抽空產(chǎn)生薄壁實(shí)體、模型簡(jiǎn)化 (Simplify)，用于壓鑄模設(shè)計(jì)等、實(shí)體線、面提取，用于砂型設(shè)計(jì)等、拔錐、特征編輯：刪除、壓縮、復(fù)制、粘貼等、特征引用，陣列、特征順序調(diào)整、特征樹(shù)等工具。 UG/FreeFormModeling(UG 自由曲面建模 ) UG 具有豐富的曲面建模 工具。包括直紋面、掃描面、通過(guò)一組曲線的自由曲面、通過(guò)兩組類(lèi)正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動(dòng)態(tài)拉動(dòng)調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯。 UG/User DefinedFeature(UG 用戶(hù)自定義特征 ) UG/User Defined Feature 用戶(hù)自定義特征模塊提供交互式方法來(lái)定義和存儲(chǔ)基于用戶(hù)自定義特征（ UDF）概念的，便于調(diào)用和編輯的零件族，形成用戶(hù)專(zhuān)用的 UDF 庫(kù)，提高用戶(hù)設(shè) 計(jì)建模效率。 該模塊包括從已生成的 UG參數(shù)化實(shí)體模型中提取參數(shù)、定義特征變量、建立參數(shù)間相關(guān)關(guān)系、設(shè)置變量缺省值、定義代表該 UDF 的圖標(biāo)菜單的全部工具。在 UDF 生成之后， UDF即變成可通過(guò)圖標(biāo)菜單被所有用戶(hù)調(diào)用的用戶(hù)專(zhuān)有特征，當(dāng)把該特征添加到 32 設(shè)計(jì)模型中時(shí)，其所有預(yù)設(shè)變量參數(shù)均可編輯并將按 UDF 建立時(shí)的設(shè)計(jì)意圖而變化。 UG/Drafting(UG 工程繪圖 ) UG 工程繪圖模塊提供了自動(dòng)視圖布置、剖視圖、各向視圖、局部放大圖、局部剖視圖、自動(dòng)、手工尺寸標(biāo)注、形位公差、粗糙度符合標(biāo)注、支持GB、標(biāo)準(zhǔn)漢字輸入、視 圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖、明細(xì)表自動(dòng)生成等工具。 33 第四章 模具自動(dòng)化加工的實(shí)際應(yīng)用 模具是目前應(yīng)用 CAD/CAM 最普遍和最先進(jìn)的行業(yè)之一。在模具加工中，為了使數(shù)據(jù)能夠在數(shù)控加工機(jī)床上應(yīng)用，必然要用到 CAM 編程。目前比較流行的 CAM 軟件有 UG， Cimatron， MasterCAM， DELCAM PowerMILL， EDGECAM，HZS spaceE 等。 在 UG 的發(fā)展過(guò)程中， CAM 一直是加工業(yè)者最可靠的工作伙伴。它不僅提供可靠、精確的刀具路徑 ，更讓 NC 程序設(shè)計(jì)師可以隨心所欲地設(shè)計(jì)出心目中最有效的加工程序。 CIMdata 的調(diào)查報(bào)告指出， EDS UG 被視為所有 CAM 軟體供應(yīng)商中最強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)者。 UG CAM 有下列幾個(gè)特點(diǎn)： (1)提供可靠、精確的刀具路徑。 (2)能直接在曲面及實(shí)體上加工。 (3)良好的使用者界面，允許使用者能依工作上的需要，定制使用者界面。 (4)提供多樣性的加工方式，方便 NC 程序設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)各種高效率的刀具路徑。 (5)提供完整的刀具庫(kù)及加工參數(shù)庫(kù)管理功能，使新進(jìn)人員能充分利用資深人員的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)優(yōu)良的刀具 路徑。 (6)提供泛用型后處理功能，產(chǎn)生各 NC 加工機(jī)床適用的 NC 程式。 UG CAM 包含二軸到五軸銑削、線切割、大型刀具庫(kù)管理、實(shí)體模擬切削及泛用型后處理器等功能。 UG 模擬制作 制動(dòng)器卡鉗體覆膜砂模具模塊 34 毛坯 由于此模具比較簡(jiǎn)單，可以 由鑄造方法獲得毛坯。 在 UG 軟件中，由自動(dòng)塊生成的毛坯只是一塊長(zhǎng)方體（如上圖）， 而實(shí)際鑄造出來(lái)的毛坯 已經(jīng)在內(nèi)部有了空腔，只有 6mm 的加工余量， 所以 另外編寫(xiě)程序進(jìn)行余量為 6mm型腔銑加工，用得出的模塊生成實(shí)際程序所用的毛坯。 粗加工 刀具： Ф16 端 銑刀 加工方法： 型腔銑、等高銑 切削深度： 加工余量：側(cè)面為 ，底面為 主軸轉(zhuǎn)速： 1200r/min 對(duì)于模具模塊的粗加工，一般采用型腔銑。由于型腔銑是沿深度方向分層加工，不管分層多細(xì)，總會(huì)有臺(tái)階，所以在型腔銑后都要進(jìn)行等高銑。等高銑是沿零件橫截面輪廓進(jìn)行的一種仿形加工，切削條件比較一致，切削平穩(wěn)，工件表面的粗糙度情況也比較好。 35 總加工工時(shí)： 半精加工 刀具： Ф8 端 銑刀 加工方法： 等高銑 切削深度： 加工余量： 主軸轉(zhuǎn)速： 2021r/min 半精加工工藝主要是逐步減小刀具直徑，以達(dá)到逐步減小加工余量的目的。由于該工件有曲面 和陡峭面，所以需要降低切削深度以減少型腔銑產(chǎn)生臺(tái)階對(duì)精加工帶來(lái)的影響。 總加工工時(shí)為： 精加工 工序 精加工陡峭面、曲面 精 銑平面及清根 加工方法 等高輪廓 銑 平面 銑 刀具材質(zhì) 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金 刀具 直徑 與類(lèi)型 Ф8mm 球刀 Ф8mm 端 銑刀 主軸轉(zhuǎn)速（ r/min） 2021 2021 切削深度（ mm） — 步距（ mm） — 4 加工余量（ mm） 0 0 模塊除了分型面上需要完全清根 (無(wú)圓角 )，其余最小圓角為 R3~5mm。此外為了降低成本，分型面清根擬采 用鉗工手工清根。 