1 引 言

　　Unigraphics(簡稱UG)是緊密集成的面向制造業的CAD/CAM/CAE/CAID高端軟件，不僅被當今許多世界領先的制造商用來從事概念設計、工業設計、詳細的機械設計以及工程仿真等工作，在模具制造行業，尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE領域更是被廣泛應用。本文以電視導光柱為例，探討了UG在模具設計、制造領域實現CAD/CAM/CAE一體化中的應用。

　　2 注塑模具CAD

　　在UG平臺上進行模具CAD，一般包含以下幾個方面：

　　1)產品的三維建模。從客戶接來的資料，通常是產品的二維圖紙，所以必須首先把產品的三維模型建立起來，才能進行后續工作。UG有豐富的建模工具，不但繼承了傳統的實體造型技術、曲面造型技術，也吸收了參數化建模的優勢，從而形成自己獨特的“復合建模”特征。其中實體造型使用UG的modeling 模塊中的Form Feature 工具條中的命令，曲面造型使用Free Form Feature工具條上的按鈕，參數化建模則可用Sketch模塊和Expression表達式來完成。綜合運用這些造型工具，可以精確、快速地建立產品的 三維模型[1]。對于本文的電視導光柱，只要使用Form Feature 工具條，便可以造出如圖1所示的三維模型。

　　圖1 零件圖

　　2)模具設計。模具設計的內容包括：確定型腔個數，分模，選擇模架，動模部分詳細設計以及定模部分詳細設計等。這一階段的任務既可以使用基本的UG造型和編輯工具來完成，也可以使用基于知識的智能化模具設計工具UG MoldWizard。UG MoldWizard是高度自動化的注塑模具設計系統，它的用戶界面友好，內嵌許多高級模具設計師的模具設計知識，能夠極大提高模具設計的效率。

　　因導光柱零件尺寸較小，可確立一模四腔的設計方案，并采用普通的圓形截面流道，設計得到的模具動模型腔和定模型腔如圖2和圖3所示[1，2]。

　　圖2 定模型腔圖

　　圖3 動模型腔圖

　　3)裝配。裝配方法有自頂向下(top-down)和自底向上(bottom-up)2種。較常用的是自頂向下，即先在一個主模型文件中將所有的組件畫好，然后應用Assemblies→Component→Creating將它們逐一分離裝配。UG的裝配文件中不包含實際組件幾何體，但組件幾何體文件被虛擬指向裝配文件。當在裝配中要對組件幾何體進行編輯時，必須應用Assemblies→Context Control→Set Work Part將當前工作組件設為需要編輯的組件文件名。在每個裝配中，有時為了表達方便，還可以建立爆炸圖(Exploded Views)。爆炸圖彌補了裝配圖表達的不足，為進行產品零件的組裝，工作原理的介紹，裝配關系的分析，提供了清楚而便捷的工具。爆炸圖完全獨立于裝配，并且無論各個零件的相對位置如何變化，都不會增加文件的存儲空間。裝配好后模具的爆炸圖如圖4所示[2]。

　　圖4 模具爆炸圖

　　4)工程圖設計。UG的二維圖設計比較簡單，進入專門的二維設計模塊Drafting之后，便可以直接將三維模型任意方向的視圖直接加入設好的圖紙，還可以根據需要，增加一些剖視圖、輔助視圖、局部視圖、軸側視圖來幫助表達，而這些只要在(Drawing→Add view…)所對應得對話框內便可以全部完成。UG的二維圖繪圖員的主要任務是在尺寸及公差的標注上，這些標注都有專門的工具條來協助完成。值得注意的是，UG的工程圖和三維設計模型是相互關聯的，即如果設計模型改變，工程圖也隨之更新，以維護系統的統一性。

　　3 注塑模具CAM

　　CAM是利用前面產生的模具幾何模形來生成NC加工程序，這是將模具進行數控加工前的準備。基本操作程序如下：先以前面的設計模型為基礎，適當建立毛坯等輔助模型來共同構成加工模型，然后進入UG的CAM系統設計加工程序。UG的CAM系統包含四個模塊:(交互式)加工參數輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、三維動態仿真模塊和后置處理模塊。利用UG生成nc程序的一般步驟是：用戶根據加工對象的結構特征、加工環境的實際要求(如機床的性能和參數、刀具等)和加工工藝的實際特點，交互輸入加工參數，再進一步生成刀具路徑及路徑文件(刀具位置源文件CLSF)。CLSF文件經過后置處理模塊的處理后，便可以生成數控機床所能直接識別的nc程序。動模型腔的動態粗加工模擬圖參見[3，4]。

　　4注塑模具CAE

　　采用的CAE軟件是Moldflow 公司推出的MPA(Moldflow Part Adviser)，在UG平臺上有與MPA的接口，可以在UG平臺上直接打開MPA。MPA所能接受的文件格式有許多種，這里選用*.Stl類型的文件，它可以應用UG的Export命令輸出相應的零件模型。MPA在設計過程中的作用主要體現在：1)優化注塑工藝。通過分析和模擬，可以幫助確立最佳的注塑壓力、時間和溫度;2)優化產品和模具結構。將設計原型在電腦上仿真，幫助預見各種塑料缺陷，通過改變產品或模具的結構，可以消除或減少這些缺陷，減少測試次數或不必經過實體測試，從而節省測試所需的資金和時間;3)模擬注塑模填充、保壓、冷卻的過程。圖5是注塑填充過程的模擬圖，它形象地表達了熔融塑料填充型腔的過程，可以幫助查找分析塑料缺陷，并對成型時任意位置熔融塑料流經的時間、壓力和流體前端溫度做出定量評估。

　　圖5 注塑填充模擬圖

　　5 結束語

　　當今世界市場競爭激烈，用戶需求日益多樣化和個性化，設計和制造技術迅速發展。制造企業為了適應這一發展，提高產品競爭力，降低成本，采用優秀的設計制造軟件勢在必行。UG作為當今制造業內應用較為廣泛的高端軟件，不僅具有一般CAD軟件的CAD和CAM的集成，更具有與著名的注塑模具分析軟件MoldFlow的接口，從而實現注塑模具CAD/CAM/CAE的一體化。