趙江濤 吳志超 趙軼

摘 要：以八方紙巾盒為例，介紹了UG軟件在激光加工實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用，通過UG軟件建模得到三維模型，然后在UG軟件制圖模塊中導(dǎo)出二維平面圖紙，最后在激光雕刻切割機(jī)上加工得到作品。希望對(duì)激光加工工程實(shí)訓(xùn)課程改革有一定的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：UG軟件;激光加工;工程實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G642;TN249-4 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.061

0 引言

工程實(shí)訓(xùn)課程是高等教育中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生接受工程素質(zhì)教育和現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)教育的基礎(chǔ)性課程，對(duì)高等學(xué)校培養(yǎng)出具有一定工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才具有重要意義。激光加工技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表。目前，激光加工實(shí)訓(xùn)課程主要包含激光打標(biāo)、激光雕刻和激光內(nèi)雕三種。激光打標(biāo)授課內(nèi)容主要是學(xué)生通過COREDRAW、文泰雕刻、PHOTOSHOP 等軟件設(shè)計(jì)處理文字、矢量圖和照片，設(shè)計(jì)具有自己個(gè)性的名片，然后在空白金屬名片上用激光打標(biāo)機(jī)雕刻出來。激光雕刻授課內(nèi)容是學(xué)生通過文泰雕刻等軟件將矢量圖形和文字進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，生成plt矢量文件，再導(dǎo)入非金屬激光雕刻切割機(jī)上進(jìn)行加工，制成個(gè)性化的書簽。激光內(nèi)雕是學(xué)生通過水晶制作軟件3D VISION 將3D 模型、文字、圖片設(shè)計(jì)并組合，在內(nèi)雕機(jī)上制作出來。雖然這些激光加工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容豐富，項(xiàng)目迎合了學(xué)生的個(gè)性需求、學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中參與程度高，興趣大。但是在工程能力培養(yǎng)方面還存在不足，一是學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目多為個(gè)性化工藝品，設(shè)計(jì)作品隨意性大，無法體現(xiàn)工程中圖紙、尺寸、精度、按圖施工等工程意識(shí);二是每個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立且單一，無法體會(huì)多流程多工藝復(fù)雜產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全流程;三是沒有與工程實(shí)訓(xùn)的其它課程聯(lián)系起來，如CAD/CAM、測量與裝配等課程。

本文以八方紙巾盒為例，結(jié)合UG 軟件的建模功能生成八方紙巾盒的三維模型，再利用UG軟件的制圖模塊生成八方紙巾盒的平面展開二維圖紙，最后利用激光雕刻切割機(jī)和激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行加工，得到最終作品。

1 利用UG軟件進(jìn)行三維建模

由于激光加工實(shí)訓(xùn)課程授課時(shí)間很短，學(xué)生要完成從設(shè)計(jì)到加工制作的全部流程，這些因素限制了作品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的八方紙巾盒。建模步驟如下：

（1）進(jìn)入U(xiǎn)G軟件建模環(huán)境后，新建一個(gè)任務(wù)環(huán)境草圖，在草圖環(huán)境中插入一個(gè)八邊形，給定邊與邊的距離為200 mm，然后添加其它約束條件，使草圖完全約束。

（2）退出草圖環(huán)境，選擇拉伸，拉伸高度設(shè)為200 mm，得到八方體的實(shí)體模型。

（3）進(jìn)入“插入”菜單，在“偏置/縮放”選項(xiàng)組中找到“抽殼”命令，將實(shí)體模型進(jìn)行抽殼，得到一個(gè)殼體，殼體厚度設(shè)為擬加工材料厚度。

（4）進(jìn)入“插入”菜單，在“修剪”選項(xiàng)組中找到“拆分體”命令，以實(shí)體模型上現(xiàn)有的平面作工具體，將實(shí)體模型分解成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。

