基于UG NX的箱體精鑄件毛坯生成系統(tǒng)研究

□ 張新偉 □ 韓劉俠

中航工業(yè) 西安飛行自動(dòng)控制研究所 西安 710065

鑄造技術(shù)是一門傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，具有零件尺寸和重量適應(yīng)范圍廣、金屬種類幾乎不受限制的特點(diǎn)，是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，對(duì)于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性，尤其在航空工業(yè)中，各類高溫合金、鈦合金、鋁合金等復(fù)雜薄壁整體構(gòu)件的精密鑄造技術(shù)應(yīng)用廣泛，是航空工業(yè)中的關(guān)鍵制造技術(shù)之一［1］。而箱體類零件就是其中的典型代表，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，箱體多平面和孔，內(nèi)部成腔形，壁薄且不均勻，剛度較低。常用的機(jī)械加工方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而由于目前我國鑄造水平的限制，對(duì)于具有較高精度要求特征的零件無法通過鑄造獲得，故都采用先精密鑄造再進(jìn)行機(jī)械加工的方法來完成箱體類零件的制造。在此生產(chǎn)流程中，精鑄件毛坯的生成就顯得尤為關(guān)鍵。

本文通過分析箱體類零件的幾何特性，根據(jù)鑄造水平現(xiàn)狀，制定出相應(yīng)的推理規(guī)則，并借助UG軟件提供的二次開發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)箱體鑄件毛坯的自動(dòng)生成。

1 箱體零件分析及箱體特征提取

1.1 零件結(jié)構(gòu)分析

該箱體類零件主要由平臺(tái)腔和電子腔兩個(gè)腔體組成，平臺(tái)腔為半封閉腔，用來安裝慣性導(dǎo)航平臺(tái)，電子腔為開放腔，用來安裝各種電路板，兩腔通過箱體中間的隔板分隔開，兩腔中的元器件由各種電纜通過隔板上的過線孔進(jìn)行連接。電子腔一側(cè)的端面上安裝有各種電子元件；箱體零件的外表面安裝有蓋板，同時(shí)在箱體表面還安裝有其它電子元件。在整個(gè)箱體零件中，所有配合的表面及重要表面都是在精鑄件毛坯上通過分配余量再進(jìn)行機(jī)械加工來獲得，而其它一些表面，如：過線孔等則是由鑄造直接獲得，對(duì)于其它的非形狀特征，如：精度、材料、熱處理及表面處理等，是在設(shè)計(jì)圖樣中反映出來的，也是箱體鑄造毛坯生成的重要依據(jù)。

1.2 UG中特征的識(shí)別

1.2.1 NX Open中的對(duì)象模型

NX Open for Java開發(fā)包是UG軟件提供給用戶的一種支持Java語言的二次開發(fā)包，它內(nèi)部封裝了大量的應(yīng)用程序接口（API），所封裝的程序接口是面向?qū)ο竽Ｊ降模ㄟ^這些程序接口，能夠?qū)G模型中各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作，如特征的創(chuàng)建、修改、屬性讀取以及與特征相對(duì)應(yīng)的各種尺寸及注釋的創(chuàng)建及修改等。開發(fā)包最頂層為進(jìn)程接口，通過其獲取當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)程，并以此獲取零件集；利用零件集的迭代器來獲取當(dāng)前工作的零件，并以此獲取零件的實(shí)體集、特征集及尺寸集，利用相應(yīng)的迭代器來獲取具體的實(shí)體、特征及尺寸，最后通過實(shí)體來獲得面和邊。

1.2.2 形狀特征的識(shí)別

在UG軟件中，零件模型中的形狀特征是按照一定的順序進(jìn)行組合的，它們與每一次零件模型的改變操作是相對(duì)應(yīng)的，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)操作的時(shí)間順序給出特征間的層級(jí)關(guān)系，并且對(duì)零件中的每一個(gè)特征給出一個(gè)唯一的（Tag）標(biāo)識(shí),而對(duì)于該特征的每一個(gè)組成面也有唯一的標(biāo)識(shí)，而每一面的組成邊也是具有唯一標(biāo)識(shí)的。

結(jié)合上述對(duì)NX Open中各程序接口的組織結(jié)構(gòu)和UG模型中特征的結(jié)構(gòu)關(guān)系分析，可以發(fā)現(xiàn)，程序接口的組織方式與特征的結(jié)構(gòu)關(guān)系這二者之間是互逆的。因此，利用NX Open開發(fā)包進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，可以通過各程序接口設(shè)計(jì)遍歷程序，就能獲得零件模型中的每一個(gè)面和邊，而零件的幾何模型是通過面和邊表現(xiàn)出來的，這樣對(duì)零件模型中的任何一個(gè)幾何對(duì)象都可以用這種方法來識(shí)別。

1.2.3 非形狀特征的識(shí)別

對(duì)于非形狀特征中的精度來說，它雖然是對(duì)應(yīng)于整個(gè)零件模型的，但具體表現(xiàn)是針對(duì)零件的具體面或具體邊而言的，如在工程圖中標(biāo)注的某一處尺寸，它是與兩條邊相對(duì)應(yīng)的，需要用它的標(biāo)注公差值與設(shè)定精度的理論公差值進(jìn)行比較，以判斷該處尺寸精度的高低。所以該特征識(shí)別與形狀特征的識(shí)別相同，即應(yīng)在對(duì)應(yīng)的形狀特征的面或邊上識(shí)別。而對(duì)于材料、熱處理及表面處理等非形狀特征是對(duì)應(yīng)于整個(gè)零件模型的，這些非形狀特征的信息可以通過讀取屬性值的方法來識(shí)別。

