模具CAD实验指导书

1实验十五模具CAD—UGNX应用上机实验UGNXCAD应用模块具有强大的计算机辅助设计功能。它提供了显式建模、参数化变量化建模，及其复合建模方法，设计过程更灵活，可以建立全相关，参数化的模型。在此基础上，UGNX可以很方便地进行产品的装配和生成工程图纸。此外，UGNX还提供了冲模、注射模等模具设计功能模块。因此，UGNX特别适合于产品设计和模具开发。本课程安排了建模基础、草图与实体建模、变量化设计、装配、模具型芯型腔设计、简易锻模设计和注塑模设计等系列上机实验。通过这些实验熟悉并掌握UGNXCAD应用模块的使用，以及采用UGNX软件进行模具设计的基本方法。项目一、UGNX建模基础（验证型）一、实验目的通过NXCAD用户界面操作，了解NXCAD软件操作与功能概况，掌握NXCAD主界面、基础环境、图层管理等基本操作。通过某机械零件的基本体素建模，了解和掌握圆柱、圆锥、长方体、坐标系和布尔运算等基本命令的使用方法。二、实验背景UGNX建模应用（ModelingApplication）模块是UGNXCAD的主要功能模块。在这个应用模块中可以通过显式建模、参数化建模、变量化建模，及其复合建模方法，建立产品的三维实体模型。在建模中可以选择成形特征和特征操作中的许多建模命令。圆柱、圆锥、长方体等命令是成形特征中的基本体素命令，常用于生成产品模型的毛坯，在此基础上，通过后续的成形特征、特征操作和布尔运算等操作完成产品的实体造型。三、实验条件计算机及UGNX软件2四、实验步骤1.进入UGNX建模应用的界面启动UGNX软件，新建一个名称为“***_model_1.prt”的文件（其中“***”为同学姓名的拼音缩写），并进入【建模】模块，观察菜单和工具栏在进入不同模块的变化情况。2.采用基本体素，结合布尔运算和坐标变换进行实体建模，零件如图3-1所示。图15-1某零件工程图参考教材“模具CAD—UGNX应用”的第三章第二节完成图3-1所示零件的实体建模。3．在完成上述实体建模后，有时间的同学请在第一章的第二、三节和综合练习中选择其它基本体素实体造型的实例进行练习。项目二、全相关参数化的零件设计（设计型）一、实验目的1、了解UGNX相关性的基本概念；2、学习草图设计与特征建模的基本方法；3、掌握UGNX表达式功能的使用方法；4、自行设计一个全相关参数化的六角螺帽和螺钉。；3二、实验背景UGNX相关性是建立在参数化造型技术和变量化造型技术基础之上的。在草图中建立全约束的尺寸约束和几何约束是实现相关性的必要条件，表达式是实现全相关的重要手段。在表达中建立一个关键变量，其它参数或变量用公式方法与关键变量建立联系就可以实现全相关的参数化变量化设计。在表达式中修改关键变量后，其它参数或变量按照预定义的公式关系自动修改，整个产品的实体模型将自动更新。三、实验条件计算机及UGNX软件四、实验步骤（一）建立全相关参数化的六角螺帽图15-2六角螺帽六角螺帽的实体造型如图15-2所示。在建模过程中充分利用了表达式的作用：1．建立关键变量m(螺纹直径)。设：m=202．建立变量间关系：螺帽高：h=m螺纹孔直径：h_dia=0.85*m3.建立草图：绘制正六边形和直径为2m的外接圆，如图15-3所示。图15-3草图先画圆，再几何约束圆心到坐标原点，然后加尺寸：D=2*m。接着画正六边形，施加约束至全约束。4．建立几何表达式：在模型空间调整定向视图为俯视图采用测量距离建立几何表达式（见图15-4）:p3(distancemeasurement(5))5．建立三维模型拉伸圆柱体:高度=h如图15-5a)所示。图15-4几何表达式4a)圆柱体b)倒角距离=几何表达式P3c)六棱柱与布尔运算图15-5螺帽毛坯造型6．在圆柱体上边缘倒角倒角偏置距离用几何表达式P3如图15-5b)所示。7．拉伸并作布尔交运算拉伸六棱柱:高度=h选择布尔交运算如图15-5c)所示。8．打螺纹孔孔径:D=h_dia；圆孔定位:点到点；如图15-6所示。