浅谈UG软件在钣金零件设计与制造中的应用

张鹏涛

邯矿集团实业开发中心 河北邯郸 056000

随着加工制造行业的不断发展，市场需求下对各类机械设备及钣金制造的外观尺寸精度要求越来越高。而传统的依靠人工手绘和二维图像则已经完全被淘汰，已经很难适应当前机械加工制造行业对于钣金设计复杂化、高精度、虚拟化的要求[1]。目前，各类计算机辅助设计软件已在钣金设计工作中得到广泛应用，UG设计软件即是其中的代表。UG软件利用图形编辑、3D数字模型、图形数据库等技术，为机械钣金设计人员提供了更加便捷、更为直观的图形图像设计工具。UG软件除了具有一般的图形图像编辑功能外，还具有模拟运动、虚拟装配、高级数控、有限元分析等功能，动态化的3D实体模型将机械设计与生产的全过程有机结合在一起，极大地提高了设计方案的可靠性、可行性。本文对UG软件在机械钣金设计中的应用进行了探讨。

1 UG三维软件介绍

UG是Unigraphics的缩写，它是基于图形图像技术和C语言之上开发的一款交互式CAD/CAM系统。UG利用了计算机辅助设计功能，对原有的二维图形设计进行了拓展，实现了传统二维平面图形向三维立体图像的转变，使图形设计与显示更加立体直观；再者，UG软件所具有的自适应多重网格、有限元分析、图形成组归并、数值求解偏微分和支持多种离散方案的技术功能特点，可以帮助设计人员在软件设计界面轻松、快速和准确地构建各种复杂实体及造型。此外，UG还具有图像动态化的功能特点，可以使设计模型根据需要模拟转动、折叠、装配等各种运动，更加有助于图像设计的合理化。目前，UG三维软件在工业设计、机械产品设计、模具设计、NC加工等领域得到广泛应用，在三维模型设计的同时，对各种设计方案进行仿真、确认和优化，并对设计方案进行解决开发。

2 UG三维软件在钣金零件设计与制造中的应用

钣金零件模型的设计是UG三维软件应用的重要方面，具有一定的代表性。钣金零件主要是以金属板块为原料，通过冲压、折弯、拉伸等工艺方式，使之产生塑形形变，继而成为满足一定外形与规格尺寸要求的金属零件和产品。这种冷冲压的钣金工艺具有操作简单、成品率高、生产效率高、质量可控性好的特点，非常适合同种规格尺寸金属零部件的大批量生产。传统的钣金零件设计方法比较繁琐和抽象，需要钣金工程师先在大脑中想象出产品的三维图形，再通过大脑的几何投影手绘表现在二维图样上。工程师的很多精力都被耗费在三维实体与二维图纸的相互转化和琐碎的查表、计算中，工作效率和绘制精度普遍不高；尤其是对一些复杂的图形图像很难展现。而UG三维软件的应用则针对传统的钣金模型设计中的各种问题提供了完美的解决。软件设计界面可以将钣金工程师的各种设计想法通过三维图像形象展示，数字化、动态化、方案集成化的方式使钣金设计非常快捷，制造装配的效率和准确性大大提高。具体的应用过程主要有以下：

2.1 钣金设计

钣金工程师在零件设计时会在大脑中形成该零件的三维立体模型，但在传统的设计工具下，其设计思路的表达只能通过二维图形去传递。这种表达方式是比较抽象的，不易被人所理解的。对于一些复杂的零件在加工制造时往往需要设计者与加工人员就图形反复沟通，不仅耗时费力，也容易出现偏差。在UG软件支持下，能够直接将设计者的三维构想进行直观、完整和精确的展现，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论。UG软件提供的UG/Sheet Metal Design设计模块专为钣金设计制造提供，它为钣金零件加工提供了虚拟但直观的环境，工程师可以直接在软件绘图界面进行零件设计，模拟零件装配，其过程与真实钣金加工过程几无差别。此外，基于图形数据库的成组技术还会将各种设计方案和具有相似信息的研究对象归并成组，为相关钣金设计与制造问题提供解决方案，便于发挥钣金加工规模化生产的优势[2]。

2.2 钣金零件的展开

钣金零件的立体模型设计完成后，为了定量尺寸和方便加工，需要将其转化为二维的展开图，以确定待加工原料板的外形和尺寸。过去在钣金件展开时，都是靠人工想象和计算来获得展开图和相关数据的，不仅过程繁琐、效率不高，而且容易出现较大的计算误差，并造成原料件选择不当和物件的损失浪费。UG软件中的钣金模块具有模型自动展开功能，完全取代了人工展开操作，一键操作即可自动获得板料的形状和尺寸数据，并且计算过程是零错误率。通过UG软件钣金件自动展开功能保证了钣金加工原料的合理定形定尺，为钣金件的快速准确加工打下了基础。

2.3 模拟钣金件加工过程

钣金件经过机械加工后便无法复原，万一不合适也难以对该原料件再行加工，因而容易导致原料件的损耗浪费。UG软件为钣金加工提供了模拟加工的过程，可在软件中以任意角度、任意尺寸对钣金件进行模拟加工，并获得加工中所需的数据，最终确定钣金加工的最佳工艺路线。

2.4 钣金件排样

利用UG/Sheet Metal Design模块可在一块毛坯上对多个品种的零件进行优化排样。用户只需要提供加工原料的规格和零件的种类、数量等信息，系统即可自动排样，对不同组合布局自动优化选择。由此则可减少加工过程中的刀具更换，优化冲压裁剪工艺[3]。

2.5 钣金件的数控加工和程序输出

在确定好加工方案程序和匹配好代码之后，即可将计算机串行接口输入到数控机床搭建通讯，即可进行钣金件的数控加工。操作人员可对该加工程序进行存储和修改，为以后同规格的钣金件加工提供模型和加工方案；也可对某些加工数据进行纠正，以获得更为理想的加工效果。