后處理 UG 提供一個(gè)后處理器 ——UG/POST。通過(guò)建立跟機(jī)床 /控制系統(tǒng)相匹配的兩個(gè)文件 ——時(shí)間處理文件（ Event Handler）和定義文件（ Definition file）， UG/Post可以完成從簡(jiǎn)單到任何復(fù)雜機(jī)床 /控制系統(tǒng)的后處理。 在 UG/CAM 模塊下，選中相應(yīng)的操作，然后調(diào)用有 UG/Post Builder 生成的后處理模板進(jìn)行后處理，即可生成相應(yīng) NC 代碼。 36 4. 6 加工仿真 由于零件形狀復(fù)雜多變，且在道具軌跡生成過(guò)程中一般不考慮具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)和工件裝夾方式，因 此所生成的零件程序斌不一定能夠適合實(shí)際加工情況。所以在零件數(shù)控程序生成后，需要對(duì)其正確性進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)。 實(shí)際 生產(chǎn)中可以用 “空運(yùn)行 ”和 “試切 ”的方法對(duì)零件程序進(jìn)行檢驗(yàn)。但空運(yùn)行只能對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)是否正確及有無(wú)干涉碰撞作粗略的估計(jì)，不夠精確；而 “試切 ”方法，雖然精確，但是一件費(fèi)時(shí)昂貴的工作，其效率低成本高，此外試切過(guò)程的安全性也得不到保障。 在計(jì)算機(jī)上利用三維圖形技術(shù)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程 進(jìn)行模擬仿真，可以快速、安全和有效地對(duì) NC 程序迅速地進(jìn)行修改，免除反復(fù)的試切過(guò)程，減低材料消耗和生產(chǎn)成本，提高工作效率。因此，數(shù)控加工 過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真是 NC 程序的 高效 、安全和有效地檢驗(yàn)方法。 小結(jié) 利用 UGde CAD/CAM 模塊，一方面可以方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多坐標(biāo)數(shù)控編程，生成高效、高精的 NC 程序。另一方面，可以通過(guò)切削檢查來(lái)校驗(yàn)刀具軌跡的質(zhì)量，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)刀具跟零件之間的過(guò)切和欠切。此外，通過(guò)虛擬加工過(guò)程仿真能夠提前發(fā)現(xiàn)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件及刀具之間的干涉和碰撞，迅速確定干涉碰撞發(fā)生的位置和相應(yīng)的 NC 程序段，便于對(duì) NC程序進(jìn)行修改，從而大大提高實(shí)際加工的效率，進(jìn)而縮短生產(chǎn)周期。 37 結(jié)束語(yǔ) 2021 年，美 國(guó)爆發(fā)了次貸危機(jī)，接著又爆發(fā)了金融危機(jī)，該危機(jī)不僅重創(chuàng)美國(guó)經(jīng)濟(jì)，還波及到世界上許多國(guó)家。這次危機(jī)致使美國(guó)消費(fèi)力下降，歐洲市場(chǎng)上也出現(xiàn)了消費(fèi)衰退，這對(duì)以歐美和日本為主要出口地的中國(guó)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，受到的打擊首當(dāng)其沖。 來(lái)自國(guó)外的訂單減少及利潤(rùn)下降，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的原材料成本又大幅度上漲，外銷(xiāo)市場(chǎng)已越來(lái)越難做。華爾街的金融風(fēng)暴，能源和原材料價(jià)格的上漲，人民幣升值，銀根緊縮，企業(yè)融資困難，出口退稅和加工貿(mào)易政策調(diào)整，致使中國(guó)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，如玩具、服裝、鞋帽等等外貿(mào)企業(yè)相繼出現(xiàn)破產(chǎn)和倒閉現(xiàn)象。 低成本、低利潤(rùn)、缺乏自主品 牌與技術(shù)含量的勞動(dòng)密集型制造企業(yè)，沒(méi)有核心競(jìng)爭(zhēng)力，一旦低成本的比較優(yōu)勢(shì)喪失，面臨的危機(jī)就不單純是生產(chǎn)危機(jī)，而是生存危機(jī)。在這種情況下，企業(yè)要想擺脫困境，首先應(yīng)該做的事情就是提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，打造屬于自己的品牌。沒(méi)有技術(shù)永遠(yuǎn)受制于人，必須以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以技術(shù)創(chuàng)新為動(dòng)力，加快戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，努力提高產(chǎn)品的科技含量和附加值，從低成本優(yōu)勢(shì)向高效率和技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變，只有技術(shù)研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新才是企業(yè)的出路。 可以看到不久的將來(lái)，模具和數(shù)控將不再是兩個(gè)單獨(dú)的概念，兩者的結(jié)合將為制作業(yè)帶來(lái)嶄新的時(shí)代。 38 參考文獻(xiàn)： [1] 段友良 .《模具數(shù)控加工技術(shù)》 .湖南：湖南大學(xué)出版社， 2021. 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