（5）由于最終需要將這些單獨(dú)的實(shí)體拼裝起來，我們?cè)诩埥砗袀?cè)板的上下端設(shè)計(jì)了凸塊，在八方紙巾盒的上下端蓋上設(shè)計(jì)了凹槽，為了加工方便，只在其中一塊側(cè)板上設(shè)計(jì)了凸塊，其余側(cè)板上的凸塊通過陣列幾何特征的方法得到;為了保證側(cè)板與上下端蓋裝配順利，以上下端蓋為目標(biāo)體，以八塊側(cè)板為工具體進(jìn)行布爾相減運(yùn)算得到處理后的實(shí)體模型。其它細(xì)節(jié)特征不做贅述，最終得到的三維模型如圖1所示。

2 利用UG軟件生成模型展開二維圖紙

剛剛建模生成的實(shí)體模型，不能直接調(diào)入U(xiǎn)G軟件的制圖模塊，而必須先在某個(gè)基準(zhǔn)平面內(nèi)將每個(gè)實(shí)體平鋪開，才能在UG軟件的制圖模塊得到模型展開的二維圖紙。操作步驟如下：

（1）進(jìn)入“編輯”菜單，利用“移動(dòng)對(duì)象”命令，將單個(gè)實(shí)體分離開，由于八方紙巾盒只有三種零件，分別為上、下端蓋各一和八個(gè)側(cè)板，側(cè)板零件的尺寸均一至。

（2）再次使用“編輯”菜單里的“移動(dòng)對(duì)象”命令，綜合利用“點(diǎn)到點(diǎn)”移動(dòng)和按“角度”旋轉(zhuǎn)，將所有零件平鋪在一個(gè)平面內(nèi)，由于八個(gè)側(cè)板零件的尺寸均一至，可以在切割機(jī)控制軟件里使用陣列的方式加工，因此模型展開的二維圖紙上只有三個(gè)零件。

（3）在“應(yīng)用模塊”選項(xiàng)卡里，切換到“制圖”模塊，按照先插入圖紙，再插入基本視圖的方式，插入俯視圖。

（4）進(jìn)入“文件”菜單選項(xiàng)，選擇“導(dǎo)出”選項(xiàng)，選擇AUTOCAD DXF/DWG導(dǎo)出向?qū)?，?dǎo)出八方紙巾盒的平面展開二維圖紙。由于激光雕刻切割機(jī)一般只能識(shí)別AUTOCAD2007以下版本的dxf文件，因此在導(dǎo)出dxf文件時(shí)注意版本號(hào)，導(dǎo)出的二維圖紙如圖2所示。

3 激光加工與裝配

將導(dǎo)出的dxf文件導(dǎo)入激光雕刻切割機(jī)進(jìn)行加工，加工時(shí)注意側(cè)板一共有八塊，使用陣列工具對(duì)零件進(jìn)行陣列加工，同時(shí)注意加工排版，以節(jié)省空間。由于切割時(shí)激光的聚光光斑有一定的尺寸，在凸塊和凹槽之間會(huì)有一定的間隙，因此不需要另留間隙。完成后將十個(gè)零件裝配起來，形成一個(gè)完整的作品，最終的作品如圖3所示。

如果時(shí)間充裕，學(xué)生還可以設(shè)計(jì)出自己喜歡的零件形狀，還可以在每個(gè)零件外表面刻上個(gè)性化的文字和圖案，如圖4所示，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)意，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

4 結(jié)論

八方紙巾盒的制作這個(gè)項(xiàng)目不僅包含以往激光實(shí)訓(xùn)課程中激光雕刻和激光打標(biāo)環(huán)節(jié)，還結(jié)合了UG、CAD軟件中的建模和制圖內(nèi)容，在零件裝配過程中還對(duì)公差與配合以及裝配的知識(shí)有了直接感受。在作品的制作過程中，學(xué)生自己完成了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工的整個(gè)過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了，積極性也調(diào)動(dòng)了，創(chuàng)新意識(shí)也得到了培養(yǎng)。

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