一、前言

　　產(chǎn)品的CAD三維造型是整個產(chǎn)品設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)，為提高產(chǎn)品的三維設(shè)計效率和質(zhì)量，用戶必須掌握三維CAD造型的原理燃观，充分了解CAD軟件中的造型方法。充分利用現(xiàn)代先進的CAD技術(shù)便瑟，不但可以輔助設(shè)計者完成其設(shè)計構(gòu)思缆毁，減輕勞動強度，提高效率和精度到涂，改善視覺效果脊框，而且為后續(xù)的分析、模具設(shè)計践啄、NC加工等奠定基礎(chǔ)浇雹。

　　UnigraphicsNX提供了以參數(shù)化為基礎(chǔ)沉御，基于特征實體造型、部件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計依筝、專家設(shè)計系統(tǒng)等技術(shù)芋甸。其核心技術(shù)是采用非均勻有理B樣條(NURBS)作為曲面造型的基礎(chǔ)，融線框模型剪莲、曲面造型谬咽、實體造型為一體，參數(shù)化和特征化的混合造型系統(tǒng)嫂前。系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的富有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上污兄，提供了工程上的完全關(guān)聯(lián)性使CAD/CAM/CAE各部分數(shù)據(jù)自由聯(lián)動切換。UGNX吸收了各種建模技術(shù)的優(yōu)點萝渐，率先推出了最先進的復(fù)合建模方式，將參數(shù)化實體建模叛冠、高級自由曲面建模磨慷、線框建模融于一體。復(fù)合建模技術(shù)代表了CAD發(fā)展的趨勢把奢，即易用薇痛、自由、高效什湘，是目前CAD行業(yè)最優(yōu)化的建模方式长赞。它可使工程師在工作時完全不必受某種單一建模方法的束縛，自由地闽撤、快速地完成建模得哆。它既具有參數(shù)化建模的靈活方便，在處理復(fù)雜產(chǎn)品方面又具有獨特的優(yōu)勢哟旗。UGNX以實際工程需要為導(dǎo)向贩据，逐漸發(fā)展為了CAD/CAM/CAE/PDM一體化的系統(tǒng)。系統(tǒng)同時具備如鈑金設(shè)計闸餐、注塑模具設(shè)計饱亮、沖壓模及級進模等多種專家設(shè)計模塊。

　　二舍沙、UGNX/CAD覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計

　　1.基于SMC成型的覆蓋件設(shè)計實例

　　基于SMC成型的覆蓋件為全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)近上，主要由蒙皮和加強筋組成。蒙皮內(nèi)的加強筋作為骨架以增加覆蓋件的強度和剛度拂铡。該復(fù)合材料覆蓋件必須滿足一定的重量和剛度要求壹无，如重力作用下的變形和扭轉(zhuǎn)剛度，高溫烤漆的表面氣泡及熱變形問題首潮。通過對覆蓋件的SMC成型工藝及結(jié)構(gòu)上的研究彬膘，其成型方法采用分塊模壓滚讼，并最終粘接成型，由外蒙皮绝皇、內(nèi)加強筋绊域、前臉三個部件組成。由于覆蓋件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜呐猴，其成型方案設(shè)計時湘都，分別模壓成型蒙皮、加強筋常废，然后粘接成一體旱唧，并根據(jù)其強度和剛度要求進行局部加強。其結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下特點：

　　(1)制品的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)形狀

　　制品的外部形狀應(yīng)該力求簡單蝇蝶，內(nèi)腔是制品的主要型面恤鞭，為保證易于脫模和成型，應(yīng)設(shè)計成圓滑結(jié)構(gòu)危号。避免內(nèi)腔深度尺寸過大牧愁，對模壓成型造成困難。該覆蓋件三個部件的所有連接特征均采用可能大的過渡圓角外莲，從而使其易成型猪半。

　　(2)脫模斜度

　　對于熱固性塑料，脫模斜度在平行于壓制方向的表面上一般不小于1偷线，對于脆硬材料磨确，脫模斜度應(yīng)設(shè)計要求大一些。而對于精度要求較高的產(chǎn)品應(yīng)采用較小的脫模斜度声邦，對于形狀復(fù)雜乏奥，收縮率大，厚壁不易脫模的制品應(yīng)采用較大的脫模斜度翔忽。由于覆蓋件尺寸較大英融，拔模斜度設(shè)計一般都設(shè)計在3以上，局部地區(qū)介于1.5～8之間歇式。

