基于UG的車(chē)床夾具模塊庫(kù)設(shè)計(jì)

摘 要： 在機(jī)械加工過(guò)程當(dāng)中利用著大批的夾具來(lái)用以裝夾加工工件，使其有準(zhǔn)確的位置，以確保工件的加工質(zhì)量。本設(shè)計(jì)基于UG繪圖環(huán)境，采用了參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，以車(chē)床加工的撥叉工件夾具為例，介紹基于UG的車(chē)床夾具模塊庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程，繪制出的不同類(lèi)型的車(chē)床夾具，不僅方便后期繪圖操作的修改，而且可以提高出圖的效率和準(zhǔn)確性，并能對(duì)其進(jìn)行干涉檢查與運(yùn)動(dòng)仿真，為我們配置合理的加工工藝提供了方便。

關(guān)鍵詞：UG設(shè)計(jì)軟件 車(chē)床夾具模塊庫(kù) 效率 撥叉工件夾具 參數(shù)化設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TG65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）07-0210-02

導(dǎo)言

傳統(tǒng)的CAD技術(shù)手段大部分是用穩(wěn)固已有的尺寸值來(lái)定義幾何元素，輸入的每個(gè)幾何元素都有它們精確的位置，若要修正設(shè)計(jì)的內(nèi)容，唯有刪除原來(lái)存在的幾何元素后再重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。而設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中不可避免的要多次重復(fù)修改，如此給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)大批沉重而又枯燥的事務(wù)性工作，極大的影響了設(shè)計(jì)效率。UG系統(tǒng)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方式，提供了非常強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)的功能，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可以通過(guò)改善一些尺寸結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境來(lái)改正，從而非常的方便設(shè)計(jì)進(jìn)程。

一、基于UG的三維參數(shù)化模塊庫(kù)的創(chuàng)建目標(biāo)

我們所設(shè)立的基于UG的車(chē)床夾具三維參數(shù)化模塊庫(kù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如下：

1.具有系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的模塊

模塊庫(kù)中零部件種類(lèi)和數(shù)量的多少，是衡量模塊化實(shí)用化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，模塊庫(kù)的建立必須盡可能的寬、完整。此處僅以車(chē)床加工撥叉零件夾具為例，說(shuō)明模塊庫(kù)的設(shè)計(jì)方法。

2.具有良好的人-機(jī)交互界面

人機(jī)交互通常用于用戶開(kāi)發(fā)的GRIP應(yīng)用程序。此外，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，形成定制的人機(jī)對(duì)話菜單，這是一個(gè)非常普遍的要求。用戶界面是用戶與模塊庫(kù)交互的窗口，如要選擇的模塊的類(lèi)型、輸入模塊主要參數(shù)，以及在讀取UG的實(shí)體的屬性時(shí)，要指定被取值的實(shí)體等。所設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面與UG風(fēng)格統(tǒng)一，其交互過(guò)程符合UG的習(xí)慣；通過(guò)適當(dāng)?shù)牟僮?，引?dǎo)用戶逐步完成模塊的調(diào)用，并對(duì)操作過(guò)程的每一步，提供相應(yīng)的項(xiàng)目選擇模塊，用戶可以通過(guò)調(diào)用模塊進(jìn)行參考，不需要查閱模塊設(shè)計(jì)手冊(cè)。上述近似的功用，全都能夠在GRIP程序中用人-機(jī)交互來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.快速生成三維模型

模塊模型經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，只保留代表其主要特征的結(jié)構(gòu)和尺寸，并采用參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行建立，保證尺寸參數(shù)值與尺寸變量每每相互對(duì)應(yīng)，并創(chuàng)建零件尺寸之間的函數(shù)關(guān)系，以減少模塊尺寸的數(shù)量。當(dāng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用尺寸參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)模塊的生成時(shí)，就能提高模型重建的速度，快速生成用戶所需的模塊。

二、創(chuàng)建模板零件庫(kù)

本文是針對(duì)一種加工撥叉零件的車(chē)床夾具設(shè)計(jì)的模塊庫(kù)，所以在這簡(jiǎn)單的介紹了一下如何創(chuàng)建撥叉零件庫(kù)的操作。這樣也可以節(jié)省繪圖人員的時(shí)間，提高效率。模塊庫(kù)是通過(guò)確定一組設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)掌控模型的外形，在三維參數(shù)化的基礎(chǔ)上而建立的，并選擇不同的尺寸，可以驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型。因此在建立模塊庫(kù)的過(guò)程中，模板零件的好壞直接影響著調(diào)用的模塊能否成功生成。如果創(chuàng)建的模板零件發(fā)生錯(cuò)誤，所需的模塊就不能成功的生成，那么就無(wú)法進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)。如果要判斷模板零件的成功必須滿足：當(dāng)給定一組合理的尺寸值時(shí)，可以得到一套相同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的零件。模板零件庫(kù)的建立過(guò)程如圖1所示。

在建立車(chē)床夾具加工的撥叉工件三維參數(shù)化模板零件庫(kù)的過(guò)程中，首先進(jìn)行形體分析，適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化模型，并確定設(shè)計(jì)變量其結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)，如圖2所示。確定好參數(shù)和建模策略后，建立參數(shù)化模型，如圖3所示。利用UG中的部件族提取參數(shù)化模型的主要參數(shù)到Execl工作表中（里面顯示的就是模型的尺寸，標(biāo)注的每一個(gè)尺寸它都會(huì)自己生成一個(gè)P+的尺寸，這里設(shè)置的是表達(dá)式如圖4所示，并可以在Execl工作表中填寫(xiě)一些數(shù)據(jù)如圖5所示。表中第一行為各個(gè)設(shè)計(jì)變量，以下每一行為一個(gè)記錄，可以填寫(xiě)零件的另一種參數(shù)。這個(gè)數(shù)據(jù)形式能夠直接和UG鏈接，從而完成零件的三維參數(shù)化模型。輸入的參數(shù)可以進(jìn)行驗(yàn)證，來(lái)保證參數(shù)的合理性，能夠生成另一個(gè)模型。最后保存各個(gè)參數(shù)即可。

