UG钣金设计与制造综述

andyjin

随着机械设计水平的不断发展， 计算机辅助设计设计CAD/CAE／CAM 一体化软件显示出其高效智能的优势，UG 软件便是其中之佼佼者。UG 将机械设计与生产的全过程集成在一起，它采用参数化的及面向零件的3D 实体模型的设计制造技术，改变了传统的设计理念，为设计者提供了一条更直观、更有效、更快捷的设计工具。
    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。本文仅就UG 软件的钣金模块在钣金设计制造中的应用，作初步讨论。

1 钣金概述
    钣金相对于金属加工来说所占的比重只有20%-30%，但是几乎所有的制造业行业中都会有钣金加工，例如机床行业，纺机行业，食品机械，电器、仪器仪表行业。钣金可以定义为：钣金是针对金属薄板（通常在6mm 以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。钣金最重要的三个步骤是剪、冲/切、折。
    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。将计算机辅助设计制造（例如UG）应用到钣金零件制造业中，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。

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2 UG 钣金的使用过程
    2.1 钣金设计
    设计者在设计零件时的原始构思是三维的，设计实施的结果是各种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全是二维的图形表达。由于表达手段有限，人们约定了在第一象限（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。这种信息表达是不符合人的思维接受规律的，影响设计者和加工者的信息传递，在加工时往往需要加工人员与设计人员多次交互沟通，绘图、读图都要经过专门训练。
    在UG 软件的支持下，能直接以三维概念开始设计，直观、准确地表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论。UG 软件提供了专供钣金设计制造的钣金设计模块UG／Sheet Metal Design，它帮助钣金工程师利用设计与制造相关联的观点来最优化设计过程，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，计算机屏幕上的三维图像就是未来的产品形状。
    2.2 钣金展开
    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。这样做有三个缺点：第一，工作量大，展开过程繁琐；第二，效率低，在展开时对于一般工程师而言易产生错误。第三，精度低，大部分展开凭经验获得，造成物料和人工的大量浪费。
    UG 钣金模块UG／Sheet Metal Design 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。
    2.3 模拟加工过程
    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 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，如果钣金造型有改动，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 排样
    利用UG／Sheet 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 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。

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    2.7 钣金的数控加工
    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，通过串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
    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繁琐过程中解脱出来而更关注于设计，与传统的设计过程相比更直观、更高效；利用CAE 模块进行分析，最大限度地减少了设计缺陷；利用CAM 模块，提高了加工能力和效率；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。总之，UG 钣金模块的应用可以极大提高钣金工作效率、减少材料浪费、优化结构设计和加工工艺设计，减少错误，类似UG 计算机辅助设计的钣金加工已成为一种必备的软件工具。