基于NX 10/PTS的工藝裝備快速設計研究

陳小軍

（航空工業(yè)金城南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京211106）

0 引言

基于模型的NX平臺工藝裝備設計旨在快速直觀，在沒有合理的運用相應設計工具，很多時候都是簡單重復性勞動，復制結構類似的夾具然后逐項修改，不但低效而且容易遺漏出錯。在NX平臺需要一個可以存儲知識的平臺工具，將優(yōu)秀的設計方案固化。而NX平臺的PTS工具正好可以滿足這些需求，通過簡單的設置即可實現(xiàn)十分強大的功能，關鍵是不需要其他諸如編程等能力，普通機械設計人員就能輕松實現(xiàn)，給設計工作帶來極大的便捷。

1 PTS應用場景與優(yōu)勢

1.1 需求與應用場景

一般在工藝裝備（簡稱工裝）設計過程中，存在大量形狀和結構類似，只有部分關鍵尺寸有差別的零部件需要設計專用工裝。如每次都全新設計建模，將面臨大量重復性工作，特別是許多設計工作在二維環(huán)境下更是如此，效率十分低下。因此需將工裝三維模型參數(shù)化，此后設計時只需輸入工裝模型的幾個關鍵的參數(shù)，在NX中尺寸驅(qū)動構建所需夾具的三維模型，對應自動化生成二維工程圖實現(xiàn)快速設計。

1.2 工裝快速設計的現(xiàn)狀

目前常見的NX快速設計功能模塊大致有：各類NX外掛（模具設計外掛、電極外掛等），或者是專業(yè)定制的國家標件或者行業(yè)標準件。這些經(jīng)過二次開發(fā)的專業(yè)模塊都能很好的解決工裝設計基礎構架所需的標準模塊，方便快捷。但是其依賴于基于二次開發(fā)專業(yè)定制，其擴展性和維護性就顯得比較薄弱，需要專業(yè)團隊維護。同時互聯(lián)網(wǎng)存有大量免費共享的各類二次開發(fā)的快速設計專業(yè)模塊和外掛系統(tǒng)，其準確性權威性就很難甄別，只能用于業(yè)余愛好使用，一旦應用于工廠生產(chǎn)容易適得其反。

1.3 同平臺其它工具對比（優(yōu)勢）

模塊化（參數(shù)化）設計在NX里有幾種常見方法，一是利用部件族的方法，但該方法一般只用來定義系列化（一一對應關系）的零部件，例如常見國家標準件；第二是可重用庫（非標庫），常用來管理簡單的復用零件，對可變形的零部件設計起來有些不是很直觀，缺乏可視化設計界面；第三是二次開發(fā)定制的工具條，功能強大但是涉及知識面廣，普通工程技術人員很難完成，如外包給專業(yè)公司定制則費用較高，一般小型公司很難承受。而產(chǎn)品模塊工作室，既有二次開發(fā)般的友好的可視化交互界面，又有許多實用的參數(shù)化設計功能模塊，是普通設計人員知識積累的利器。

2 PTS啟動方法與設計流程

2.1 開啟方法

在NX10中開啟PTS有2種方法，區(qū)別于8.5以前的版本只有一種開啟方法[1]。本文主要介紹新的開啟方法，啟動NX10——新建模型——啟動——PTS Author，就直接進入到PTS環(huán)境，左側是功能區(qū)，新建模板對話框就是以后使用的界面，可以直接往其中添加組和各類控件。NX8.5版本以前則是在NX工具——產(chǎn)品模塊工作室，特別提示需要正確配置JAVA系統(tǒng)環(huán)境才能正常啟動PTS功能模塊，新版本NX中不建議該啟動方式。

2.2 PTS單件模塊設計流程

工欲善其事，必先利其器，首先在NX建立目標零件模型，利用表達式將其參數(shù)化，再進入PTS模塊構建可視化的零件調(diào)用界面，如圖1所示左側是PTS里參數(shù)化制作模塊，右側是調(diào)用模塊圖，簡單設置即可建立如系統(tǒng)集成重用庫中國際標準件般的模型。通過拖入或添加左側的表達式到相應需要控制的參數(shù)欄，選擇參數(shù)的類型一般有輸入、列表、測量值等，即可生成相應的對話框來控制參數(shù)，另在PTS中添加可視化規(guī)則可實現(xiàn)部件族沒有的可控的參數(shù)設計。例如圖1中的菱形銷，在（9

圖1 NX10中PTS操作界面（上圖）和調(diào)用方法（下圖）

2.3 PTS組件模塊設計流程

PTS不僅僅可以建立系統(tǒng)集成的標準件般的單個零件，還可以建立組件。例如在工裝設計開發(fā)過程中常用的壓緊組件（螺栓壓板等機構），還有常用組合定位機構（例如手拉定位器等）等。建好組件裝配模型后將各個子模型都保存到同一個文件夾下，按照自己的工作需求規(guī)范化命名，命名一定要能充分表達參數(shù)化設計特征，方便管理和檢索。

