cad,cae,cam概述论文(3)

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UG是美国UGS(Unigraphics Solutions)公司的主导产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件，是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件,是当今最先进,最流行的工业设计软件之一.它集合了概念设计.工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各个行业。

UG的特点

CAD/CAM/CAE三大系统紧密集成。用户在使用UG强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能时，可以使用CAE模块进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟，以提高设计的可靠性；根据建立起的三维模型，还可由CAE模块直接生成数控代码，用于产品加工。

灵活性的建模方式。采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模及参数化建模融为一体。参数驱动，形象直观，修改方便。

曲面设计以非均匀有理B样条曲线为基础，可用多种方法生成复杂曲面，功能强大。良好的二次开发环境，用户可用多种方式进行二次开发。知识驱动自动化（KDA），便于获取和重新使用知识。

UG 的功能模块

UG NX功能非常强大，涉及到工业设计与制造的各个层面，是业界最好的工业设计软件包之一。UG NX整个系统由大量的模块所构成，可以分为以下4大模块。

1、GATEWAY模块

GATEWAY模块即基础模块，它仅提供一些最基本的操作，如新建文件、打开文件，输入/输出不同格式的文件、层的控制和视图定义等，是其他模块的基础。这部分其实和其它所有软件的基础都一样，都是互通的。

2、CAD模块

UG的CAD模块拥有很强的3D建模能力，这已被许多知名汽车厂家及航天工业界各高科技企业所肯定。似乎现在所有的人都觉得UG这个软件生来就应该是为汽车生产商等大型企业服务的，这是一个绝大的误区。只要是牵涉到生产型的企业都用得上。

CAD模块又由许多独立功能的子模块构成，常用的有： 1） MODELING（建模）模块。

该模块提供了SKETCH（草图）、 CURVE （曲线）、FORMFEATURE（实体）、

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FREEFORMFEATURE（自由曲面）等工具。本视频重点放在了UG软件的基础入门部分，也就是草图部分和一些基础的构建三维模型的工具，从最基本的建模方法开始，举一反三地学会用基本的功能来完成复杂任务的方法。

草图工具适合于全参数化设计，这一点大家在整套视频中能够深刻体会到这一点；曲线工具虽然参数化功能不如草图工具，但用来构建线框图更为方便，曲线工具可以建立出更为复杂和自由的三维模型；实体工具完全整合基于约束的特征建模和显示几何建模的特性，因此可以自由使用各种特征实体、线框架构等功能；自由曲面工具是架构在融合了实体建模及曲面建模技术基础之上的超强设计工具，能设计出如工业造型设计产品的复杂曲面外形，这个工具也是UG软件中应用范围最广的。

2） DRAFTING（制图）模块。

该模块使设计人员方便地获得与三维实体完全相关的二维工程图。3D模型的任何改变会同步更新工程图，从而使二维工程图与3D模型完全一致，同时也减少了因3D模型改变而更新二维工程图的时间，制图模块在最后一个视频中有简单的介绍，大家可以通过练习来了解和掌握。

3）ASSEMBLIES（装配）模块。

该模块提供了并行的自上而下或自下而上的产品开发方法，在装配过程中可以进行零部件的设计、编辑、配对和定位，同时还可对硬干涉进行检查。

4）WAVE（产品系列工程）模块。

UG WAVE产品设计技术把参数化建模技术应用到系统级的设计中，使参数化技术不仅仅局限于单个部件内，而且能在部件和产品间建立联系，从而便于整个产品的设计控制。

5）MOLDWIZARDS（模具设计）模块。

本模块提供一个与UG的3D建模环境完全整合的模具设计工具，引导使用者进行模具设计工作。3D模型的每一改变均会自动地关联到型腔和型芯。

6）SHAPESTUDIO（工业设计）模块。

本模块可以协助工业设计师快速而准确地评估不同设计方案，提高创造能力。 3、 CAM加工模块

根据建立起的3D模型生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型的数控机床。CAM模块提供了众多的加工模块，如车削、可变轴铣削、固定

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轴铣削、切削仿真、线切割等。

UG NX系统提供了多种加工复杂零件的工艺过程，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度来选择合适的加工类型。在每种加工类型中包含了多个加工模板，应用各加工模板可快速建立加工操作模型。

在交互操作过程中，用户可在图形方式下交互编辑刀具路径，观察刀具的运动过程，生成刀具位置源文件。同时应用其可视化功能，可以在屏幕上显示刀具轨迹，模拟刀具的真实切削过程，并通过过节检查和残留材料检查，检测相关参数设置的正确性。

UG NX提供了强大的默认加工环境，也允许用户自定义加工环境，选择合适的加工环境。用户在创建加工操作的过程中，可继承加工环境中已定义的参数，不必在每次创建新操作时重新定义，从而提高工作效率，避免重复劳动。