图15-6螺帽打孔9．建立螺纹特征:主直径=m；长度=h；螺距=m/8；如图15-2所示。10．全相关参数化验证打开基准轴,使其可见。修改模数m参数值:m=10，如图15-16a)所示；m=20，见图15-16b)；m=40，见图15-16c)。a)m=10b)m=20c)m=40图15-16螺帽的参数化验证5（一）自行设计一个全相关参数化的六角螺钉参照上述六角螺帽的建模方法和步骤，自行设计一个全相关参数化的六角螺钉。需要增加的变量：螺钉长度：L1；螺纹长度：L2；其它自行设计的变量。请各位同学充分发挥你创新思维和想像力，设计出具有自己独特风格的螺钉产品。项目三、UGNX装配建模（设计型）一、实验目的1、了解UGNX装配建模的基本概念；2、掌握从底向上的装配方法；3、学习自顶向下的装配思想，掌握上下文设计的基本方法；4、自行设计一个阀门零部件并完成装配。二、实验背景UGNX系统不仅可以创建各种零件，通过使用UGNX的装配应用功能模块，UGNX系统还可以快速组合零部件装配件。在装配中的组件几何体被虚拟指向装配件,而不是复制到装配件。UGNX主要采用自顶向下建模(Top-downModeling)和从底向上建模(Bottom-upModeling)两种方法建立装配。多个零件可以随时被打开和编辑，从而实现上下文中设计(DesigninContext)——在装配件中编辑组件的能力。三、实验条件计算机及UGNX软件四、实验步骤每个零件的文件名称按“***_housing_PPP.prt”形式命名，其中“***”为同学姓名的拼6音缩写，“PPP”为零部件的名称。1．自行设计一个如图15-17所示阀门壳体的装配零部件，并完成装配。图15-17阀门壳体设计要求：(1)首先设计阀体，设阀门的内直径为50mm。其它尺寸参照图例自行设计，要求感观上相似即可。(2)阀门上盖板按照自底向下，上下文设计的方法进行。(3)上盖板的第一颗紧固螺钉按照自底向下，上下文设计的方法进行。其它螺钉采用装配陈列的方法生成。2．完成阀芯和阀杆的零部件设计与装配。设计要求：阀芯和阀杆的部装图如图15-18所示。图15-18阀芯阀杆部装图(1)首先设计阀芯圆片，设其直径为50mm。其它尺寸参照图例和上述阀门壳体自行设计。7(2)阀门轴杆、摇杆和紧固螺帽可灵活采用从底向上或自顶向下的方法进行设计。3．完成阀门的整体装配。设计要求：阀门的整体装配图如图15-19所示。采用从底向上的方法完成图15-17和图15-18所示两个阀门部装件的整体装配。图15-19阀门总装图4．生成如图15-20所示的阀门装配件爆炸图。图15-20阀门装配件的爆炸图8项目四、模具型芯型腔设计（验证型）一、实验目的1．学习UGNX布尔运算特征操作；2．掌握模具型芯型腔设计方法；二、实验背景模具型腔设计是在零件实体建模的基础上进行的。UGNX支持布尔操作，可以进行布尔差、布尔和、布尔交操作。这种功能模仿了制造模具的加工过程，使得在CAD中建模的过程更简单、更真实。在生产薄壁壳形塑件或铸件等成形件时，模具的成形零件主要是由型芯和型腔组成的。可以在模块实体和成形件模型之间采用布尔运算，获得所需的型芯和型腔部件。三、实验条件计算机及UGNX软件四、实验步骤（一）建立某壳体零件的三维实体造型某壳体零件如图15-21所示（单位：英寸）。按如下步骤建立零件的三维实体造型。图15-21壳体零件9新建壳体的部件文件，文件名取为“***_Shell.prt”。1．建立主轮廓的拉伸特征，单位选用英寸。其草图如图15-22a)所示，拉伸高度为1。a)b)c)图15-22壳体零件的建模步骤a)主轮廓草图b)小方孔草图c)环形陈列小方孔2．建立零件上方边长为0.5的小方孔，其草图及定位尺寸如图15-22b)所示。注意在拉伸成形时采用布尔求差运算。3．对小方孔进行环形陈列。执行【引用(Instance)】命令，选用“环形陈列(CircularArray)”，陈列数为6，角度为60。完成后的效果图如图15-22c)所示。