　　(3)壁厚

　　由于SMC具有良好的流動性驶悟，可以成型各種薄壁變厚度尺寸的制品，其最厚截面應(yīng)保持在13mm以下材失，對于超過25mm的厚度找塌，可采用特殊的引發(fā)體系，在SMC產(chǎn)品設(shè)計時困煤，避免過薄尺寸鸥萌，大面積尺寸應(yīng)大于1mm厚，由于壁厚的不均勻性易產(chǎn)生變形技蝌，因此在變厚度地區(qū)壹霍，應(yīng)采用圓滑過渡牌完。SMC成型的覆蓋件產(chǎn)品厚度一般在3mm左右。

　　(4)加強筋和凸緣結(jié)構(gòu)

　　對于覆蓋件薄壁結(jié)構(gòu)建鹿，為增加剛度坎谱，防止產(chǎn)品變形，在多處地區(qū)設(shè)計了加強筋和凸緣結(jié)構(gòu)捍瘩，筋的側(cè)面均為3?以上的拔模斜度和3mm以上的圓角半徑念婶。對于整體粘接后的工況要求，在局部地區(qū)采用薄板鋁合金橫梁加強署弯，采用粘接和螺釘對SMC和鋁合金橫梁進行連接分搞。結(jié)構(gòu)強度剛度優(yōu)化則主要采用盒形件、矩形加強筋及凸緣等結(jié)構(gòu)來加強荚坞。

　　2. 基于UGNX的覆蓋件設(shè)計技巧

　　該覆蓋件比較復(fù)雜挑宠，需要對其結(jié)構(gòu)合理地分解，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要特征西剥。在造型時根據(jù)產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)建立特征曲線痹栖，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)瞭空、掃描等建立一個合理的“毛坯”，再進行外觀的細節(jié)設(shè)計疗我，產(chǎn)品的外觀形狀多由光順圓順的自由型曲線曲面組成咆畏。要保證構(gòu)造出來的曲面既光順又能滿足一定的精度要求，就必須掌握一定的曲面造型技巧吴裤。由于覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計造型本身比較復(fù)雜旧找，對設(shè)計者的要求比較高，以下為作者在完成該產(chǎn)品設(shè)計時總結(jié)出的一些經(jīng)驗：

　　(1)先整體后局部麦牺、參數(shù)化與非參數(shù)化有效的結(jié)合

　　在工程中钮蛛，常常難以用一張連續(xù)完整的曲面來表達一個復(fù)雜的產(chǎn)品外形。這樣構(gòu)造的曲面往往不光順剖膳，產(chǎn)生大的變形轮砸。這時可根據(jù)軟件提供的曲面造型方法，結(jié)合產(chǎn)品的外形情況策睛，將其劃分為多個區(qū)域來構(gòu)造多張曲面应胎，然后將其縫合，或用過渡面與其連結(jié)闪割。針對產(chǎn)品的需求及優(yōu)化設(shè)計的目標而逞，在進行造型時應(yīng)合理的利用UGNX提供的參數(shù)化和自由曲面造型的混合使用問題，如在加強筋的布局設(shè)計時采用參數(shù)化的線框模型粪业，有助于優(yōu)化分析和曲面重構(gòu)設(shè)計等提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量效率黄骇；對于SMC成型的R角等局部特征纸赦，可待有限元分析后的結(jié)果來進行最終確定。

　　(2)基本造型功能的熟練使用

　　在利用UGNX進行SMC成型的覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計時倒奋，涉及基本曲線曲面操作比較多醇电，如常用的直紋曲面（Ruled Surface）、拉伸面（Extruded Surface）皱辞、掃描面（Swept Surface）君板、縮放面（Enlarge Surface）、等距面（Offset Surface）股冗、融接圓角面（Blend Surface）霹陡、裁剪面（Trim Surface）、縫合面（Sew Surface）止状、延伸面（Extend Surface）烹棉、邊界面（Boundary Surface）。要注意這些基本曲面和派生曲面的使用特點怯疤，如拉伸功能可進行帶傾斜拔模角度的曲面設(shè)計浆洗。同時對于基本的曲線，如直線集峦、圓弧伏社、曲線裁剪（Trim curve）、長度調(diào)節(jié)（Arc length）塔淤、等距線（Offset Curve）摘昌、投影曲線（Project Curve）、相交曲線（Intersection Curve ）和曲線連接（Join Curve）等生成及其編輯修改高蜂，應(yīng)做到靈活熟練聪黎。同時還應(yīng)區(qū)分Sketch和Curve的使用方法以及坐標系統(tǒng)的靈活使用。

