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【摘要】CAD/CAM技术被模具行业所广泛使用。现基于UG软件的CAD/CAM集成环境对世博会会标进行参数化设计，并通过草图全约束进行尺寸驱动，完成高效建模和模型修改；并对凸模模拟加工，从而获得自动编程G代码，已提高生产效率。
【关键词】模具；CAD/CAM；UG；数控编程
引言
CAD/CAM广泛应用于制造业的数控编程及加工中，目前已基本取代了传统的手工编程方式。产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节，因此我们要充分利用现代的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定基础。
Unigraphics（以下简称 UG）是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的集 CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件。目前已广泛应用于中国的航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。本文基于UG软件对世博会会标进行参数化造型，并实现仿真加工和实体加工。
1.整体设计思路及制作方法
首先使用UG软件进行参数化实体造型设计，接下来利用UG的加工模块进行数控加工仿真，在刀具轨迹生成之后，需要进行一定的刀具轨迹仿真，以验证刀具轨迹的合理性。UG自身具有轨迹验证功能，刀具轨迹验证功能可以减少或避免过切、干涉与碰撞等现象的发生。刀具轨迹验证好之后，进一步利用POST功能输出数控加工走刀程序G代码。整个设计的过程可由流程图1表示。
2.参数化建模
从产品设计到制造的整个过程中，尤其在产品设计的初步阶段，产品的几何形状和尺寸不可避免的要反复修改、协调和优化。利用数值驱动零件和部件的特征尺寸，在进行产品设计时，只添加多组数据，若要重新设计，只需改变部分数据即可，参数化设计的思想即是如此。
本设计采用反求的方式获得世博会会标的三维模型，首先将世博会会标的图片导入UG软件，如图2所示，注意图片的格式为*.tiff格式，具体步骤：绘图可视化图片显示；然后根据图片绘制草图，如图3所示。注意绘制草图时要注意以下几点：
2.1 工作绘制的草图曲线应是封闭的，这样可以给后面建模带来方便
2.2 绘制草图时要细心，仔细，要让曲线和原图保持一致，做到精准
2.3 草图应该是参数化的，这样有利于修改
最后拉伸草图，便得到了世博会会标的三维图，如图4所示。由于世博会会标是艺术品，对尺寸的要求不是很高，所有选用图片的方式反求，而没有采用点云扫描的方式反求。
3.基于UG的辅助加工
使用UG对世博会会标进行计算机辅助设计，这一过程与前面CAD部分有机结合，是CAD/CAM系统的关键环节。利用UG进行计算机辅助加工可以按图1的流程进行。
3.1 加工工艺分析
世博会会标凸模的工件尺寸为168mmx9.8mm，材料使用铜。该模型比较复杂，有曲面和直角部分，还有的部分拐角很小，需要特殊部位加工。通过对凸模的形状和大小的分析，确定其加工顺序、加工方式和加工所需要的刀具（直径、类型、圆角半径），然后根据该加工顺序和加工方式等因素进行刀具路径程序编制。
3.1.1 首先使用的平底刀进行等高粗加工，设置余量为0.3mm
3.1.2 使用的平底刀进行壁清除半精加工，设置余量为0mm
3.1.3 使用的平底刀进行侧壁清除精加工，设置余量为0mm
3.1.4 使用R1.5的球头铣刀进行局部精加工，余量为0mm
3.1.5 使用的平底铣刀进行平面精加工，设置余量为0mm
3.2 实际操作
3.2.1 建立毛坯
在【成形特征】工具栏中单击【拉伸】按钮，弹出【拉伸】对话框，拉伸一个圆柱体作为加工毛坯如图5所示。
3.2.2 创建父节点组
在【加工创建】工具栏中单击【创建刀具】按钮，弹出【创建刀具】对话框，然后根据图6所示进行操作。父节点中的程序、方法、几何体创建方法比较简单，这里就不加叙述。
3.2.3 刀具轨迹实体仿真
在UG设置其中的切削层、切削、进给率、方法等参数后进行仿真，图7是局部精加工刀具仿真轨迹。
3.2.4 后处理
通过仿真加工可以检查刀具路径正确与否，是否过切和碰撞。如发现过切或碰撞可以即时修改刀具路径参数，从而避免在加工过程中发生错误。打开【操作导航器】，在【操作导航器】中选择NC程序的刀路，接着在【加工操作】工具栏中单击【后处理】按钮，弹出【后处理】对话框，然后根据图8进行操作。图9是将数控程序导入数控机床中仿真的刀具轨迹，图10是加工出来的实体图。
随着我国加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，三维CAD／CAM软件系统也得到了日益广泛的普及。UG NX4这样一个大型CAD／CAE／CAM集成化软件，可以将设计人员及工艺人员的工作有机地结合在一起，不仅适合大中型企业，也适合中小型模具企业，能有效地提高产品设计和模具设计的精度，大大提高了工作效率，以应对当今社会越来越激烈的行业竞争。
4.小结
UG软件中CAM模块越来越广泛的应用磨具加工、汽车零件加工以及各种复杂的曲面加工中，其编程简单直观、修改方面，并且UG的后处理模块可以为不同的机床定置程序，将软件和机床的通话更简单方便。
参考文献
[1]李金红,王金晖,郭燕.UG在侧模字体加工中的应用[J].中国橡胶,2008,(2).
