1、前言
近年来，随着三维CAD技术的飞速发展，使其在机械工程领域的应用越发广泛，尤其在模具设计制造方面，三维CAD软件更是设计人员的得力助手，有效地提高了工作效率，减轻了劳动强度。在众多三维CAD软件中，UG以其强大的功能长期占据业界的主导地位。
UG是个基于特征的，全参数化的辅助设计软件，它能实现CAD,CAE,CAM等各种功能，涵盖机械设计各个领域。它有许多特点非常适用于模具的设计及改造：
比如直接建模能够在已有特征上快速建模，有利于模具的结构改动；
参数化设计能快速改动设计尺寸，无避免繁琐的尺寸计算；
几何关系联接能快速建立装配零件间的对应关系，使一些零件随关键零件的改动而改动，实现“牵一发，而动全身”的效果；
精确的干涉检查，尺寸测量能让设计人员第一时间知道零件间的装配关系，了解设计的效果，避免实际装配中的干涉；
简便的三维二维转换及出图功能能快速完成零件图的绘制，减少重复劳动，缩小设计周期；
还有许多特点，在此不一一敖述，下面以一个实例，与各位同行分享UG强大功能在模具快速改造中的应用。
我公司原生产直径为96mm的机壳，该机壳卷圆由Φ96机壳卷圆模完成。该卷圆模外形见图1。由于新产品发展的需要，我公司要将原来直径为96mm的机壳改为105mm,故需重新设计Φ105的机壳卷圆模。
2、改造思路分析
为了使生产设备保持原有功能、结构和精度，节约成本以及降低改造难度，应该尽量少地改动原有零部件。可以将改动集中到某些关键零件上，这里的关键零件是指那些因为加工件尺寸变化后，受到影响的模具零件，以及一些能将其它零件改动量集中到自身的零件。这个思路正好能通过UG的功能特点实现。基于这个思路，我们根据加工件所改动的尺寸（在这里是机壳直径由Φ96mm变为Φ105mm）寻找与其相关联的模具零件，排出相应的尺寸链，确定关键零件。在这付卷圆模改造中，因为机壳只是增大了直径尺寸，即加工板料的长度变长，至于宽度方向，由于原来的卷圆模能在该方向上调节间距，故不必考虑此处的改动。加工板料的加长，导致模具的卷圆机构和送料、卸料机构需要改动。我们就从这几个部分改造模具。
3、UG在模具改造过程中的应用
（1）卷圆机构：图2为机壳卷圆原理图，机壳直径变大直接影响模芯的直径。图中最下方为模芯改动的三种方式。I、II两种方式会导致牵涉的零件较多，包括中模部分，而且对冲床的行程要进行重新计算。如果采用III的方式，中模不用改变位置，其他零件都以原有模芯的圆心为基准改动尺寸；改动上下模后，也不必调整冲床的设置参数。最终，我们采用了方式III。决定了改动方式，就可以排出相关的尺寸链。我们使用UG软件将原有Φ96机壳卷圆模的零件进行三维建模并虚拟装配。再借助UG强大的参数化功能，将Φ105机壳卷圆模的尺寸赋给UG，就可以方便快捷地改动原零件尺寸以及装配尺寸链。采用方式III，模芯位置不变，使得上下模和侧模的基准也不变。只需将原来模芯的尺寸放大到105mm即可。同时，上下模及侧模外形与模芯配合成一圆，在UG中建立了尺寸关系，上下模和侧模的尺寸也自动变化到与模芯改动尺寸相配。在UG上很快可以看到改动效果，经UG的干涉及尺寸测量，如果发现有干涉，再及时改正原有数据。
采用同样的方法，可以完成卷圆机构中，斜锲挡板的定位等等，使用这种方法可以快速地完成改造，而且不易出错。
（2）送料机构：因为方式III中，板料上升了(105-96)/2=4.5mm的距离，从而致使送料机构要调整高度。如前所述，如果把零件尺寸的改动集中到关键零件，就能减少零件的改动量，降低改造难度，提高效率。巧的是所有的送料机构零件都装在送料安装座上，所以只要改动送料安装座的厚度就能达到效果。