　　(3)快捷鍵丢华、圖層和顏色的使用

　　由于覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計船白、模具設(shè)計與數(shù)控編程的工作量比較大，使用快捷鍵有助于降低勞動強度码署。而合理的規(guī)劃圖層蒙敦、顏色對幾何圖形對象的表達有助于提高設(shè)計的效率和信息的表達。而充分利用圖形對象的陣列（Instance）浑梳、轉(zhuǎn)換（Transform）功能悲社，可大幅度提高產(chǎn)品的設(shè)計效率和質(zhì)量。

　　(4)從模具的角度考慮

　　產(chǎn)品三維造型的最終目的是制造染窝。產(chǎn)品零件大都是由模具生產(chǎn)出來的反没，因此，在三維造型時，要從模具的角度去考慮缺员，在確定產(chǎn)品出模方向后穿桃，應(yīng)檢查曲面能否出模，是否有倒扣現(xiàn)象（即撥模角為負角）弯囊，如發(fā)現(xiàn)有倒扣現(xiàn)象痰哨，應(yīng)對曲面的控制線進行修改，重構(gòu)曲面匾嘱。這一點往往被忽略斤斧，卻是非常重要的。在SMC模壓成型的覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計時表現(xiàn)尤為重要霎烙，由于SMC成型工藝的要求撬讽，一般圓角不小于R3，拔模角度不小于1悬垃。

　　(5)曲線曲面的光順控制

　　由于覆蓋件產(chǎn)品的外觀要求比較高游昼、同時涉及到模具成型以及結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化分析網(wǎng)格劃分的需求，要求產(chǎn)品的曲面光順性較好尝蠕。為保證曲面的光順性烘豌，在造型滿足產(chǎn)品幾何要求的前提下，可利用延伸看彼、投影等方法將原始的3D輪廓線還原為2D輪廓線廊佩，刪除細節(jié)部分，然后構(gòu)造出“重構(gòu)”曲面靖榕，再利用面的修剪方法獲得曲面外輪廓冕咒。在構(gòu)造曲面時，要隨時檢查所建曲面的狀況益爽，注意檢查曲面是否光順，是否扭曲艾抠，曲率變化情況等企棘，以便及時修改。檢查曲面光順的方法可利用對構(gòu)成的曲面進行渲染處理惑妒，即通過透視射传、透明度和多重光源等處理手段產(chǎn)生高清晰度的逼真性和觀察性良好的彩色圖像，再根據(jù)處理后的圖像光亮度的分布規(guī)律來判斷出曲面的光順度泛驰。圖像明暗度變化比較均勻域曼，則曲面光順性好，如果圖像在某區(qū)域的明暗度與其它區(qū)域相比變化較大寺帽，則曲面光順性差俱篡。另外，可顯示曲面上的等高斯曲率線，進而顯示高斯曲率的彩色光柵圖像颤枪，從等高斯曲率線的形狀與分布汗捡、彩色光柵圖像的明暗區(qū)域及變化，直觀地了解曲面的光順性情況畏纲。

　　三扇住、UGNX/CAM覆蓋件模具設(shè)計與數(shù)控編程

　　1.SMC成型覆蓋件模具設(shè)計

　　UnigrahpicsNX提供了基于專家系統(tǒng)的注塑模（Mold Wizard）、鈑金零件沖壓模（Die Engineer）和級進模（Progressive Die Wizard）等模具設(shè)計功能盗胀，模具專家設(shè)計系統(tǒng)融入了模具設(shè)計師的經(jīng)驗和系統(tǒng)開發(fā)師的智慧艘蹋，使用它們可以加速模具設(shè)計速度，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量票灰。以下為UGNX系統(tǒng)提供的部分模具專家設(shè)計系統(tǒng)的簡介.