2 基于UG NX的箱體精鑄件毛坯系統(tǒng)開發(fā)

2.1 精鑄件毛坯生成工藝流程模型

結(jié)合前面的零件結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，雖然箱體零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多安裝面及配合孔所組成，但無論對(duì)于平臺(tái)腔、隔板還是電子腔，這些組成特征都可以歸納為兩種，即孔特征和面特征。因此，當(dāng)前的工藝流程就是對(duì)零件上的孔特征和面特征進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)特征如棱邊的處理。對(duì)于孔特征，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)尺寸對(duì)零件上的孔特征進(jìn)行篩選，以確定該處孔特征是否可由鑄造獲得；對(duì)于面特征，需要對(duì)設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行分析，標(biāo)注為機(jī)械加工表面的面，則需分配余量，而對(duì)于未標(biāo)注為機(jī)械加工的表面，則需將與其關(guān)聯(lián)的尺寸精度與設(shè)計(jì)精度進(jìn)行對(duì)比，再?zèng)Q定是否需要分配余量；最后對(duì)零件中的棱邊進(jìn)行倒圓角處理。目前鑄造復(fù)雜零件都通過拼模的方法進(jìn)行鑄造，因此不再需要對(duì)毛坯設(shè)置拔模斜度。經(jīng)過這些過程即可完成由箱體零件到箱體精鑄件毛坯的轉(zhuǎn)換。

2.2 箱體精鑄件毛坯生成規(guī)則

根據(jù)精鑄件毛坯生成工藝流程模型和UG中對(duì)象模型關(guān)系，建立如下的毛坯生成規(guī)則。

2.2.1 孔特征生成規(guī)則

如果孔的類型為沉頭孔、埋頭孔或者螺紋孔，那么就應(yīng)刪除模型上相應(yīng)的孔特征；如果孔的類型為簡(jiǎn)單孔并且孔的直徑小于設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)直徑，那么刪除該處孔特征；如果孔的類型為簡(jiǎn)單孔并且孔的直徑大于等于設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)直徑，那么保留該處孔特征；如果孔的類型為陣列孔或者鏡像孔并且孔的父特征直徑小于設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)直徑，那么刪除該處孔特征及其父特征；如果孔的類型為陣列孔或者鏡像孔并且孔的父特征直徑大于等于設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)直徑，那么保留該處孔特征及其父特征。

2.2.2 面特征生成規(guī)則

如果面特征需要機(jī)械加工，那么對(duì)該面分配余量；如果面特征未標(biāo)注需要進(jìn)行機(jī)械加工，但與其關(guān)聯(lián)的尺寸精度高于設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定的精度，那么需要對(duì)該面分配余量。

2.2.3 邊生成規(guī)則

如果邊倒角為直角，需對(duì)該邊進(jìn)行倒圓角處理。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 設(shè)置并加載自定菜單

首先，需要在系統(tǒng)環(huán)境變量中添加環(huán)境變量“UGII_USER_DIR”， 將其值設(shè)置為 “F:ugmenu”；然后， 在 “F:ugmenu” 中新建兩個(gè)名為 “startup”及“application”文件夾，其中“startup”文件夾下放置自定義菜單配置文件，“application”文件夾下放置與自定義菜單配置文件相關(guān)聯(lián)的用戶程序。加載好的菜單如圖1所示。

▲圖1 菜單窗口

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

其基本過程為：首先獲取系統(tǒng)進(jìn)程，通過系統(tǒng)進(jìn)程來訪問模型中對(duì)應(yīng)的特征集，再通過對(duì)特征集的遍歷，來獲取各特征信息。其對(duì)應(yīng)的代碼一般如下（以獲取簡(jiǎn)單孔特征為例）。

Session theSession= （Session） SessionFactory.get（"Session"）;

//獲取系統(tǒng)進(jìn)程

FeatureCollection features=theSession.parts（）.work（）.features（）;

//獲取當(dāng)前工作部件的特征集

Iterator i=features.iterator（）;

▲圖2 系統(tǒng)工作流程

Feature feature= （Feature） i.next（）

String featureName=feature.featureType（）.toString（）;

//獲取特征名稱

if（featureName.equals（"SIMPLE HOLE"）） {

String tmp= （feature.getExpressions（）［t］）.description（）;

int l=tmp.indexOf（""）;

String name=tmp.substring（l+1,tmp.length（）-1）;if（name.equals（"Diameter"））{

double diavalue= （feature.getExpressions（）［t］）.value（）;

}

}

//獲取簡(jiǎn)單孔的直徑信息

整個(gè)系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

4 結(jié)束語

隨著箱體類零件種類的不斷增加，如何提高箱體類零件的生產(chǎn)效率成為日益突出的問題。本文所提出的箱體精鑄件毛坯系統(tǒng)能夠節(jié)省出大量的技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間，能夠確實(shí)提高箱體的生產(chǎn)效率。未來若能將其與CAD及CAM無縫集成，將更進(jìn)一步提高箱體類零件的生產(chǎn)效率。

［1］ 熊艷才.精密鑄造技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展［J］.航空制造技術(shù)，2008（22）：32-35.