UG软件在激光加工工程实训课程中的应用
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摘 要：以八方纸巾盒为例，介绍了UG软件在激光加工实训课程中的应用，通过UG软件建模得到三维模型，然后在UG软件制图模块中导出二维平面图纸，最后在激光雕刻切割机上加工得到作品。希望对激光加工工程实训课程改革有一定的参考和借鉴作用。
关键词：UG软件;激光加工;工程实训
中图分类号：G642;TN249-4 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.061
0 引言
工程实训课程是高等教育中重要的实践教学环节，是学生接受工程素质教育和现代先进制造技术教育的基础性课程，对高等学校培养出具有一定工程素质和创新意识的应用型人才具有重要意义。激光加工技术是现代先进制造技术的典型代表。目前，激光加工实训课程主要包含激光打标、激光雕刻和激光内雕三种。激光打标授课内容主要是学生通过COREDRAW、文泰雕刻、PHOTOSHOP 等软件设计处理文字、矢量图和照片，设计具有自己个性的名片，然后在空白金属名片上用激光打标机雕刻出来。激光雕刻授课内容是学生通过文泰雕刻等软件将矢量图形和文字进行组合设计，生成plt矢量文件，再导入非金属激光雕刻切割机上进行加工，制成个性化的书签。激光内雕是学生通过水晶制作软件3D VISION 将3D 模型、文字、图片设计并组合，在内雕机上制作出来。虽然这些激光加工实训内容丰富，项目迎合了学生的个性需求、学生在实训中参与程度高，兴趣大。但是在工程能力培养方面还存在不足，一是学生完成实训项目多为个性化工艺品，设计作品随意性大，无法体现工程中图纸、尺寸、精度、按图施工等工程意识;二是每个实训内容相对独立且单一，无法体会多流程多工艺复杂产品从设计到制造的全流程;三是没有与工程实训的其它课程联系起来，如CAD/CAM、测量与装配等课程。
本文以八方纸巾盒为例，结合UG 软件的建模功能生成八方纸巾盒的三维模型，再利用UG软件的制图模块生成八方纸巾盒的平面展开二维图纸，最后利用激光雕刻切割机和激光打标机进行加工，得到最终作品。
1 利用UG软件进行三维建模
由于激光加工实训课程授课时间很短，学生要完成从设计到加工制作的全部流程，这些因素限制了作品设计的复杂性，因此设计了一个简单的八方纸巾盒。建模步骤如下：
（1）进入UG软件建模环境后，新建一个任务环境草图，在草图环境中插入一个八边形，给定邊与边的距离为200 mm，然后添加其它约束条件，使草图完全约束。
（2）退出草图环境，选择拉伸，拉伸高度设为200 mm，得到八方体的实体模型。
（3）进入“插入”菜单，在“偏置/缩放”选项组中找到“抽壳”命令，将实体模型进行抽壳，得到一个壳体，壳体厚度设为拟加工材料厚度。
（4）进入“插入”菜单，在“修剪”选项组中找到“拆分体”命令，以实体模型上现有的平面作工具体，将实体模型分解成一个个单独的实体。
（5）由于最终需要将这些单独的实体拼装起来，我们在纸巾盒侧板的上下端设计了凸块，在八方纸巾盒的上下端盖上设计了凹槽，为了加工方便，只在其中一块侧板上设计了凸块，其余侧板上的凸块通过阵列几何特征的方法得到;为了保证侧板与上下端盖装配顺利，以上下端盖为目标体，以八块侧板为工具体进行布尔相减运算得到处理后的实体模型。其它细节特征不做赘述，最终得到的三维模型如图1所示。
2 利用UG软件生成模型展开二维图纸
刚刚建模生成的实体模型，不能直接调入UG软件的制图模块，而必须先在某个基准平面内将每个实体平铺开，才能在UG软件的制图模块得到模型展开的二维图纸。操作步骤如下：
（1）进入“编辑”菜单，利用“移动对象”命令，将单个实体分离开，由于八方纸巾盒只有三种零件，分别为上、下端盖各一和八个侧板，侧板零件的尺寸均一至。
（2）再次使用“编辑”菜单里的“移动对象”命令，综合利用“点到点”移动和按“角度”旋转，将所有零件平铺在一个平面内，由于八个侧板零件的尺寸均一至，可以在切割机控制软件里使用阵列的方式加工，因此模型展开的二维图纸上只有三个零件。
（3）在“应用模块”选项卡里，切换到“制图”模块，按照先插入图纸，再插入基本视图的方式，插入俯视图。
（4）进入“文件”菜单选项，选择“导出”选项，选择AUTOCAD DXF/DWG导出向导，导出八方纸巾盒的平面展开二维图纸。由于激光雕刻切割机一般只能识别AUTOCAD2007以下版本的dxf文件，因此在导出dxf文件时注意版本号，导出的二维图纸如图2所示。
3 激光加工与装配
将导出的dxf文件导入激光雕刻切割机进行加工，加工时注意侧板一共有八块，使用阵列工具对零件进行阵列加工，同时注意加工排版，以节省空间。由于切割时激光的聚光光斑有一定的尺寸，在凸块和凹槽之间会有一定的间隙，因此不需要另留间隙。完成后将十个零件装配起来，形成一个完整的作品，最终的作品如图3所示。
如果时间充裕，学生还可以设计出自己喜欢的零件形状，还可以在每个零件外表面刻上个性化的文字和图案，如图4所示，以充分调动学生的创意，锻炼学生的实践动手能力。
4 结论
八方纸巾盒的制作这个项目不仅包含以往激光实训课程中激光雕刻和激光打标环节，还结合了UG、CAD软件中的建模和制图内容，在零件装配过程中还对公差与配合以及装配的知识有了直接感受。在作品的制作过程中，学生自己完成了产品从设计到加工的整个过程，学生的学习兴趣提高了，积极性也调动了，创新意识也得到了培养。
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