　　(1)UGNX沖壓模具工程（UG/Die engineering）

　　它是UG面向汽車鈑金件沖壓模具設(shè)計而推出的一個模塊女阀，其功能包括沖壓工藝過成定義，沖壓工序件的設(shè)計米间，如壓力中心的調(diào)整强品、工藝補充面的設(shè)計、拉伸壓料面的設(shè)計屈糊、分配成型工序等內(nèi)容的榛，以幫助用戶完成沖壓模具的設(shè)計。同時提供了一個完整的級進模設(shè)計環(huán)境潦故，封裝了模具設(shè)計的專家知識仔同，其基于UG/WAVE關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)，系統(tǒng)自動抽取鈑金特征庐穴，使條料排樣與零件幾何關(guān)聯(lián)圃靖，實現(xiàn)了設(shè)計信息的一體化。系統(tǒng)從工程建立開始蝇硅，可以完成條料排樣榛蜻、廢料設(shè)計、模架選擇翁漠、功能組件設(shè)計和標準件的選取盅力，提供提供的客戶模架庫、標準件庫舆焕、鑲件庫加快了級進模結(jié)構(gòu)設(shè)計的速度按任，提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率。

　　(2)UGNX注塑模設(shè)計（MoldWizards）

　　整合了模具專家的經(jīng)驗棍详，提供實務(wù)的設(shè)計流程杠滓，參數(shù)式圖形建構(gòu)，使模具設(shè)計經(jīng)驗較少的工程師也能在循序漸進的導(dǎo)覽設(shè)計之下冒萄，使模具設(shè)計師快速完成從產(chǎn)品臊岸、凸凹模、模架與標準件的設(shè)計與裝配、工程圖一系列過程扇单。提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量同時大幅度縮短制程周期商模，降低了生產(chǎn)成本。系統(tǒng)以3D產(chǎn)品傳遞資料蜘澜，彈性靈活的機構(gòu)設(shè)計施流，使設(shè)計模具工作具有更多彈性空間。通過建立模具設(shè)計工程鄙信、模具簇瞪醋、建立坐標系、設(shè)置收縮率装诡、設(shè)定凸凹模毛坯尺寸银受、模具輔助工具及分模、調(diào)用標準模架庫及標準件鸦采、設(shè)計滑塊和頂出機構(gòu)宾巍、設(shè)置澆口流道與冷卻系統(tǒng)、設(shè)計電極蜗南、模具總裝與零件清單BOM表等快速的完成模具的設(shè)計叭蜂、標準件配置到NC編程環(huán)境。

　　由于SMC成型熱壓模具饰测，其結(jié)構(gòu)與沖壓模類似唬研，同時有注塑模的特點，如加熱系統(tǒng)靡庵、抽芯結(jié)構(gòu)等特征尼削。在利用UGNX進行該覆蓋件的模具設(shè)計時，要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點進行功能的合理應(yīng)用燕汗，如等厚度的外蒙皮其分型面的設(shè)計静瞄，可直接利用UGNX模具專家系統(tǒng)提供的模具分模功能來完成。SMC模壓成型設(shè)備主要包括液壓機和模具枣惨，模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計由凸凹模乙闰、加熱系統(tǒng)、頂出機構(gòu)胚茴、切邊機構(gòu)、抽芯結(jié)構(gòu)送料機構(gòu)等部分組成必尼。SMC成型模具主要有半溢式垂直分型和半溢式水平分析兩種結(jié)構(gòu)蒋搜。

