1、前言

近年來(lái)，隨著三維CAD技術(shù)的飛速發(fā)展，使其在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛，尤其在模具設(shè)計(jì)制造方面，三維CAD軟件更是設(shè)計(jì)人員的得力助手，有效地提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。在眾多三維CAD軟件中，UG以其強(qiáng)大的功能長(zhǎng)期占據(jù)業(yè)界的主導(dǎo)地位。

UG是個(gè)基于特征的，全參數(shù)化的輔助設(shè)計(jì)軟件，它能實(shí)現(xiàn)CAD,CAE,CAM等各種功能，涵蓋機(jī)械設(shè)計(jì)各個(gè)領(lǐng)域。它有許多特點(diǎn)非常適用于模具的設(shè)計(jì)及改造：

比如直接建模能夠在已有特征上快速建模，有利于模具的結(jié)構(gòu)改動(dòng)；
參數(shù)化設(shè)計(jì)能快速改動(dòng)設(shè)計(jì)尺寸，無(wú)避免繁瑣的尺寸計(jì)算；
幾何關(guān)系聯(lián)接能快速建立裝配零件間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使一些零件隨關(guān)鍵零件的改動(dòng)而改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“牽一發(fā)，而動(dòng)全身”的效果；
精確的干涉檢查，尺寸測(cè)量能讓設(shè)計(jì)人員第一時(shí)間知道零件間的裝配關(guān)系，了解設(shè)計(jì)的效果，避免實(shí)際裝配中的干涉；
簡(jiǎn)便的三維二維轉(zhuǎn)換及出圖功能能快速完成零件圖的繪制，減少重復(fù)勞動(dòng)，縮小設(shè)計(jì)周期；
還有許多特點(diǎn)，在此不一一敖述，下面以一個(gè)實(shí)例，與各位同行分享UG強(qiáng)大功能在模具快速改造中的應(yīng)用。

我公司原生產(chǎn)直徑為96mm的機(jī)殼，該機(jī)殼卷圓由Φ96機(jī)殼卷圓模完成。該卷圓模外形見(jiàn)圖1。由于新產(chǎn)品發(fā)展的需要，我公司要將原來(lái)直徑為96mm的機(jī)殼改為105mm,故需重新設(shè)計(jì)Φ105的機(jī)殼卷圓模。

2、改造思路分析

為了使生產(chǎn)設(shè)備保持原有功能、結(jié)構(gòu)和精度，節(jié)約成本以及降低改造難度，應(yīng)該盡量少地改動(dòng)原有零部件?？梢詫⒏膭?dòng)集中到某些關(guān)鍵零件上，這里的關(guān)鍵零件是指那些因?yàn)榧庸ぜ叽缱兓?，受到影響的模具零件，以及一些能將其它零件改?dòng)量集中到自身的零件。這個(gè)思路正好能通過(guò)UG的功能特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。基于這個(gè)思路，我們根據(jù)加工件所改動(dòng)的尺寸（在這里是機(jī)殼直徑由Φ96mm變?yōu)棣?05mm）尋找與其相關(guān)聯(lián)的模具零件，排出相應(yīng)的尺寸鏈，確定關(guān)鍵零件。在這付卷圓模改造中，因?yàn)闄C(jī)殼只是增大了直徑尺寸，即加工板料的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，至于寬度方向，由于原來(lái)的卷圓模能在該方向上調(diào)節(jié)間距，故不必考慮此處的改動(dòng)。加工板料的加長(zhǎng)，導(dǎo)致模具的卷圓機(jī)構(gòu)和送料、卸料機(jī)構(gòu)需要改動(dòng)。我們就從這幾個(gè)部分改造模具。