三、基于UG的三維車(chē)床夾具模塊庫(kù)運(yùn)行實(shí)例

基于UG的三維車(chē)床夾具模塊庫(kù)與UG的裝配環(huán)境無(wú)縫連接，從模塊庫(kù)中調(diào)用的模塊能夠用于裝配。用戶插入模塊后，完全按照UG系統(tǒng)的規(guī)定選擇插入點(diǎn)，系統(tǒng)提供了各種捕捉方式來(lái)快速和準(zhǔn)確地確定模塊的插入基點(diǎn)和插入方向，使得裝配操作更加方便快捷。

首先我們要利用UG二次開(kāi)發(fā)的編寫(xiě)程序在UG界面顯示出模塊庫(kù)這個(gè)標(biāo)題欄，在Windows記事本中輸入以下命令，并保存為擴(kuò)展名為*.men的菜單文件：

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

BEFORE UG_HELP

CASCADE_BUTTON menu_name_1

LABEL 車(chē)床夾具模塊庫(kù)

END_OF_BEFORE

MENU menu_name_1

BUTTON menu_name_21

LABEL 撥叉成組模塊

ACTIONS action1.dlg

CASCADE_BUTTON menu_name_22

LABEL 多件裝夾模塊

然后將這個(gè)編寫(xiě)好的文件放在用戶開(kāi)發(fā)目錄下創(chuàng)建的啟動(dòng)文件夾中。當(dāng)UG啟動(dòng)時(shí)，菜單腳本文件會(huì)自動(dòng)加載，結(jié)果如圖6所示：

1.多件裝夾車(chē)床夾具

這個(gè)夾具用于臥式車(chē)床上車(chē)削撥叉斷面及圓弧面，工件材料為灰鑄鐵HT200，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能好，而且該夾具可以兩件同時(shí)裝夾，操作方便。工件以Φ32 0+0.02mm孔和R42mm圓弧面作為定位基準(zhǔn)，定位由支撐板、支承套、定位銷(xiāo)和固定V形架定位。這個(gè)夾具可以兩件同時(shí)裝夾，用螺母來(lái)夾緊，并由夾緊塊對(duì)兩個(gè)工件實(shí)現(xiàn)側(cè)向夾緊。如圖7所示裝夾完成后的多件裝夾車(chē)床夾具。如果想要修改夾具的尺寸，那么可以在零件圖中修改，然后保存一下，再打開(kāi)裝配圖，自己想要的尺寸夾具就生成了。

2.撥叉成組車(chē)床夾具

該夾具用于加工撥叉零件的端面。工件以內(nèi)孔與側(cè)面在心軸、側(cè)面與支承及擋銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)定位，通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)套，拉動(dòng)拉桿，其末端的圓錐使彈性套變形，定心夾緊工件?？烧{(diào)元件為心軸、支承、拉桿和螺母。其中心軸直徑可根據(jù)撥叉孔徑調(diào)整。如圖8所示撥叉成組車(chē)床夾具裝配圖。

模塊庫(kù)中的每個(gè)夾具的零件都有它的作用，如果用一次畫(huà)一次非常麻煩，而且也會(huì)增加錯(cuò)誤率，做這個(gè)模塊庫(kù)的目的就是增快制圖人員制圖的速度，可以隨時(shí)調(diào)用，提高工作效率。模塊庫(kù)中不同類(lèi)型的車(chē)床夾具，可以根據(jù)以上設(shè)計(jì)過(guò)程繼續(xù)添加。

3.運(yùn)動(dòng)仿真

進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的目的，不僅是讓運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而且還要確保運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理性。在UG系統(tǒng)中打開(kāi)需要的文件，單擊菜單欄【開(kāi)始】→【運(yùn)動(dòng)仿真】按鈕，右鍵裝配體→新建仿真，出來(lái)一個(gè)環(huán)境對(duì)話框（可以修改名稱），點(diǎn)擊確定即可，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真模塊。按照界面內(nèi)容對(duì)各零件進(jìn)行特性創(chuàng)建和運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建，隨后建立驅(qū)動(dòng)，添加解算方案，右鍵單擊裝配體文件夾，選擇解算方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，提交運(yùn)動(dòng)仿真模型數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)的輸出和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制，UG的運(yùn)動(dòng)分析類(lèi)型有兩類(lèi)：靜態(tài)分析和動(dòng)力學(xué)分析。在這個(gè)設(shè)計(jì)里，選用動(dòng)力學(xué)分析，如圖9，設(shè)置時(shí)間與步數(shù)，點(diǎn)擊確定，彈出如圖10對(duì)話框，隨后即可看仿真運(yùn)行。運(yùn)動(dòng)仿真完成后，即可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，點(diǎn)擊功能菜單區(qū)運(yùn)動(dòng)分析模塊中的生成圖表按鈕 ，可生成時(shí)間與位移的圖表。

四、結(jié)束語(yǔ)

基于UG的車(chē)床夾具模塊庫(kù)所包含的夾具零件，可以在設(shè)計(jì)中直接調(diào)用，避免了重復(fù)繪制，工作效率大大提高，值得廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：孫麗麗（1976-），女，山東青島人，講師，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。