CAD/CAM软件介绍

潘多拉

在当前流行的CAD/CAM软件中，ug是比较流行的、比较优秀的软件，本文以UG为主介绍CAD/CAM软件的典型应用。
　　UG是Unigraphics Solutions公司的产品,界面如图所示。为用户提供一个较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。在UG中，先进的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的。   
6 |0 [% d8 }) r1 l9 P一、UG的CAD功能   
　　UG/Hybrid Modeler复合建模模块无缝地集成基于约束的特征建模和传统的几何（实体、曲面和线框）建模到单一的建模环境内，在设计过程中提供更多的灵活性，用户可以选择最自然地支持设计意图的方法。
5 H, \5 m$ e% z  R9 o1 Y  R　　UG/Hybrid Modeler比参数化CAD建模模块有许多明显优点：在设计过程中有更多的灵活性；允许参数按需添加，不必强制模型全部约束，在设计过程中有完全的自由度，设计改变可以很方便地进行；允许传统的产品设计过程按需有效地与基于特征的建模组合。
. u7 E# B; ^" H* G3 S　　用UG复合建模模块建立的模型是完全与构造的几何体相关，能够有效地使用保存的产品模型数据，用户可以保护它在传统数据中的投资，在新的产品开发中，允许重访早期的设计决定，提升已存设计知识的价值，而无需再返工下游的信息。  
/ m: l& ?, U' t$ e+ a* c' a1、实体建模 (Solid Modeling)
$ n. n' ]: Q  ?' N3 dUG/Solid Modeling是所有其它几何建模产品的基础。  
2、实体操作
7 U+ f# H) I* ]. F/ O  `, D（1）利用实体体素∶块，圆柱，圆锥，球；
' g8 y9 k" p/ ~* W  L/ w. ^- T（2）布尔操作∶求和，求差，求交；
（3）显示的面编辑命令∶移动，旋转，删除，偏置，代替几何体；
8 {3 x4 F+ a" ~& b+ s, s& @（4）从拉伸和旋转草图外形生成实体；
（5）为高级的相关定位的基准平面和基准轴。   
3、片体和实体集成
（1）缝合片体到实体；
（2）分割和修剪实体允许转换片体形状到实体；
（3）从实体表面抽取片体。   
4、特征编辑
（1）编辑和删除特征∶参数化编辑和重定位；
: p5 ~9 _- ]- D  R3 }" G( b; M" Q" [（2）特征抑制，特征重排序，特征插入。   
: s1 E- J3 h3 w% R) y; o* A: A( o5、特征建模 (Feature Modeling)
　　特征建模设计可以以工程特征术语定义，而不是低水平的CAD几何体。特征被参数化定义为基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑，如图1所示。  

图1 特征建模  
主要特征：  
4 G6 T' g% \* ^9 v/ ~8 f4 e（1）面向工程的成形特征-键槽，孔，凸垫，凸台、腔-捕捉设计意图和增加生产率；
+ t8 T  F& g- @0 F) }) p% e) ~（2）特征引用阵列-矩形和圆形阵列-在阵列中，个别的和所有特征是与主特征相关的。   
1 f0 U  f4 S% c. y- D6、倒圆和倒角
（1）固定和可变的半径倒圆；
（2）能够倒角任一边缘；
; \1 b4 G5 ]3 P$ L3 S( k（3）设计的徒峭边缘倒圆不适合完全的倒圆半径但仍然需要倒圆。   
* o: @. N  z8 _/ r7、高级建模操作
（1）轮廓可以被扫描，拉伸或旋转形成实体；
（2）高级的挖空体命令在几秒钟内使实体变成薄壁设计。如果需要，内壁拓扑将不同于外壁；
（3）对共同的设计元素的用户定义特征User- Defined Features。   
8、自由形状建模 (Free Form Modeling)
( B0 p: L+ Q' B8 Z, B　　UG/Freeform Modeling用于设计高级的自由形状外形，或直接在实体上，或作为一独立的片体，除了它们不必闭合空间体积外，类似于实体，如图2。  