3、UG在模具改造過(guò)程中的應(yīng)用

（1）卷圓機(jī)構(gòu)：圖2為機(jī)殼卷圓原理圖，機(jī)殼直徑變大直接影響模芯的直徑。圖中最下方為模芯改動(dòng)的三種方式。I、II兩種方式會(huì)導(dǎo)致?tīng)可娴牧慵^多，包括中模部分，而且對(duì)沖床的行程要進(jìn)行重新計(jì)算。如果采用III的方式，中模不用改變位置，其他零件都以原有模芯的圓心為基準(zhǔn)改動(dòng)尺寸；改動(dòng)上下模后，也不必調(diào)整沖床的設(shè)置參數(shù)。最終，我們采用了方式III。決定了改動(dòng)方式，就可以排出相關(guān)的尺寸鏈。我們使用UG軟件將原有Φ96機(jī)殼卷圓模的零件進(jìn)行三維建模并虛擬裝配。再借助UG強(qiáng)大的參數(shù)化功能，將Φ105機(jī)殼卷圓模的尺寸賦給UG，就可以方便快捷地改動(dòng)原零件尺寸以及裝配尺寸鏈。采用方式III，模芯位置不變，使得上下模和側(cè)模的基準(zhǔn)也不變。只需將原來(lái)模芯的尺寸放大到105mm即可。同時(shí)，上下模及側(cè)模外形與模芯配合成一圓，在UG中建立了尺寸關(guān)系，上下模和側(cè)模的尺寸也自動(dòng)變化到與模芯改動(dòng)尺寸相配。在UG上很快可以看到改動(dòng)效果，經(jīng)UG的干涉及尺寸測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)有干涉，再及時(shí)改正原有數(shù)據(jù)。

采用同樣的方法，可以完成卷圓機(jī)構(gòu)中，斜鍥擋板的定位等等，使用這種方法可以快速地完成改造，而且不易出錯(cuò)。

（2）送料機(jī)構(gòu)：因?yàn)榉绞絀II中，板料上升了(105-96)/2=4.5mm的距離，從而致使送料機(jī)構(gòu)要調(diào)整高度。如前所述，如果把零件尺寸的改動(dòng)集中到關(guān)鍵零件，就能減少零件的改動(dòng)量，降低改造難度，提高效率。巧的是所有的送料機(jī)構(gòu)零件都裝在送料安裝座上，所以只要改動(dòng)送料安裝座的厚度就能達(dá)到效果。

該模具采用氣缸推動(dòng)板料送料，四塊板料頭尾相接依次進(jìn)料。由于板料長(zhǎng)度加長(zhǎng)，所以送料機(jī)構(gòu)也要加長(zhǎng)。為此需要重新計(jì)算送料板的長(zhǎng)度。為了使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化同時(shí)減少誤差，根據(jù)先前的基本思路，我們把所有的尺寸改動(dòng)集中到最后一節(jié)送料板，如圖3所示。其它尺寸包括安裝關(guān)系不變。這樣只要將最后一節(jié)送料板的長(zhǎng)度單邊向外加長(zhǎng)即可。這部分的改動(dòng)，是我們改動(dòng)思路的最好體現(xiàn)。四塊板料的連接形式如圖4。板與板之間交錯(cuò)嚙合，利用UG干涉檢查可以將它們方便地嚙合在一起，從而算出總長(zhǎng)，精度很高。以第一塊板為基準(zhǔn)，它的位置不變（改動(dòng)前后改板的中心都對(duì)準(zhǔn)模芯的中心），其它板依次向外移。在尺寸確定上，可以使用UG的WAVE幾何關(guān)系連接器的功能。它可以基于一個(gè)已經(jīng)建立的零件，去設(shè)計(jì)新的零件。借用這種功能先建立好板料位置，然后根據(jù)板料的幾何面、線(xiàn)及點(diǎn)，去設(shè)計(jì)需要改變尺寸的最后一節(jié)送料板。例如：需要求出最后一節(jié)送料板的長(zhǎng)度，可以選擇第四塊板料的最外側(cè)面，然后設(shè)計(jì)的送料板長(zhǎng)度只要超過(guò)這個(gè)面即可。這樣一來(lái)，極大地方便了設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中要自己算尺寸，然后制圖；而在UG中，制圖的過(guò)程中已經(jīng)完成了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的計(jì)算過(guò)程。

板料的加長(zhǎng)，勢(shì)必導(dǎo)致氣缸帶動(dòng)的推料板變長(zhǎng)，可以通過(guò)板料的長(zhǎng)度和最后一節(jié)送料板的長(zhǎng)度等，在UG中量出需要改動(dòng)的量,然后用UG的直接建模功能改動(dòng)原來(lái)的零件。

（3）卸料機(jī)構(gòu)：在該模具中采用如圖5的機(jī)構(gòu)進(jìn)行卸料。機(jī)殼直徑變大，頂料環(huán)的直徑及頂料棒的長(zhǎng)度都要發(fā)生變化。這些變化與模芯地尺寸改變密切相關(guān)。利用UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)建立表達(dá)式，可以將模芯的直徑與頂料環(huán)的直徑建立關(guān)聯(lián)。只要改動(dòng)模芯的尺寸，頂料環(huán)會(huì)自動(dòng)調(diào)整。同樣的，固定頂料氣缸的支撐架也要隨頂料環(huán)的變化而改動(dòng)。我們用UG的WAVE幾何關(guān)系連接器，使得支撐架上的定位螺釘孔自動(dòng)隨支撐架的改動(dòng)而變化。在UG建模時(shí)，建立完善的尺寸及裝配關(guān)聯(lián)是十分有必要的，它會(huì)有效地提高工作效率。