[2]周莹君,郝一舒,沈斌.基于UG的塑料模具CAD/CAM研究[J].塑料工业,2007,(S1).
[3]季田,卞桂虹,刘向东,郭东明.叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性[J].制造技术与机床,2008,(1).
[4]王金辉,李金红,郭燕.轮胎模具钢花纹块CAD/CAM技术应用[J].当代化工,2007,(6).
[5]熊美,温骞.模具曲面的数控加工及其后处理的研究[J].模具制造,2007,(12).
[6]季源源,王隆太,钱文明,项余建.基于UG的汽轮机叶片CAD/CAM系统开发研究[J].中国制造业信息化,2007,(23).
[7]吴丽华.UG的二次开发[J].宁波职业技术学院学报,2007,(5).
[8]刘雪,李强.基于UG的注塑模具的设计及加工[J].机械研究与应用,2007,(5).
[9]李博,纪东伟.基于UG逆向工程对涡轮的计算机辅助设计[J].装备制造技术,2007,(10).
[10]Y. Takeuchi and T. Watanabe, Generation of 5-axis control collision-free tool path and post-processing for NC data. Ann. CIRP 41 (1992), pp. 539–542. Abstract | PDF (496 K) | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (39).
[11]X.-W. Liu, Five-axis NC cylindrical milling of sculptured surfaces. Comput.-Aid. Des,1995,27(12): 887-894.
[12]S.H. Suh, J.J. Lee, S.K. Kim, Multiaxis machining with additional-axis NC system: theory and development, Int. J. Adv. Manuf. Technol,1998:865-875.
作者简介：
田昌凤（1985—），女，硕士，研究方向：机械设计与理论。
张丽珍（1967—），女，江苏无锡人，博士，教授，主要从事渔业机械、CAD/CAM技术方面的研究。
【关键词】模具；CAD/CAM；UG；数控编程
引言
CAD/CAM广泛应用于制造业的数控编程及加工中，目前已基本取代了传统的手工编程方式。产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节，因此我们要充分利用现代的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定基础。
Unigraphics（以下简称 UG）是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的集 CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件。目前已广泛应用于中国的航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。本文基于UG软件对世博会会标进行参数化造型，并实现仿真加工和实体加工。
1.整体设计思路及制作方法
首先使用UG软件进行参数化实体造型设计，接下来利用UG的加工模块进行数控加工仿真，在刀具轨迹生成之后，需要进行一定的刀具轨迹仿真，以验证刀具轨迹的合理性。UG自身具有轨迹验证功能，刀具轨迹验证功能可以减少或避免过切、干涉与碰撞等现象的发生。刀具轨迹验证好之后，进一步利用POST功能输出数控加工走刀程序G代码。整个设计的过程可由流程图1表示。
2.参数化建模
从产品设计到制造的整个过程中，尤其在产品设计的初步阶段，产品的几何形状和尺寸不可避免的要反复修改、协调和优化。利用数值驱动零件和部件的特征尺寸，在进行产品设计时，只添加多组数据，若要重新设计，只需改变部分数据即可，参数化设计的思想即是如此。
本设计采用反求的方式获得世博会会标的三维模型，首先将世博会会标的图片导入UG软件，如图2所示，注意图片的格式为*.tiff格式，具体步骤：绘图可视化图片显示；然后根据图片绘制草图，如图3所示。注意绘制草图时要注意以下几点：
2.1 工作绘制的草图曲线应是封闭的，这样可以给后面建模带来方便
2.2 绘制草图时要细心，仔细，要让曲线和原图保持一致，做到精准
2.3 草图应该是参数化的，这样有利于修改
最后拉伸草图，便得到了世博会会标的三维图，如图4所示。由于世博会会标是艺术品，对尺寸的要求不是很高，所有选用图片的方式反求，而没有采用点云扫描的方式反求。
3.基于UG的辅助加工
使用UG对世博会会标进行计算机辅助设计，这一过程与前面CAD部分有机结合，是CAD/CAM系统的关键环节。利用UG进行计算机辅助加工可以按图1的流程进行。
