基于UG的工裝一鍵設(shè)計

王 鵬，王 亮

（西安航天發(fā)動機廠，陜西 西安710100）

0 引言

工裝一鍵設(shè)計的目的是存儲設(shè)計的整個過程，設(shè)計出可以衍生一系列工裝的種子模型。在工裝設(shè)計過程中，尤其是產(chǎn)品的研發(fā)階段，產(chǎn)品往往只是尺寸不同而結(jié)構(gòu)相似，映射到幾何模型中，就只是幾何信息不同拓撲信息相同，工裝一鍵設(shè)計的過程中用一組參數(shù)約束幾何圖形的一組尺寸，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸對應(yīng)顯示，當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列時，就可以驅(qū)動原有幾何模型達到新的目標(biāo)幾何圖形。進行一鍵設(shè)計的關(guān)鍵是建立圖形幾何尺寸與參數(shù)的關(guān)聯(lián)，通過數(shù)值驅(qū)動方法實現(xiàn)幾何模型的變化。因此，在對被加工零件進行拓撲結(jié)構(gòu)歸類的基礎(chǔ)上建立參數(shù)化模型，并通過UG中的表達式工具、WAVE技術(shù)等實現(xiàn)被加工零件與工裝各零部件間尺寸關(guān)系。保證設(shè)計過程中幾何拓撲關(guān)系一致，同時提取幾何特征參數(shù)并進行用戶化命名，建立幾何信息和參數(shù)的對應(yīng)機制，運用UG/Open Grip語言，創(chuàng)建快捷參數(shù)錄入界面，實現(xiàn)零件及工裝參數(shù)表達式（Expression）的前臺編輯，即參數(shù)賦值，從而編輯幾何實體。利用UG制圖功能為生成的幾何實體創(chuàng)建工程圖，視圖與模型具有全關(guān)聯(lián)性因而自動更新，實現(xiàn)工裝從模型到圖紙的一鍵設(shè)計。

1 參數(shù)化設(shè)計過程

1.1 分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，建立合理化數(shù)學(xué)模型

針對具有形狀相似尺寸不同的被加工產(chǎn)品，首先歸納其共性，提取其具有相同特點的尺寸，根據(jù)被加工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點考慮其工裝結(jié)構(gòu)，并建立起被加工產(chǎn)品與機床夾具各零件間的尺寸依賴關(guān)系，這種依賴關(guān)系貫穿整個設(shè)計過程，也是參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵。

現(xiàn)以實際工作中的線切割工裝為例，說明整個參數(shù)化設(shè)計過程。被加工零件屬于半管類，線切割加工兩端余量及中截面，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

表1 被加工零件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸Tab.1 Key dimensions of the parts to be machined

圖2 初步擬定的工裝設(shè)計方案Fig.2 Preliminary design scheme of tooling

這套線切割工裝主要由三部分組成：①用于定位和對刀的夾具；②壓緊被加工產(chǎn)品的壓塊；③將夾具、壓塊、被加工產(chǎn)品固定的螺釘螺母及壓板。根據(jù)以上初步方案建立線切割工裝與被加工產(chǎn)品之間的尺寸依賴關(guān)系（見表2）。

根據(jù)線切割加工特點及被加工零件結(jié)構(gòu)特點初步制定線切割工裝關(guān)鍵零部件設(shè)計方案簡圖如圖2。此結(jié)構(gòu)是半管類零件余量加工中的典型工裝結(jié)構(gòu)。

表2 夾具、壓塊與被加工零件尺寸關(guān)系Tab.2 Relationship among fixture,pressing block and parts under machining

1.2 運用UG/WAVE技術(shù)建立參數(shù)化裝配體模型

UG/WAVE技術(shù)是UG提供的基于產(chǎn)品和特征的直接建模及產(chǎn)品總體相關(guān)設(shè)計的技術(shù)，它的使用符合參數(shù)化產(chǎn)品的設(shè)計過程和規(guī)則，先總體設(shè)計后詳細設(shè)計，局部設(shè)計決策服從總體設(shè)計決策。由于采用基于幾何的復(fù)合建模技術(shù)，關(guān)鍵設(shè)計變量既可以是數(shù)值變量，也可是曲線、曲面等廣義變量，數(shù)值變換、形狀變化都能根據(jù)WAVE的控制傳遞到相關(guān)子部件和零件設(shè)計中去。

UG/WAVE的詳細設(shè)計領(lǐng)域中能實現(xiàn)相關(guān)的上下文設(shè)計，它提供了一種可以實現(xiàn)整套產(chǎn)品零件相關(guān)部件間建模技術(shù)，允許從裝配中任一組件部件拷貝幾何體（線、面、體等）到當(dāng)前工作部件中，如圖3所示。在當(dāng)前工作部件中形成的鏈接幾何體與原幾何體是相關(guān)的。當(dāng)修改原幾何體時將引起在其他部件中的鏈接幾何體自動發(fā)生更新，從而維持設(shè)計的完整性和意圖。