除了以上模具主要機(jī)構(gòu)的改造，一些結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)也能利用UG進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。例如：1、送料側(cè)板因?yàn)槌叽缱冮L(zhǎng)，變得厚重。為此，將側(cè)板 上的螺釘沉孔去掉，從而使側(cè)板變得輕薄。側(cè)板的外形以及側(cè)板上的螺釘孔位置都可直接用UG的幾何關(guān)系連接器生成。2、保護(hù)送料氣缸的蓋板，為了拆卸維護(hù)方便，將安裝形式從原來(lái)的螺釘聯(lián)接改為插入式抽板，省去螺釘。使用UG直接利用抽板外形生成支撐板的插槽。3、送料氣缸的行程因板料變長(zhǎng)而增加。用UG的間隙檢測(cè)和測(cè)量功能可以快速求出送料氣缸所需的行程。送料氣缸原先是固定在安裝座上的，然而最后一節(jié)送料板向外延伸了一段距離。為了保證安裝位置，在不改動(dòng)其它零件的條件下，我們添加了一個(gè)支撐架。支撐架的尺寸與安裝座相關(guān)，用UG的幾何關(guān)系連接器能快速生成該零件。添加這個(gè)支撐架的另一個(gè)原因是改進(jìn)結(jié)構(gòu)。原來(lái)氣缸是固定在一塊分別連接最后一節(jié)送料板和送料安裝座的板上，這樣接觸的零件多了，容易受多個(gè)零件加工誤差的影響，引起安裝的誤差，導(dǎo)致送料機(jī)構(gòu)卡死。所以，現(xiàn)改用支撐架單獨(dú)固定氣缸，避免了上述問(wèn)題。4、該模具中有許多調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用到沿燕尾槽滑動(dòng)的螺母滑塊。對(duì)于這些滑塊，要保證燕尾槽的對(duì)稱(chēng)布置以及螺釘安裝位置要居中。有些滑塊因?yàn)殚L(zhǎng)度的變化，影響了燕尾槽的布置。采用UG的特征建模，改動(dòng)它們的位置變得簡(jiǎn)便迅速。

在UG的幫助下，改造任務(wù)很快完成。隨后可以利用UG進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析。粗略了解下那些零件強(qiáng)度不夠，結(jié)構(gòu)不合理；那些運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生干涉。譬如：對(duì)模芯懸臂梁受壓時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分析，可以反過(guò)來(lái)重新定義零件的結(jié)構(gòu)和尺寸。對(duì)卷圓過(guò)程的運(yùn)動(dòng)模擬，能幫助我們進(jìn)一步考慮對(duì)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，確定最佳的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。UG的二維出圖可以方便地將三維圖形，轉(zhuǎn)化為二維平面圖。UG提供剖視、局部、旋轉(zhuǎn)、截面等視圖，無(wú)論零件圖還是裝配圖都能快速生成，比傳統(tǒng)的方法大大提高了效率。

4、結(jié)束語(yǔ)

利用UG進(jìn)行改造設(shè)計(jì)可以直觀地顯示各種結(jié)構(gòu)，了解結(jié)構(gòu)的合理性。它的幾何關(guān)系連接器功能可以在已經(jīng)設(shè)計(jì)好的零件基礎(chǔ)上，建立新零件，不必先考慮尺寸，把精力集中于結(jié)構(gòu)，而尺寸由已有零件特征參數(shù)來(lái)定。用表達(dá)式建立裝配關(guān)系，利用參數(shù)化快速改變尺寸。除了這些功能，UG還有很多其它功能，有待進(jìn)一步的實(shí)踐學(xué)習(xí)。改造模具時(shí)，盡量將變動(dòng)集中到關(guān)鍵零件，盡量保持原有功能與結(jié)構(gòu)，以節(jié)約成本，提高效率。有了UG的幫助，技術(shù)人員可以把更多的精力投入到設(shè)計(jì)本身，而不是計(jì)算、制圖等繁瑣的工作中。它給我們帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)理念，是模具設(shè)計(jì)的得力工具。