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、工業(yè)設(shè)計、詳細(xì)的機械設(shè)計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、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，從而形成自己獨特的“復(fù)合建模”特征。其中實體造型使用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表達式來完成。綜合運用這些造型工具，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。模具設(shè)計的內(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)計以及定模部分詳細(xì)設(shè)計等。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)計工具UG MoldWizard。UG MoldWizard是高度自動化的注塑模具設(shè)計系統(tǒng)，它的用戶界面友好，內(nèi)嵌許多高級模具設(shè)計師的模具設(shè)計知識，能夠極大提高模具設(shè)計的效率。

　　因?qū)Ч庵慵叽巛^小，可確立一模四腔的設(shè)計方案，并采用普通的圓形截面流道，設(shè)計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，有時為了表達方便，還可以建立爆炸圖(Exploded Views)。爆炸圖彌補了裝配圖表達的不足，為進行產(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。UG的二維圖設(shè)計比較簡單，進入專門的二維設(shè)計模塊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，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)計模型是相互關(guān)聯(lián)的，即如果設(shè)計模型改變，工程圖也隨之更新，以維護系統(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，然后進入UG的CAM系統(tǒng)設(shè)計加工程序。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)境的實際要求(如機床的性能和參數(shù)、刀具等)和加工工藝的實際特點，交互輸入加工參數(shù)，再進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

　　采用的CAE軟件是Moldflow 公司推出的MPA(Moldflow Part Adviser)，在UG平臺上有與MPA的接口，可以在UG平臺上直接打開MPA。MPA所能接受的文件格式有許多種，這里選用*.Stl類型的文件，它可以應(yīng)用UG的Export命令輸出相應(yīng)的零件模型。MPA在設(shè)計過程中的作用主要體現(xiàn)在：1)優(yōu)化注塑工藝。通過分析和模擬，可以幫助確立最佳的注塑壓力、時間和溫度;2)優(yōu)化產(chǎn)品和模具結(jié)構(gòu)。將設(shè)計原型在電腦上仿真，幫助預(yù)見各種塑料缺陷，通過改變產(chǎn)品或模具的結(jié)構(gòu)，可以消除或減少這些缺陷，減少測試次數(shù)或不必經(jīng)過實體測試，從而節(jié)省測試所需的資金和時間;3)模擬注塑模填充、保壓、冷卻的過程。圖5是注塑填充過程的模擬圖，它形象地表達了熔融塑料填充型腔的過程，可以幫助查找分析塑料缺陷，并對成型時任意位置熔融塑料流經(jīng)的時間、壓力和流體前端溫度做出定量評估。

　　圖5 注塑填充模擬圖

　　5 結(jié)束語

　　當(dāng)今世界市場競爭激烈，用戶需求日益多樣化和個性化，設(shè)計和制造技術(shù)迅速發(fā)展。制造企業(yè)為了適應(yīng)這一發(fā)展，提高產(chǎn)品競爭力，降低成本，采用優(yōu)秀的設(shè)計制造軟件勢在必行。UG作為當(dāng)今制造業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的高端軟件，不僅具有一般CAD軟件的CAD和CAM的集成，更具有與著名的注塑模具分析軟件MoldFlow的接口，從而實現(xiàn)注塑模具CAD/CAM/CAE的一體化。