1 引 言
Unigraphics（簡稱UG）是緊密集成的面向制造業(yè)的CAD/CAM/CAE/CAID高端軟件，不僅被當(dāng)今許多世界領(lǐng)先的制造商用來從事概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)以及工程仿真等工作，在模具制造行業(yè)，尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE領(lǐng)域更是被廣泛應(yīng)用。本文以電視導(dǎo)光柱為例，探討了UG在模具設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)CAD/CAM/CAE一體化中的應(yīng)用。
2 注塑模具CAD
在UG平臺上進(jìn)行模具CAD，一般包含以下幾個方面：
1）產(chǎn)品的三維建模。從客戶接來的資料，通常是產(chǎn)品的二維圖紙，所以必須首先把產(chǎn)品的三維模型建立起來，才能進(jìn)行后續(xù)工作。UG有豐富的建模工具，不但繼承了傳統(tǒng)的實(shí)體造型技術(shù)、曲面造型技術(shù)，也吸收了參數(shù)化建模的優(yōu)勢，從而形成自己獨(dú)特的“復(fù)合建模”特征。其中實(shí)體造型使用UG的modeling 模塊中的Form Feature 工具條中的命令，曲面造型使用Free Form Feature工具條上的按鈕，參數(shù)化建模則可用Sketch模塊和Expression表達(dá)式來完成。綜合運(yùn)用這些造型工具，可以精確、快速地建立產(chǎn)品的 三維模型[1]。對于本文的電視導(dǎo)光柱，只要使用Form Feature 工具條，便可以造出如圖1所示的三維模型。
圖1 零件圖
2）模具設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：確定型腔個數(shù)，分模，選擇模架，動模部分詳細(xì)設(shè)計(jì)以及定模部分詳細(xì)設(shè)計(jì)等。這一階段的任務(wù)既可以使用基本的UG造型和編輯工具來完成，也可以使用基于知識的智能化模具設(shè)計(jì)工具UG MoldWizard。UG MoldWizard是高度自動化的注塑模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它的用戶界面友好，內(nèi)嵌許多高級模具設(shè)計(jì)師的模具設(shè)計(jì)知識，能夠極大提高模具設(shè)計(jì)的效率。
因?qū)Ч庵慵叽巛^小，可確立一模四腔的設(shè)計(jì)方案，并采用普通的圓形截面流道，設(shè)計(jì)得到的模具動模型腔和定模型腔如圖2和圖3所示[1，2]。
圖2 定模型腔圖
圖3 動模型腔圖
3）裝配。裝配方法有自頂向下（top-down）和自底向上（bottom-up）2種。較常用的是自頂向下，即先在一個主模型文件中將所有的組件畫好，然后應(yīng)用Assemblies→Component→Creating將它們逐一分離裝配。UG的裝配文件中不包含實(shí)際組件幾何體，但組件幾何體文件被虛擬指向裝配文件。當(dāng)在裝配中要對組件幾何體進(jìn)行編輯時，必須應(yīng)用Assemblies→Context Control→Set Work Part將當(dāng)前工作組件設(shè)為需要編輯的組件文件名。在每個裝配中，有時為了表達(dá)方便，還可以建立爆炸圖（Exploded Views）。爆炸圖彌補(bǔ)了裝配圖表達(dá)的不足，為進(jìn)行產(chǎn)品零件的組裝，工作原理的介紹，裝配關(guān)系的分析，提供了清楚而便捷的工具。爆炸圖完全獨(dú)立于裝配，并且無論各個零件的相對位置如何變化，都不會增加文件的存儲空間。裝配好后模具的爆炸圖如圖4所示[2]。
圖4 模具爆炸圖
4）工程圖設(shè)計(jì)。UG的二維圖設(shè)計(jì)比較簡單，進(jìn)入專門的二維設(shè)計(jì)模塊Drafting之后，便可以直接將三維模型任意方向的視圖直接加入設(shè)好的圖紙，還可以根據(jù)需要，增加一些剖視圖、輔助視圖、局部視圖、軸側(cè)視圖來幫助表達(dá)，而這些只要在（Drawing→Add view…）所對應(yīng)得對話框內(nèi)便可以全部完成。UG的二維圖繪圖員的主要任務(wù)是在尺寸及公差的標(biāo)注上，這些標(biāo)注都有專門的工具條來協(xié)助完成。值得注意的是，UG的工程圖和三維設(shè)計(jì)模型是相互關(guān)聯(lián)的，即如果設(shè)計(jì)模型改變，工程圖也隨之更新，以維護(hù)系統(tǒng)的統(tǒng)一性。
3 注塑模具CAM
CAM是利用前面產(chǎn)生的模具幾何模形來生成NC加工程序，這是將模具進(jìn)行數(shù)控加工前的準(zhǔn)備。基本操作程序如下：先以前面的設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，適當(dāng)建立毛坯等輔助模型來共同構(gòu)成加工模型，然后進(jìn)入U(xiǎn)G的CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工程序。UG的CAM系統(tǒng)包含四個模塊：(交互式)加工參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、三維動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。利用UG生成nc程序的一般步驟是：用戶根據(jù)加工對象的結(jié)構(gòu)特征、加工環(huán)境的實(shí)際要求（如機(jī)床的性能和參數(shù)、刀具等）和加工工藝的實(shí)際特點(diǎn)，交互輸入加工參數(shù)，再進(jìn)一步生成刀具路徑及路徑文件（刀具位置源文件CLSF）。CLSF文件經(jīng)過后置處理模塊的處理后，便可以生成數(shù)控機(jī)床所能直接識別的nc程序。動模型腔的動態(tài)粗加工模擬圖參見[3，4]。
4 注塑模具CAE
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