UG NX强大的加工功能是由多个加工模块所组成的。常用的模块有：CAM基础、后置处理、车加工、型芯和型腔铣削、固定轴铣削、清根切削、可变轴铣削、顺序铣切削、制造资源管理系统、切削仿真、线切割、图形刀轨编辑器、机床仿真、NURBS（B样条）轨迹生成器等子模块。其中，型芯和型腔铣削模块，提供了粗加工单个或多个型腔的功能，可沿任意形状走刀，产生复杂的刀具路径。当检测到异常的切削区域时，它可修改刀具路径，或者在规定的公差范围内加工出型腔或型芯。固定轴铣削与可变轴铣削模块用于对表面轮廓的精加工。它们提供了多种驱动方法和走刀方式，可根据零件表面轮廓来选择切削路径和切削方法。在可变轴铣削中，可对刀轴与投射矢量进行灵活控制，从而达到复杂零件表面轮廓的加工要求，生成3轴至5轴数控机床的加工程序。此外，它们还可控制顺铣和逆铣切削方式，按用户指定的方向进行铣削加工，对于零件中的陡峭、弯折区域和前道工序没有切除的区域，系统能自动识别并清理这些区域。顺序铣切削模块可连续加工一系列相接表面，用于在切削过程中需要精确控制每段刀具路径的地方，可以保证各相接表面光顺过渡。其循环功能可在一个操作中连续完成零件底面与侧面的加工，可用于叶片等复杂零件的加工。

在加工基础模块中包含了以下加工类型：

1）点位加工：可产生点钻、扩、镗、铰和攻螺纹等操作的刀具路径。 2）、平面铣：用于平面轮廓或平面区域的粗精加工，刀具平行于工件底面进行多层铣削。

3）、型腔铣：用于粗加工型轮廓或区域。它根据型腔的形状，将要切除的部

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位在深度方向上分成多个切削层进行层切削，每个切削层可指定不同的切削深度。切削时刀轴与切削层平面垂直。

4）、固定轴曲面轮廓铣削：它将空间的驱动几何投射到零件表面上，驱动刀具以固定轴形式加工曲面轮廓。主要用于曲面的半精加工与精加工。

5）、可变轴曲面轮廓铣：与固定轴铣相似，只是在加工过程中可变轴铣的刀轴可以摆动，可满足一些特殊部位的加工需要。

6）、顺序铣：用于连续加工一系列相接表面，并对面与面之间的交线进行清根加工。

7）、车削加工：车削加工模块提供了加工回转类零件所需的全部功能，包括粗车、精车、切槽、车螺纹和打中心孔。

8）、线切割加工：线切割加工模块支持线框模型程序编制，提供了多种走刀方式，可进行2—4轴线切割加工。

后置处理模块包括图形后置处理器和UG通用后置处理器，可格式化刀具路径文件，生成指定机床可以识别的NC程序，支持2—5轴铣削加工、2—4轴车削加工和2—4轴线切割加工。基中UG后置处理器可以直接提取内部刀具路径进行后置处理，并支持用户定义的后置处理命令。

UNIGRAPHICS将智能模型（MASTER MODEL）的概念在UG/CAM的环境中发挥得淋漓尽致，不仅包含了3D CAD模型与NC路径的完整关联性，且更易于缩减文件大小以及刀具路径的管理。另外，以高速切削为发展基础的参数设定环境，更能确保刀具路径的稳定可靠与良好的加工品质。 4、 CAE模块

工程分析模块，又包含以下3个常用子模块：

1）、STRUCTURES（结构分析）模块。该模块能将几何模型转换为有限元模型，可以

进行线性静力分析、标准模态与稳态热传递分析和线性屈曲分析，同时还支持对装配部件（包括间隙单元）的分析，分析结果可用于评估、优化各种设计方案，提高产品质量。

2）、MOTION（运动分析）模块。该模块可对任何三维或二维机构进行运动学分析、

动力学分析以及设计仿真，可以完成大量的装配分析。如干涉检查、轨迹包络等。交互的运动学模式允许用户同时控制5个运动副，可以分析反作用力，并用图表示各构件间位移、速度、加速度的相互关系，同时反作用力可输出到有限元分析模块中。

3）、MOLD FLOW ADVISER（注塑流动分析）模块。使用该模块可以帮助模具设计人

员确定注塑模的设计是否合理，可以检查出不合适的注塑模几何体并予以修正。

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四、CAD/CAE/CAM技术概况 （一）、CAD技术的发展历程及现状

50-60年代初CAD技术处於准备和酝酿时期，被动式的图形处理是这阶段CAD技术的特征。60年代CAD技术得到蓬勃发展并进入应用时期，这阶段提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的进一步发展和应用打下了理论基础。70年代CAD技术进入广泛使用时期，1970年美国Applicon公司首先推出了面向企业的CAD商品化系统。80年代CAD技术进入迅猛发展时期，这阶段的技术特征是CAD技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用於产品设计发展到用於工程设计和工艺设计。90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的CAD技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化。微机加视窗操作系统与工作站加Unix操作系统在因特网的环境下构成CAD系统的主流工作平台，同时网络技术的发展使得CAD/CAE/CAM集成化体系摆脱空间的约束，能够更好地适应现代企业的生产布局及生产管理的要求。在CAD系统中，正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等高新技术得到综合应用，大大提高了CAD自动化设计的程度，智能CAD应运而生。智能CAD把工程数据库及管理系统、知识库及专家系统、拟人化用户介面管理系统集於一体。

CAD体系结构大体可分为基础层、支撑层和应用层三个层次。基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求，有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。 （二）、CAE技术的发展历程及现状

CAE主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

CAE技术的研究始於20世纪50年代中期， CAE软件出现於70年代初期，80年代中期CAE软件在可用性、可靠性和计算效率上已基本成熟。国际上知名的CAE软件有NASTRAN、ANSYS、ASKA、MARC、MODULEF、DYN-3D等。但其数据管理技术

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