该模具采用气缸推动板料送料，四块板料头尾相接依次进料。由于板料长度加长，所以送料机构也要加长。为此需要重新计算送料板的长度。为了使设计简单化同时减少误差，根据先前的基本思路，我们把所有的尺寸改动集中到最后一节送料板，如图3所示。其它尺寸包括安装关系不变。这样只要将最后一节送料板的长度单边向外加长即可。这部分的改动，是我们改动思路的最好体现。四块板料的连接形式如图4。板与板之间交错啮合，利用UG干涉检查可以将它们方便地啮合在一起，从而算出总长，精度很高。以第一块板为基准，它的位置不变（改动前后改板的中心都对准模芯的中心），其它板依次向外移。在尺寸确定上，可以使用UG的WAVE几何关系连接器的功能。它可以基于一个已经建立的零件，去设计新的零件。借用这种功能先建立好板料位置，然后根据板料的几何面、线及点，去设计需要改变尺寸的最后一节送料板。例如：需要求出最后一节送料板的长度，可以选择第四块板料的最外侧面，然后设计的送料板长度只要超过这个面即可。这样一来，极大地方便了设计，在传统设计中要自己算尺寸，然后制图；而在UG中，制图的过程中已经完成了传统设计中的计算过程。
板料的加长，势必导致气缸带动的推料板变长，可以通过板料的长度和最后一节送料板的长度等，在UG中量出需要改动的量,然后用UG的直接建模功能改动原来的零件。
（3）卸料机构：在该模具中采用如图5的机构进行卸料。机壳直径变大，顶料环的直径及顶料棒的长度都要发生变化。这些变化与模芯地尺寸改变密切相关。利用UG的参数化设计建立表达式，可以将模芯的直径与顶料环的直径建立关联。只要改动模芯的尺寸，顶料环会自动调整。同样的，固定顶料气缸的支撑架也要随顶料环的变化而改动。我们用UG的WAVE几何关系连接器，使得支撑架上的定位螺钉孔自动随支撑架的改动而变化。在UG建模时，建立完善的尺寸及装配关联是十分有必要的，它会有效地提高工作效率。
除了以上模具主要机构的改造，一些结构方面的改进也能利用UG进行辅助设计。例如：1、送料侧板因为尺寸变长，变得厚重。为此，将侧板 上的螺钉沉孔去掉，从而使侧板变得轻薄。侧板的外形以及侧板上的螺钉孔位置都可直接用UG的几何关系连接器生成。2、保护送料气缸的盖板，为了拆卸维护方便，将安装形式从原来的螺钉联接改为插入式抽板，省去螺钉。使用UG直接利用抽板外形生成支撑板的插槽。3、送料气缸的行程因板料变长而增加。用UG的间隙检测和测量功能可以快速求出送料气缸所需的行程。送料气缸原先是固定在安装座上的，然而最后一节送料板向外延伸了一段距离。为了保证安装位置，在不改动其它零件的条件下，我们添加了一个支撑架。支撑架的尺寸与安装座相关，用UG的几何关系连接器能快速生成该零件。添加这个支撑架的另一个原因是改进结构。原来气缸是固定在一块分别连接最后一节送料板和送料安装座的板上，这样接触的零件多了，容易受多个零件加工误差的影响，引起安装的误差，导致送料机构卡死。所以，现改用支撑架单独固定气缸，避免了上述问题。4、该模具中有许多调节机构用到沿燕尾槽滑动的螺母滑块。对于这些滑块，要保证燕尾槽的对称布置以及螺钉安装位置要居中。有些滑块因为长度的变化，影响了燕尾槽的布置。采用UG的特征建模，改动它们的位置变得简便迅速。
在UG的帮助下，改造任务很快完成。随后可以利用UG进行结构和运动分析。粗略了解下那些零件强度不够，结构不合理；那些运动可能产生干涉。譬如：对模芯悬臂梁受压时应力应变分析，可以反过来重新定义零件的结构和尺寸。对卷圆过程的运动模拟，能帮助我们进一步考虑对机构的优化，确定最佳的运动参数。UG的二维出图可以方便地将三维图形，转化为二维平面图。UG提供剖视、局部、旋转、截面等视图，无论零件图还是装配图都能快速生成，比传统的方法大大提高了效率。
4、结束语
利用UG进行改造设计可以直观地显示各种结构，了解结构的合理性。它的几何关系连接器功能可以在已经设计好的零件基础上，建立新零件，不必先考虑尺寸，把精力集中于结构，而尺寸由已有零件特征参数来定。用表达式建立装配关系，利用参数化快速改变尺寸。除了这些功能，UG还有很多其它功能，有待进一步的实践学习。改造模具时，尽量将变动集中到关键零件，尽量保持原有功能与结构，以节约成本，提高效率。有了UG的帮助，技术人员可以把更多的精力投入到设计本身，而不是计算、制图等繁琐的工作中。它给我们带来了全新的设计理念，是模具设计的得力工具。