4．对底部边缘进行倒圆。点击【边倒圆(EdgeBlend)】命令，选择底部圆弧边和直角边，半径为R0.5。5．进行薄壁抽壳。执行【插入(Insert)】→【特征操作(FeatureOpration)】→【抽壳(Hollow)】命令，选择上表面为开口面，壁厚为0.1。至此完成壳体零件的三维实体造型，最后的效果图如图5-7b)所示。保存文件“***_Shell.prt”。（二）生成下模块型腔1．建立下模块型腔文件。打开文件“***_Shell.prt”，另存为“***_ShellDown_Die.prt”。2．运用长方体（Block）特征操作建立下模块坯料。点击【长方体(Block)】命令，选用“原点，边长（Origin,edgelengths）”方式。设长方体模块的长、宽、高尺寸为8×8×2Inch3。考虑到壳体模型的底部圆心位置在坐标原点上，为了使型腔落在在下模块的中心，长方体的原点坐标为“-4,-4,-1”，长、宽、高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框”中的布尔运算10选择创建（Create）。长方体生成后，“***_Shell_Down_Die.prt”模型文件中有两个实体：壳体模型和下模块坯料长方体，如图15-23a)所示。3．布尔运算生成型腔下模块。对壳体模型和下模块坯料执行【求差(Substract)】特征操作，目标体选下模块坯料，工具体选壳体零件，运算结束后的下模块如图15-23b)所示。这时它中部包含的型芯部分，可以用于上模块的建模。a)b)c)图15-23下模块的建模步骤a)下模块坯料与壳体零件b)布尔求差后的下模块c)完成后的型腔下模块4．保存文件“***_Shell_Down_Die.prt”；并另存为“Ex_Shell_Up_Die.prt”。5．再打开文件“***_Shell_Down_Die.prt”，删除模块中的型芯部分，获得的型腔下模块如图15-23c)所示。保存文件“***_Shell_Down_Die.prt”。（三）生成上模块型腔1．建立上模块模型文件。打开文件“***_Shell_Up_Die.prt”。2．生成上模块坯料。执行【长方体(Block)】命令，选用“原点，边长（Origin,edgelengths）”方式。长、宽、高尺寸仍然为8×8×2Inch3。长方体的原点坐标为“-4,-4,1”，或直接选取下模块的右上角点；长、宽、高分别为8、8、2，“长方体（Block）对话框”中的布尔运算选择创建（Create）。生成效果如图15-24a)所示。3．布尔运算生成型芯上模块。先删除型腔下模块，再执行【求和(Unit)】特征操作，目标体和工具体分别选上模块坯料和型芯部分，运算结束后的上模块如图15-24b)所示。4．保存文件“***_Shell_Up_Die.prt”。11a)上模块坯料生成b)布尔求和后的上模块图15-24上模块的建模步骤(四)型芯型腔模具装配1．新建壳体模具装配文件“Ex_Shell_Die_Assm.prt”。2．按从底向上的方式分别装配模具部件文件“Ex_Shell_Down_Die.prt”和“Ex_Shell_Up_Die.prt”。3．旋转开模观察型芯型腔模具状况。执行【组件重定位(RepositionComponent)】”命令，选择型芯上模块，再选择组件重定位对话框的“沿一条线旋转（RotateaboutaLine）”选项，如图15-25a)所示。然后在右上方分模线上选取一点，再选择“-XC”矢量方向作为旋转轴，旋转角度选90度。最后获得的开模效果图如图15-25b)所示。a)重定位对话框b)旋转开模效果图图15-25装配开模保存文件“***_Shell_Up_Die.prt”。12项目五、UGNX锻模设计（综合型）一、实验目的1．掌握UGNX的拔模特征操作方法；2．学会锻模UGNX设计技术。二、实验背景锻件造型是实体建模中最为复杂的。使用CAD构