圖4為被加工產(chǎn)品主要尺寸表達式，其中D為管徑，R為回轉(zhuǎn)半徑，af=α為回轉(zhuǎn)角度，thick=δ為壁厚。通過表達式中的具體尺寸可以創(chuàng)建出如圖1中的被加工零件的三維模型。形成被加工產(chǎn)品三維模型的草圖作為貫穿整個設(shè)計過程關(guān)鍵變量，再利用圖3 WAVE幾何鏈接器中的草圖鏈接工具，將形成被加工零件的草圖鏈接到線切割工裝的夾具體和壓塊中，通過鏈接草圖結(jié)合UG中的相關(guān)命令創(chuàng)建夾具體的定位面和壓塊與產(chǎn)品的接觸面。這樣一來，當(dāng)更改了被加工產(chǎn)品的草圖尺寸時，夾具體的定位面和壓塊的接觸面就會即時更改，始終與被加工產(chǎn)品的保持一致。

圖3 WAVE工具欄Fig.3 Tool column of WAVE

圖4 尺寸表達式工具欄Fig.4 Tool column of dimension expressions

接下來完成如圖2所示線切割工裝的各零部件的其余結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建：由于采用WAVE技術(shù)，并且夾具體和壓塊與被加工產(chǎn)品的接觸面的創(chuàng)建都來自同一個草圖的鏈接，因此創(chuàng)建的裝配體裝配關(guān)系自然確定，夾具體和壓塊的關(guān)鍵外輪廓尺寸如圖2及表1所示，而這些尺寸及它們的裝配位置都與被加工零件的尺寸相關(guān)，可以利用圖4表達式工具欄“創(chuàng)建部件間引用”工具，將被加工產(chǎn)品的關(guān)鍵尺寸表達式引用到夾具體和壓塊表達式中，再根據(jù)表1中的換算公式，建立起依賴于被加工產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸的表達式。這樣一來，當(dāng)被加工產(chǎn)品的尺寸發(fā)生變化，夾具體和壓塊的外輪廓也將隨之變化。

完成以上步驟，也就完成了這套線切割工裝的參數(shù)化設(shè)計過程，工裝主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸將完全依賴于被加工零件，也就是說通過更改被加工零件結(jié)構(gòu)尺寸，可以驅(qū)動整套工裝裝配體結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生相應(yīng)的更改。

1.3 運用UG/Open Grip語言創(chuàng)建快捷參數(shù)錄入界面

UG/Open Grip是UG的二次開發(fā)工具之一，主要用于完成某些專業(yè)需要的特定功能，可以針對具體對象在軟件平臺上設(shè)計出界面友好、使用方便的專用產(chǎn)品的CAD/CAM系統(tǒng)。UG/Open Grip是專用的圖形交互編程語言，采用Grip程序?qū)⑹怪貜?fù)性的建模工作程序化，可以極大地減少重復(fù)性勞動。

圖5 被加工零件線切割工裝Fig.5 WEDM fixture of part

由前面的建模過程可以得知，只要驅(qū)動被加工產(chǎn)品的4個尺寸（半管直徑D，回轉(zhuǎn)半徑R，回轉(zhuǎn)角度α，管壁厚δ），就可以得到相應(yīng)尺寸下的線切割機床夾具三維模型。其程序如下：

對以上源程序進行編譯，生成*.grx格式的執(zhí)行程序文件，當(dāng)運行該程序后會得到圖5(a）左邊的參數(shù)錄入對話框，對話框默認是當(dāng)前被加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，輸入新的尺寸，整套線切割工裝就會更新，得到新的被加工產(chǎn)品的線切割工裝。例如，輸入圖5(b)左邊參數(shù)對話框的參數(shù)，得到圖5(b)右邊線切割工裝。為了更便捷地操作，并在以后工作中不斷充實系列化的各類工裝，運用UG/Open Grip語言，并結(jié)合UG工具菜單中的自定義工具制作出便利于操作的工具欄，如圖5左上工具欄。這時當(dāng)點擊半管線切割夾具按鈕時，就會彈出參數(shù)錄入對話框，直接輸入新的尺寸參數(shù)就會得到新的被加工零件的線切割工裝。

2 總裝及零件二維工程圖紙的自動創(chuàng)建

工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后就要將其轉(zhuǎn)換為工程圖紙，用于加工制造。采用一鍵設(shè)計方法可以免去大量的尺寸標(biāo)注、明細表及標(biāo)題欄填寫、技術(shù)要求書寫等繁瑣重復(fù)性工作，大大節(jié)省工程圖的創(chuàng)建時間。當(dāng)創(chuàng)建好工裝的種子模型后，進入UG制圖模塊為總裝模型及各個零件種子模型分別建立二維工程圖，由于工裝結(jié)構(gòu)類似，因此圖紙上所需視圖的數(shù)量及各視圖的視角、表達方式是完全一致的。各視圖的顯示比例依然可以參數(shù)化控制調(diào)整到最適合尺寸。因為標(biāo)注的尺寸與模型相關(guān)聯(lián)，所以當(dāng)參數(shù)改變時圖紙上尺寸自動更新，技術(shù)要求及明細表標(biāo)題欄則可以繼承原先內(nèi)容保持不變。因此參數(shù)修改后可獲得自動更新后的工程圖，真正做到了從工裝模型到工裝圖紙的完全一鍵設(shè)計。

3 結(jié)論

采用上述工裝一鍵設(shè)計的方法，可以高效、精確地衍生出結(jié)構(gòu)類似的被加工零件的工裝并快捷地生成二維工程圖，這種方法運用于共性明顯的工裝設(shè)計中不僅能縮短設(shè)計周期，而且可以提高設(shè)計的質(zhì)量和水平，維護設(shè)計的完整性。

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