3.1 加工工艺分析
世博会会标凸模的工件尺寸为168mmx9.8mm，材料使用铜。该模型比较复杂，有曲面和直角部分，还有的部分拐角很小，需要特殊部位加工。通过对凸模的形状和大小的分析，确定其加工顺序、加工方式和加工所需要的刀具（直径、类型、圆角半径），然后根据该加工顺序和加工方式等因素进行刀具路径程序编制。
3.1.1 首先使用的平底刀进行等高粗加工，设置余量为0.3mm
3.1.2 使用的平底刀进行壁清除半精加工，设置余量为0mm
3.1.3 使用的平底刀进行侧壁清除精加工，设置余量为0mm
3.1.4 使用R1.5的球头铣刀进行局部精加工，余量为0mm
3.1.5 使用的平底铣刀进行平面精加工，设置余量为0mm
3.2 实际操作
3.2.1 建立毛坯
在【成形特征】工具栏中单击【拉伸】按钮，弹出【拉伸】对话框，拉伸一个圆柱体作为加工毛坯如图5所示。
3.2.2 创建父节点组
在【加工创建】工具栏中单击【创建刀具】按钮，弹出【创建刀具】对话框，然后根据图6所示进行操作。父节点中的程序、方法、几何体创建方法比较简单，这里就不加叙述。
3.2.3 刀具轨迹实体仿真
在UG设置其中的切削层、切削、进给率、方法等参数后进行仿真，图7是局部精加工刀具仿真轨迹。
3.2.4 后处理
通过仿真加工可以检查刀具路径正确与否，是否过切和碰撞。如发现过切或碰撞可以即时修改刀具路径参数，从而避免在加工过程中发生错误。打开【操作导航器】，在【操作导航器】中选择NC程序的刀路，接着在【加工操作】工具栏中单击【后处理】按钮，弹出【后处理】对话框，然后根据图8进行操作。图9是将数控程序导入数控机床中仿真的刀具轨迹，图10是加工出来的实体图。
随着我国加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，三维CAD／CAM软件系统也得到了日益广泛的普及。UG NX4这样一个大型CAD／CAE／CAM集成化软件，可以将设计人员及工艺人员的工作有机地结合在一起，不仅适合大中型企业，也适合中小型模具企业，能有效地提高产品设计和模具设计的精度，大大提高了工作效率，以应对当今社会越来越激烈的行业竞争。
4.小结
UG软件中CAM模块越来越广泛的应用磨具加工、汽车零件加工以及各种复杂的曲面加工中，其编程简单直观、修改方面，并且UG的后处理模块可以为不同的机床定置程序，将软件和机床的通话更简单方便。
参考文献
[1]李金红,王金晖,郭燕.UG在侧模字体加工中的应用[J].中国橡胶,2008,(2).
[2]周莹君,郝一舒,沈斌.基于UG的塑料模具CAD/CAM研究[J].塑料工业,2007,(S1).
[3]季田,卞桂虹,刘向东,郭东明.叶轮造型与加工支撑软件的选择及技术特性[J].制造技术与机床,2008,(1).
[4]王金辉,李金红,郭燕.轮胎模具钢花纹块CAD/CAM技术应用[J].当代化工,2007,(6).
[5]熊美,温骞.模具曲面的数控加工及其后处理的研究[J].模具制造,2007,(12).
[6]季源源,王隆太,钱文明,项余建.基于UG的汽轮机叶片CAD/CAM系统开发研究[J].中国制造业信息化,2007,(23).
[7]吴丽华.UG的二次开发[J].宁波职业技术学院学报,2007,(5).
[8]刘雪,李强.基于UG的注塑模具的设计及加工[J].机械研究与应用,2007,(5).
[9]李博,纪东伟.基于UG逆向工程对涡轮的计算机辅助设计[J].装备制造技术,2007,(10).
[10]Y. Takeuchi and T. Watanabe, Generation of 5-axis control collision-free tool path and post-processing for NC data. Ann. CIRP 41 (1992), pp. 539–542. Abstract | PDF (496 K) | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (39).
[11]X.-W. Liu, Five-axis NC cylindrical milling of sculptured surfaces. Comput.-Aid. Des,1995,27(12): 887-894.
[12]S.H. Suh, J.J. Lee, S.K. Kim, Multiaxis machining with additional-axis NC system: theory and development, Int. J. Adv. Manuf. Technol,1998:865-875.
作者简介：
田昌凤（1985—），女，硕士，研究方向：机械设计与理论。
张丽珍（1967—），女，江苏无锡人，博士，教授，主要从事渔业机械、CAD/CAM技术方面的研究。