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1 引言

傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計制造周期長、信息共享程度底、復(fù)雜的空間曲面形狀難以表達, 并且設(shè)計質(zhì)量和結(jié)果難以預(yù)測。隨著計算機技術(shù)的不斷提高和計算機性能的不斷完善, 計算機在制造業(yè)中所承擔(dān)的任務(wù)越來越多且越來越復(fù)雜和精細。現(xiàn)借助基于 UG的 CAD/CAM系統(tǒng), 由客戶提供的基于 CAD/CAM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型源文件以及技術(shù)要求明細表, 整個的設(shè)計工作便可以展開, 通過模具CAD/CAM類軟件強大的三維造型功能和特殊的制作方法, 將模具逐步設(shè)計出, 再通過加工模塊生成走刀路徑, 最后應(yīng)用 POST功能進行后處理, 自動生成數(shù)控加工 G代碼, 傳進數(shù)控設(shè)備。由于整個設(shè)計過程是依據(jù)數(shù)模源文件進行的, 數(shù)字化文件又便于保存和管理, 從而可以顯著提高生產(chǎn)效率和制造精度、減少誤差。

2 整體設(shè)計思路及制作方法

通過參數(shù)化方法建模, 首先依據(jù)汽車座椅加強梁原件的尺寸及拉延模明細表要求, 使用 UG軟件分別制作出凸模、凹模、壓邊圈以及各個組裝件的實體造型, 進而展開設(shè)計出完整的上模、下模、及壓邊圈, 再將它們逐一裝配起來, 并輸出內(nèi)容詳實的二維圖紙, 接下來利用 UG加工模塊進行數(shù)控加工仿真, 并進一步利用POST功能輸出數(shù)控加工走刀程序 G代碼。整個設(shè)計過程可由流程圖 1 來表示。

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3 參數(shù)化建模

從產(chǎn)品設(shè)計到制造的整個過程中, 尤其在產(chǎn)品設(shè)計的初步階段, 產(chǎn)品的幾何形狀和尺寸不可避免的要反復(fù)修改、協(xié)調(diào)和優(yōu)化。如果利用 CAD軟件進行非參數(shù)化建模, 那么哪怕要改變圖形的一個尺寸和結(jié)構(gòu), 也需要修改原模型, 甚至重新建模。如果用數(shù)值驅(qū)動零件和部件的特征尺寸, 在進行產(chǎn)品設(shè)計時, 只添加多組數(shù)據(jù), 若要重新設(shè)計, 只需改變部分?jǐn)?shù)據(jù)即可, 參數(shù)化設(shè)計的思想即是如此。

3.1 基于特征的參數(shù)化設(shè)計

基于特征建模的參數(shù)化設(shè)計是參數(shù)化設(shè)計的一種最基本和最重要的方法。特征即是有特定意義的幾何形狀。特征的編輯是參數(shù)化設(shè)計的必要手段, 通過對特征參數(shù)(幾何參數(shù)、定位參數(shù))的編輯可以實現(xiàn)產(chǎn)品模型的隨動。基于特征的參數(shù)化設(shè)計將基于特征的設(shè)計與參數(shù)化設(shè)計有機的結(jié)合起來, 使用較完整的帶有語義的特征描述方式, 并使特征本身就包含參數(shù)化變動所需的成員變量和成員函數(shù), 將面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用于特征的描述, 在造型中也使用參數(shù)化, 隨時可調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu), 尺寸, 并因此帶動特征自身的變動, 實現(xiàn)產(chǎn)品的基于特征的參數(shù)化設(shè)計。

3.2 基于草圖的參數(shù)化設(shè)計

草圖是指帶有約束關(guān)系的二維圖形, 利用草圖可以創(chuàng)建參數(shù)化的截面, 通過對截面進行旋轉(zhuǎn)、拉深或掃掠操作即可得到相應(yīng)的參數(shù)化模型。此方法對于截面復(fù)雜的零件較為實用, 但工作量較大。在實際應(yīng)用中, 一般將不易或不能運用特征描述的部分使用草圖功能, 其余部分仍使用特征建模。

