1、前言
近年來，隨著三維CAD技術的飛速發展，使其在機械工程領域的應用越發廣泛，尤其在模具設計制造方面，三維CAD軟件更是設計人員的得力助手，有效地提高了工作效率，減輕了勞動強度。在眾多三維CAD軟件中，UG以其強大的功能長期占據業界的主導地位。
UG是個基于特征的，全參數化的輔助設計軟件，它能實現CAD,CAE,CAM等各種功能，涵蓋機械設計各個領域。它有許多特點非常適用于模具的設計及改造：
比如直接建模能夠在已有特征上快速建模，有利于模具的結構改動；
參數化設計能快速改動設計尺寸，無避免繁瑣的尺寸計算；
幾何關系聯接能快速建立裝配零件間的對應關系，使一些零件隨關鍵零件的改動而改動，實現“牽一發，而動全身”的效果；
精確的干涉檢查，尺寸測量能讓設計人員第一時間知道零件間的裝配關系，了解設計的效果，避免實際裝配中的干涉；
簡便的三維二維轉換及出圖功能能快速完成零件圖的繪制，減少重復勞動，縮小設計周期；
還有許多特點，在此不一一敖述，下面以一個實例，與各位同行分享UG強大功能在模具快速改造中的應用。
我公司原生產直徑為96mm的機殼，該機殼卷圓由Φ96機殼卷圓模完成。該卷圓模外形見圖1。由于新產品發展的需要，我公司要將原來直徑為96mm的機殼改為105mm,故需重新設計Φ105的機殼卷圓模。
2、改造思路分析
為了使生產設備保持原有功能、結構和精度，節約成本以及降低改造難度，應該盡量少地改動原有零部件。可以將改動集中到某些關鍵零件上，這里的關鍵零件是指那些因為加工件尺寸變化后，受到影響的模具零件，以及一些能將其它零件改動量集中到自身的零件。這個思路正好能通過UG的功能特點實現。基于這個思路，我們根據加工件所改動的尺寸（在這里是機殼直徑由Φ96mm變為Φ105mm）尋找與其相關聯的模具零件，排出相應的尺寸鏈，確定關鍵零件。在這付卷圓模改造中，因為機殼只是增大了直徑尺寸，即加工板料的長度變長，至于寬度方向，由于原來的卷圓模能在該方向上調節間距，故不必考慮此處的改動。加工板料的加長，導致模具的卷圓機構和送料、卸料機構需要改動。我們就從這幾個部分改造模具。
3、UG在模具改造過程中的應用
（1）卷圓機構：圖2為機殼卷圓原理圖，機殼直徑變大直接影響模芯的直徑。圖中最下方為模芯改動的三種方式。I、II兩種方式會導致牽涉的零件較多，包括中模部分，而且對沖床的行程要進行重新計算。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改動尺寸；改動上下模后，也不必調整沖床的設置參數。最終，我們采用了方式III。決定了改動方式，就可以排出相關的尺寸鏈。我們使用UG軟件將原有Φ96機殼卷圓模的零件進行三維建模并虛擬裝配。再借助UG強大的參數化功能，將Φ105機殼卷圓模的尺寸賦給UG，就可以方便快捷地改動原零件尺寸以及裝配尺寸鏈。采用方式III，模芯位置不變，使得上下模和側模的基準也不變。只需將原來模芯的尺寸放大到105mm即可。同時，上下模及側模外形與模芯配合成一圓，在UG中建立了尺寸關系，上下模和側模的尺寸也自動變化到與模芯改動尺寸相配。在UG上很快可以看到改動效果，經UG的干涉及尺寸測量，如果發現有干涉，再及時改正原有數據。
采用同樣的方法，可以完成卷圓機構中，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。
（2）送料機構：因為方式III中，板料上升了(105-96)/2=4.5mm的距離，從而致使送料機構要調整高度。如前所述，如果把零件尺寸的改動集中到關鍵零件，就能減少零件的改動量，降低改造難度，提高效率。巧的是所有的送料機構零件都裝在送料安裝座上，所以只要改動送料安裝座的厚度就能達到效果。