图2 自由形状建模  
　　片体建模完全与实体建模集成并允许自由形状独立建立之后作用到实体设计。许多自由形状建模操作可以直接产生或修改实体。自由形状片体和实体与它们定义的几何体相关，允许重访早期设计决策及自动更新下游工作。
（1）自由形状构造
4 t( l1 A: }9 |% }' b( V　　功能强大的构造方法组∶直纹，扫描，过曲线，网格曲面，点，偏置曲面；自由形状可以定义以光顺通过多于外形；定义外形尖形拐角并可以包含不同数量的曲线, 外形可以由线框, 实体边缘, 或也可以是草图, 结果是参数化的自由形状；二次锥曲面与圆角；固定与可变半径圆角曲面。
（2）操纵自由形状
2 H2 `! n, Q: k/ ]5 u　　可以编辑定义的参数；数学参数(如rho或公差) 及构造几何体可以重定义；通过下列任一方式直接操纵自由形状∶控制多边形、改变曲面阶数、曲面上点、边缘。   
二、UG的CAM功能   
# L* j; R3 [( x/ D4 ?2 O　　一般认为UGII是业界中比较有代表性的数控软件。UG/CAM提供了一整套从钻孔、线切割到5轴铣削的单一加工解决方案。在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理上，都可以与主模型设计相联接，始终保持最高的生产效率。把UG扩展的客户化定制的能力和过程捕捉的能力相结合，您就可以一次性地得到正确的加工方案。
　　UG-CAM由五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。  
1 X8 A+ G/ q: e& R* @0 }1、交互工艺参数输入模块
3 ~6 L2 d! j5 I0 g, g　　通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹具、编程原点、毛坯、零件等工艺参数。  
1 P4 e: V) Y5 `6 e' j0 g$ p2、刀具轨迹生成模块 UG/Toolpath Generator 　　
　　UG-CAM最具特点的是其功能强大的刀具轨迹生成方法。包括车削、铣削、线切割等完善的加工方法。其中铣削主要有以下功能：
（1）Point to Point：完成各种孔加工；
（2）Panar Mill：平面铣削。包括单向行切，双向行切，环切以及轮廓加工等；
（3）Fixed Contour：固定多轴投影加工。用投影方法控制刀具在单张曲面上或多张曲面上的移动，控制刀具移动的可以是已生成的刀具轨迹，一系列点或一组曲线；
8 T8 e$ z8 @$ W) M  _3 r（4）Variable Contour：可变轴投影加工；
（5）Parameter line：等参数线加工。可对单张曲面或多张曲面连续加工；
/ }2 R4 [3 _/ f- u$ C( G- v, N（6）Zig-Zag Surface：裁剪面加工；
4 j, w0 S; v7 _: S/ A! x0 ]3 u! n（7）Rough to Depth：粗加工。将毛坯粗加工到指定深度；
（8）Cavity Mill：多级深度型腔加工。特别适用于凸模和凹模的粗加工；
/ [/ O2 _) n! p- O0 r（9）Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、导动面和检查面的思路对刀具的移动提供最大程度的控制。   
! `# l/ F7 S- a  q0 o3 L" Z. E( t3、刀具轨迹编辑模块UG/Graphical Tool Path Editor
　　刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短或修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形的和文本的信息去编辑刀轨。因此，当要求对生成的刀具轨迹进行修改，或当要求显示刀具轨迹和使用动画功能显示时，都需要刀具轨迹编辑器。动画功能可选择显示刀具轨迹的特定段或整个刀具轨迹。附加的特征能够用图形方式修剪局部刀具轨迹，以避免刀具与定位件、压板等的干涉，并检查过切情况。   
　　刀具轨迹编辑器主要特点：显示对生成刀具轨迹的修改或修正；可进行对整个刀具轨迹或部分刀具轨迹的刀轨动画；可控制刀具轨迹动画速度和方向；允许选择的刀具轨迹在线性或圆形方向延伸；能够通过已定义的边界来修剪刀具轨迹；提供运动范围，并执行在曲面轮廓铣削加工中的过切检查。   
0 R$ L& F( H1 D* s4、三维加工动态仿真模块UG/Verify
　　UG/Verify交互地仿真检验和显示NC刀具轨迹，它是一个无需利用机床，成本低，高效率的测试NC加工应用的方法。UG/Verify使用UG /CAM定义的BLANK作为初始的毛坯形状，显示NC刀轨的材料移去过程，检验包括错误如刀具和零件碰撞曲面切削或过切和过多材料。最后在显示屏幕上的建立一个完成零件的着色模型，用户可以把仿真切削后的零件与CAD的零件模型比较，因而他们可以方便地看到，什么地方出现了不正确的加工情况。   
5、后置处理模块UG/Postprocessing
' g" H; R' `0 n! f- q　　UG/Postprocessing包括一个通用的后置处理器(GPM),使用户能够方便地建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器 (MDFG),一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，包括：控制器和机床特征、线性和园弧插补、标准循环、卧式或立式车床、加工中心等等。这些易于使用的对话框允许为各种钻床、多轴铣床、车床、电火花线切割机床生成后置处理器。后置处理器的执行可以直接通过Unigraphics或通过操作系统来完成。