草圖創(chuàng)建后, 需要對其進行定位和約束。是否具有約束是草圖區(qū)別于曲線的基本特征, 也是能否實現(xiàn)參數(shù)化的關(guān)鍵一環(huán)。在進行草圖約束前一定要注意對截面進行細致的約束分析, 避免出現(xiàn)少約束或過約束的情況, 否則將無法創(chuàng)建合格的參數(shù)化模型。

3.3 裝配參數(shù)化設(shè)計

UG裝配過程是在裝配中建立部件之間的鏈接關(guān)系, 是通過開發(fā)研究與設(shè)計技術(shù)關(guān)聯(lián)條件在部件間建立約束關(guān)系來確定部件在產(chǎn)品中的位置。在裝配中, 部件的幾何體是被裝配引用, 而不是復(fù)制到裝配中的。不管如何編輯或在何時編輯部件, 整個裝配部件保持關(guān)聯(lián)性。

4 拉延模 CAD

本文在基于草圖的參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)上, 穿插進行基于特征的參數(shù)化建模和裝配的參數(shù)化設(shè)計, 從而對于顯著提高模具 CAD設(shè)計效率有重要意義。

4.1 自潤導(dǎo)板的參數(shù)化設(shè)計

通過建立草圖的全約束和部件家族, 實現(xiàn)自潤導(dǎo)板 2 孔到 4孔個數(shù)和大小的轉(zhuǎn)變(圖 3)。如圖 2 所示為 2 孔自潤導(dǎo)板的全約束效果。

圖 2 完全約束

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圖 3 參數(shù)化- 部件族的應(yīng)用

4.2 模具主體的設(shè)計

按照圖 1 的流程由產(chǎn)品數(shù)模源文件(圖 4)及技術(shù)要求明細表進行參數(shù)化設(shè)計。分別得到產(chǎn)品的上模、下模以及壓邊圈(圖 5)。再將它們與標(biāo)準(zhǔn)件裝配起來, 得到最終設(shè)計效果(圖 6)。

圖 4 產(chǎn)品數(shù)模

圖 5 壓邊圈的草圖及參數(shù)化建模后效果

圖 6 模具裝配圖

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4.3 二維工程出圖

利用 UG NX實體建模功能創(chuàng)建的零件和裝配模型, 可以引到工程圖模塊中, 快速的生成二維工程圖, 并且二維工程圖與維實體模型是完全關(guān)聯(lián)的, 實體模型的尺寸、形狀和位置的改都會引起二維工程圖做出相應(yīng)變化。

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圖 7 模具組裝圖二維出圖

5 基于 UG的計算機輔助加工

使用 UG 對汽車坐椅加強梁的凹模部分進行計算機輔助加這一過程與前面 CAD 部分有機結(jié)合, 是 CAD/CAM系統(tǒng)的關(guān)環(huán)節(jié)。利用 UG進行計算機輔助加工可以按圖 8 的流程進行。

圖 8 用凹模進行 CAM 的流程

使用 UG分別進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→ 固定軸曲面輪廓銑

下面是其中型芯粗加工和外分型面精加工工序的走刀路徑放。

型芯粗加工

型芯外分型面精加工

圖 9 刀路軌跡回放

隨后系統(tǒng)進行后處理, 生成程序指定路徑文件名的程序文件, 其中型芯粗加工的 G指令如圖 10 所示。可將其另存為機床易識別的文件類型, 詳細的 G指令由于篇幅所限不予列出。

6 結(jié)束語

使用 CAD/CAM類軟件進行汽車覆蓋件拉延模的設(shè)計和模擬加工是實際可行并具有先進性意義的, 本文設(shè)計出了產(chǎn)品的拉延上模、拉延下模以及壓邊圈, 運用參數(shù)化方法生成了標(biāo)準(zhǔn)化零件族, 其中部件族的運用對于企業(yè)今后縮短整個生產(chǎn)周期有重要意義。本文完成了從三維參數(shù)化建模生成二維工程圖紙的過程, 通過對 UG加工模塊的應(yīng)用, 進行了計算機仿真加工, 并運用 POST功能自動生成數(shù)控加工 G代碼程序, 它與生產(chǎn)實踐相聯(lián)系, 經(jīng)過對部分 G代碼程序的進一步優(yōu)化, 可將其應(yīng)用于生產(chǎn)。