該模具采用氣缸推動板料送料，四塊板料頭尾相接依次進料。由于板料長度加長，所以送料機構也要加長。為此需要重新計算送料板的長度。為了使設計簡單化同時減少誤差，根據先前的基本思路，我們把所有的尺寸改動集中到最后一節送料板，如圖3所示。其它尺寸包括安裝關系不變。這樣只要將最后一節送料板的長度單邊向外加長即可。這部分的改動，是我們改動思路的最好體現。四塊板料的連接形式如圖4。板與板之間交錯嚙合，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，精度很高。以第一塊板為基準，它的位置不變（改動前后改板的中心都對準模芯的中心），其它板依次向外移。在尺寸確定上，可以使用UG的WAVE幾何關系連接器的功能。它可以基于一個已經建立的零件，去設計新的零件。借用這種功能先建立好板料位置，然后根據板料的幾何面、線及點，去設計需要改變尺寸的最后一節送料板。例如：需要求出最后一節送料板的長度，可以選擇第四塊板料的最外側面，然后設計的送料板長度只要超過這個面即可。這樣一來，極大地方便了設計，在傳統設計中要自己算尺寸，然后制圖；而在UG中，制圖的過程中已經完成了傳統設計中的計算過程。
板料的加長，勢必導致氣缸帶動的推料板變長，可以通過板料的長度和最后一節送料板的長度等，在UG中量出需要改動的量,然后用UG的直接建模功能改動原來的零件。
（3）卸料機構：在該模具中采用如圖5的機構進行卸料。機殼直徑變大，頂料環的直徑及頂料棒的長度都要發生變化。這些變化與模芯地尺寸改變密切相關。利用UG的參數化設計建立表達式，可以將模芯的直徑與頂料環的直徑建立關聯。只要改動模芯的尺寸，頂料環會自動調整。同樣的，固定頂料氣缸的支撐架也要隨頂料環的變化而改動。我們用UG的WAVE幾何關系連接器，使得支撐架上的定位螺釘孔自動隨支撐架的改動而變化。在UG建模時，建立完善的尺寸及裝配關聯是十分有必要的，它會有效地提高工作效率。
除了以上模具主要機構的改造，一些結構方面的改進也能利用UG進行輔助設計。例如：1、送料側板因為尺寸變長，變得厚重。為此，將側板 上的螺釘沉孔去掉，從而使側板變得輕薄。側板的外形以及側板上的螺釘孔位置都可直接用UG的幾何關系連接器生成。2、保護送料氣缸的蓋板，為了拆卸維護方便，將安裝形式從原來的螺釘聯接改為插入式抽板，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而增加。用UG的間隙檢測和測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，然而最后一節送料板向外延伸了一段距離。為了保證安裝位置，在不改動其它零件的條件下，我們添加了一個支撐架。支撐架的尺寸與安裝座相關，用UG的幾何關系連接器能快速生成該零件。添加這個支撐架的另一個原因是改進結構。原來氣缸是固定在一塊分別連接最后一節送料板和送料安裝座的板上，這樣接觸的零件多了，容易受多個零件加工誤差的影響，引起安裝的誤差，導致送料機構卡死。所以，現改用支撐架單獨固定氣缸，避免了上述問題。4、該模具中有許多調節機構用到沿燕尾槽滑動的螺母滑塊。對于這些滑塊，要保證燕尾槽的對稱布置以及螺釘安裝位置要居中。有些滑塊因為長度的變化，影響了燕尾槽的布置。采用UG的特征建模，改動它們的位置變得簡便迅速。
在UG的幫助下，改造任務很快完成。隨后可以利用UG進行結構和運動分析。粗略了解下那些零件強度不夠，結構不合理；那些運動可能產生干涉。譬如：對模芯懸臂梁受壓時應力應變分析，可以反過來重新定義零件的結構和尺寸。對卷圓過程的運動模擬，能幫助我們進一步考慮對機構的優化，確定最佳的運動參數。UG的二維出圖可以方便地將三維圖形，轉化為二維平面圖。UG提供剖視、局部、旋轉、截面等視圖，無論零件圖還是裝配圖都能快速生成，比傳統的方法大大提高了效率。
4、結束語
利用UG進行改造設計可以直觀地顯示各種結構，了解結構的合理性。它的幾何關系連接器功能可以在已經設計好的零件基礎上，建立新零件，不必先考慮尺寸，把精力集中于結構，而尺寸由已有零件特征參數來定。用表達式建立裝配關系，利用參數化快速改變尺寸。除了這些功能，UG還有很多其它功能，有待進一步的實踐學習。改造模具時，盡量將變動集中到關鍵零件，盡量保持原有功能與結構，以節約成本，提高效率。有了UG的幫助，技術人員可以把更多的精力投入到設計本身，而不是計算、制圖等繁瑣的工作中。它給我們帶來了全新的設計理念，是模具設計的得力工具。