浅议基于UG软件的制造业数字化
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作者: 兰天鹏
摘要:本文介绍了利用UG软件对数字化设备获得的数据点阵进行处理,构建三维模型并进行数控加工的方法,以及逆向工程的步骤。
关键词: UG 逆向工程
随着CAD、CAM、CAE 等技术不断发展和日趋完善,它们在各个领域得到了极其广泛的应用。目前,这一技术已成功应用于各类产品零件的制造过程,为企业带来了极高的加工质量及可观的经济效益。这就要求设计者开发出的产品更符合人体工学的需求, 力求实现产品的造型、合理的功能以及生产工艺达到艺术与科技的完美结合, 从而使产品在市场上更具有竞争力。这对于机械工艺设计师来说,既是巨大的挑战, 也是巨大的机遇。 传统的二维设计已基本不能满足上述要求, 选择新的CAD软件已成了公司的未来发展方向。电动工具产品的特点结构复杂。手持电动工具既要满足手感要求, 还要考虑美感。不同地区的客户因区域性差异,不同的手型大小也得考虑在内。因而90%的外观都是由复杂的自由曲面生成的。 安全性要求高。电动工具产品大部分销往北美、欧洲、日本等地, 产品必须符合国际和区域标准。为了防止因质量问题而影响公司的形象,产品在设计和生产过程中的每一个环节都必须时时把关, 成品在出厂前都要经过严格的性能测试。 设计周期短。企业为了在市场中占据优势,每一款产品从市场调研、概念设计、结构设计到定型、模具图及二维图, 都需要在短时间内完成。 新产品开发过程 概念形成 新产品的设计主要是客户的需求和集团内新产品的开发,而资料的来源往往是客户提供的手绘产品外型草图、照片、DXF文档、CGM文档、点云数据或手板等,而对这些数据UG软件都提供了转化接口, 可以直接传递。UG提供了产品外观曲面生成、评估分析和修剪的功能,它具有参数化的自由曲线和曲面的建模特点, 可完成复杂的外观设计及创意, 完成了的外观再经过UG渲染成逼真的三维实体模型交给客户确定或进行市场调研, 然后再进行产品的开发、试产及生产。UG它可根据得到的大量点云数据, 自动智能地抽象出三维形体特征,重构测量实物形体的几何数字特征。 概念设计 创建几何图形,例如, 当产品开发的原始资料仅仅是图片时,可通过UG调入等比例的TIFF 文档。利用UG的曲线造型功能进行外观描绘及截面绘制。曲线在外观造型中起主导作用, 曲线的曲率光顺度将决定曲面的光顺度、模型的合理性及美感。生成的曲线进行产品外观曲面构造和修剪, 然后依据功能准则、美学准则、检查准则进行评估分析, 在作出必要的修改后再进行UG产品逼真渲染。完成后的产品外观图再送给客户确定或进行市场调研, 可行后将进行产品内部结构的设计。装配设计
这是产品设计中较关键的一步. 在装配中可利用Analysis- simple interference进行静态干涉检查, 确定相邻两零件间是否有干涉情况, 如有干涉, 两零件的干涉区域将生成干涉条块, 呈高亮显示,设计者可据此对主模型进行相应的修改,消除两零件间的静态干涉。 UG提供了clearance analysis, 它可检查一个群组中所有零件的5种干涉情况(No、Soft、Touching、Hard、Containment interference)。当输入一公差值时, 选择相应的待检查零件群组, 就可生成一张对应零件间5种干涉情况的报表, 设计者可根据报表内容进行相应的修改以满足功能要求。
模具制造 为了缩短产品的开发周期,在产品外观确定之后就可以着手进行外模设计、NC编程及刀路编排等相关的准备工作, 这样就可实现产品模具设计和内部结构设计同时并进, 使设计与制造有机地结合, 且相关的产品数据由UG统一管理到一个主模型中。当产品文件的某个面或特征数据被修改时, 相应的二维图、模具图和NC刀位数据信息都将会自动更新, 这个过程与传统模具设计制造相比缩短了产品外模设计与制造的时间。 在产品内部结构完成之后, 模具部门也就可以着手进行内模设计、 NC刀路编排等工作。UG/CAM支持高速加工及复杂的曲面加工, 如五轴铣、高速铣(HSM)其转轴速度可达10000转/分以上, 再配以高强度超微型铣刀, 内模加工可以一次性成型, 且不用手工抛光, 提高了加工质量, 也保证了内部结构的精确位置尺寸。最後, 再辅以电火花(EDM)加工进行修整。 根据批量大小,模具制造也可直接采用快速成型原型复制软质的硅橡胶模具。制作方法是将快速成型原型放入做好的铸型架中, 将经抽真空的混合硅胶倒入铸型架中制作硅胶模, 再将恒温硬化后的硅胶模分模, 取出原型。
逆向工程
传统的机械加工是先进行产品设计,绘制图纸,最后进行加工。但是,在用户只提供样品而没有提供设计图纸的情况下,如何利用CAD/CAM以及数控加工技术制造出符合要求的产品,是一个值得探讨的问题。 逆向工程是指对已有实物或模型利用数字化量测仪器进行测量获得点阵数据,再对点阵数据进行格式转换、分析并生成曲线后创建三维模型,利用数控加工技术进行零件制造的过程。
1获得数据点阵工作步骤: (1)根据用户提供的样品和具体要求,分析样品需要重点测量的部分。 (2)采用合适的数字化量测仪器,常用的数字化设备有三坐标测量机、数控仿形机床、专用数字化仪、激光追踪站和扫描仪等。(3)确定测量力一案。(4)输出数据点阵。2 创建三维模型 在UG中,新建一个后缀为.PRT的文件(如TU-LUN. PRT)。具体创建力一法:单击FILE吹件)菜单中IMPORT导入) 命令,用IGS命令将TULUN. IGS文件导入。
3数控加工 (1)轮廓加工经分析后凸轮轮廓可采用PLAN-ER一ILL加工模式,选择根据外形切削模式。采用这种切削力一式时,UG软件所创建的刀具路径将依据凸轮轮廓以相互平行且连续不提刀的力一式产生,这是最经济、节省时间的力一式。 (2)定位孔加工在凸轮的使用过程中3个定位孔的位置度将直接影响着凸轮的正常使用,因此这3个定位孔的形位公差精度要求较高,应该与轮廓加工一次安装、加工。 实践证明,使用三坐标测量机进行三维扫描,获得产品三维点阵数据,利用UG软件强大的三维造型和NC后处理功能进行产品制造,可以大大缩短产品的设计、制造周期,更加有效地提高产品的竞争能力。
参考文献:
[1] 张小勇,温正.UG NX 5.0中文版基础入门与范例精通北京科海电子出版社,科学出版社,2008年04月.
[2] 张晗.CAD/CAM―UG应用机械工业出版社,2008年11月.
[3] 单岩.UG三维造型应用实例.清华大学出版社,2005年6月.
[4] 赵东福.UG NX数控编程技术基础.南京大学出版社,2007年7月.
[5] 刘伟军.逆向工程―原理方法及应用.机械工业出版社,2008年10月.
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