　　2. SMC成型覆蓋件模具數(shù)控編程

　　UnigrahicsNX/CAM由8個重要組成部分：包括三維建模、刀具軌跡設(shè)計判莉、刀具軌跡編輯修改豆挽、加工仿真、后置處理、數(shù)控編程模板帮哈、切削參數(shù)庫設(shè)計和二次開發(fā)功能接口膛檀。UnigraphicsNX系統(tǒng)提供了模具的數(shù)控編程模板Shops_diemould，它將預(yù)先的加工順序娘侍、工藝參數(shù)咖刃、切削參數(shù)設(shè)置好，針對相似的零件加工對象憾筏，應(yīng)用模板可以大幅度提高模具數(shù)控編程的效率和質(zhì)量嚎杨，同時在加工新的產(chǎn)品對象時，只需調(diào)用模板文件氧腰，選擇所需的幾何體枫浙，并啟動這個流程即可。用戶通過加工向?qū)Х浅Ｈ菀椎膹哪０逯蝎@得專家級的制造過程指導(dǎo)三钦，全部內(nèi)容可非常簡單而有效的提供給缺乏經(jīng)驗的用戶尼缨，有利于吸收別人的經(jīng)驗，通過向?qū)ё鎏茫A(yù)先定義的模板可以被激活综货，并通過簡單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。

　　系統(tǒng)提供了提供鉆孔循環(huán)校惧，攻絲和鏜孔等點位加工編程葛暇；具有多種輪廓加工、等高環(huán)切竣篷，行切以及島嶼加工平面銑削編程功能尼软；其提供3~5坐標復(fù)雜曲面的固定軸與變軸加工編程功能，可以任意控制刀具軸的矢量方向傲丹，具有曲面輪廓便透、等高分層、參數(shù)線加工酬俯、曲面流線航厚、陡斜面、曲面清根等多種刀具軌跡控制方式锰蓬。UGNX銑削可完成粗加工單個或多個型腔幔睬、沿任意類似型芯的形狀進行粗加工大余量去除、對非常復(fù)雜的形狀產(chǎn)生刀具運動軌跡芹扭，確定走刀方式麻顶、通過容差型腔銑削可加工設(shè)計精度低、曲面之間有間隙和重疊的形狀舱卡，而構(gòu)成型腔的曲面可達數(shù)百個辅肾、發(fā)現(xiàn)型面異常時队萤，它可以或自行更正，或者在用戶規(guī)定的公差范圍內(nèi)加工出型腔等功能矫钓。使用銑削編程功能用戶可以完成3軸聯(lián)動加工刀具路徑要尔、加工區(qū)域選擇功能、多種驅(qū)動方法和走刀方式的確定新娜，如沿邊界切削赵辕、放射狀切削、螺旋切削及用戶定義方式切削伤刑，在沿邊界驅(qū)動方式中又可選擇同心圓和放射狀走刀等多種走刀方式探快、提供逆銑、順銑控制以及螺旋進刀方式入撇、自動識別前道工序未能切除的未加工區(qū)域和陡峭區(qū)域榨狐，以便用戶進一步清理這些地方、其銑削編程可以仿真刀具路徑晤裆，產(chǎn)生刀位文件咱漱，用戶可接受并存儲刀位文件，也可刪除并按需要修改某些參數(shù)后重新計算停间。

　　UnigraphicsNX/CAM用于產(chǎn)品零件的數(shù)控加工温履，其流程首先是調(diào)用產(chǎn)品零件加載毛坯，調(diào)用系統(tǒng)的模板或用戶自定義的模板叙棚；然后分別創(chuàng)建加工的程式亥护、定義工序加工的對象、設(shè)計刀具粗排、定義加工的方式生成該相應(yīng)的加工程式绎彪；用戶依據(jù)加工程式的內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式，如加工對象的具體內(nèi)容兽赁，刀具的導(dǎo)動方式状答、切削步距、主軸轉(zhuǎn)速刀崖、進給量惊科、切削角度、進退刀點亮钦、干涉面及安全平面等詳細內(nèi)容生成刀具軌跡馆截；對刀具軌跡進行仿真加工后進行相應(yīng)的編輯修改、拷貝等功能提供編程的效率蜂莉；待所有的刀具軌跡設(shè)計合格后孙咪，進行后處理生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼進行DNC傳輸與數(shù)控加工。

　　四巡语、小結(jié)

　　通過本文的敘述大家可以看到翎蹈，UnigraphicsNX作為三維參數(shù)化混合造型CAD/CAM/CAE集成化軟件系統(tǒng)的代表，功能是非常強大的男公。由于篇幅的限制荤堪，我們不可能窮其所有的功能，只能將我們所用過的码完、有代表性的和精彩的部份呈現(xiàn)給大家办适，有什么不周的地方，還望大家多多交流银悄。

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