1、前言
近年來，隨著三維CAD技術的飛速發(fā)展，使其在機械工程領域的應用越發(fā)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(yè)界的主導地位。
UG是個基于特征的，全參數(shù)化的輔助設計軟件，它能實現(xiàn)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(shù)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(lián)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(xiàn)“牽一發(fā)，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(fā)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(jié)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(xiàn)。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?yōu)棣?05mm）尋找與其相關聯(lián)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(jié)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(shù)。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(shù)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(fā)現(xiàn)有干涉，再及時改正原有數(shù)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(jié)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(jié)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(xiàn)。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(jié)送料板。例如：需要求出最后一節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(huán)的直徑及頂料棒的長度都要發(fā)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(shù)化設計建立表達式，可以將模芯的直徑與頂料環(huán)的直徑建立關聯(lián)。只要改動模芯的尺寸，頂料環(huán)會自動調整。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。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(lián)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(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(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(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(xiàn)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(jié)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(yōu)化，確定最佳的運動參數(shù)。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(tǒng)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(shù)來定。用表達式建立裝配關系，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(jié)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。