一整套工裝在NX里本質(zhì)上是一套功能齊全的裝配組件，構建一個結構相對簡單的裝配組件來展示PTS組件設計功能。工藝裝備設計一般是自頂向下設計，即是先建立一個裝配模型，添加工件模型作為子組件，在此基礎上逐步搭建工裝所需的各零部件。建立通過正確約束的裝配模型時，通過表達式的部件間參數(shù)鏈接來逐級傳遞參數(shù)。例如：在PTS定義輸入量來定義零件的尺寸，先要求輸入一個定位尺寸直徑D，再將D值通過部件間的表達式來傳遞給定位銷。定位銷根據(jù)傳遞過來的D值，選擇合適的大小直徑d1，再將定位銷的直徑d1傳遞給夾具的基體底板，用于定義底板安裝孔，逐級傳遞裝配參數(shù)實現(xiàn)了一個夾具的快速搭建的PTS模型。具體操作如圖2所示。

圖2 參數(shù)逐級傳遞圖（部件間連接）

再到PTS模塊將裝配組件做成PTS模塊，定義輸入量D（設定工件定位尺寸），方法同2.2中介紹。完成這些操作后保存退出，新建裝配文檔，調(diào)入工件零件模型，在殼體模型上右鍵調(diào)出編輯可重用組件，就出現(xiàn)下圖的模板瀏覽器，雙擊后輸入定位尺寸D（D可以是測量加工的工件尺寸）即可實時得到我們想要的裝配組件（夾具），這樣就實現(xiàn)了一個簡單零件的工裝的快速設計。而且可以在PTS模塊中一并完成二維工程圖的工作，通過簡單的幾部操作就設計出復雜的成套工裝，直接輸出工程圖下達到下游制造環(huán)節(jié)。只需工件（被加工零件）模型相似，即便非專業(yè)人員（例如工藝技術人員，組合夾具搭建人員）也能快速設計出合格夾具。詳細步驟如圖3所示。

圖3 組件搭建和庫的調(diào)用

2.4 PTS模塊快速設計全過程實例

首先構建整套夾具裝配模型，建立被加工零件相關參數(shù)表達式，自頂向下逐級傳遞到各個標準件和非標準件。再通過PTS模塊功能建立快速設計夾具模型，放置到分類庫中。設計該類零件夾具時根據(jù)實際零件的相關參數(shù)輸入或者直接在零件模型中測量值填入PTS快速設計模塊中，如圖4左側對話框。通過左側的輸入零件（殼體零件）相關參數(shù)：零件的輪廓尺寸：長度、寬度，零件中心孔直徑，角向定位孔直徑，還有2孔的距離等關鍵尺寸，就能快速設計一套完全定位的銑夾具，實際設計過程中只需按需要添加壓緊組件即可。在構建裝配模型時可以附帶建立相應的工程圖，修改相關定位參數(shù)后可以自動更新至工程圖中。

圖4 銑夾具快速設計實例

3 PTS模型庫管理和設計流程優(yōu)化

3.1 PTS模型庫管理

如將每套工裝都單獨保存在文件夾下，調(diào)用時可能會改動源文件，不利于重復使用，故常采用NX自身的可重用庫來管理模型。建立如圖3右側的可重用庫，將完成的PTS裝配文件子組件等全部放入各自的重用庫源文件夾里。對于有完善的teamceter協(xié)同平臺的用戶，可以利用在線資源庫統(tǒng)一管理，無需單獨配置本地庫。功能豐富的工裝設計PTS模塊庫常由多人協(xié)同完成，每個角色設計的模塊如果按統(tǒng)一規(guī)范操作。如有開發(fā)能力和條件亦可以采用參考文獻[2]中的庫管理方法。我單位采用的是圖5的開發(fā)和管理模塊流程，分角色任務和角色權限來維護PTS模塊庫，采用統(tǒng)一的規(guī)范制作模塊歸檔入庫，確保設計方案正確，工程圖完備。而規(guī)范統(tǒng)一的命名規(guī)則是快速檢索的基礎，這些操作規(guī)范和命名規(guī)范都需要做頂層設計全局考量，滿足日后快速調(diào)用。如有條件亦可定制一套專用的管理庫類似參考文獻[2]。

3.2 基于三維模型的工裝快速設計優(yōu)化

隨著PTS工裝設計系統(tǒng)模塊庫不斷完善，工裝設計流程也隨之發(fā)生改變?nèi)鐖D5、圖6按規(guī)則檢索成為設計的一個開端，而庫的層級和分類對于搜索效率至關重要，一定要盡可能涵蓋所有類別，分類盡量細化，在TC中能提供結構化預覽對于選用效率也尤為重要。對于庫中已有模塊直接調(diào)用，如不包含則根據(jù)需求（工裝是否多次被借用）是否有必要建立PTS重用模型庫，從而使整個設計流程更簡化、高效。對于二維工藝，可以人工讀取相關參數(shù)快速設計，而相應工序有三維模型（基于三維工藝）的工裝設計則顯得更為直觀快速。

圖5 開發(fā)管理流程圖

圖6 工裝設計優(yōu)化流程圖

3.3 局限性和發(fā)展趨勢

利用PTS模塊搭建的組件模型時，每次調(diào)用模型雖然不會改動源文件，但是每次都會生成一個對應尺寸的模型，放置于主裝配模型所在文件夾。對于有大量標準件的裝配組件顯得有些冗余，而對于專用件生成單獨模型則是十分符合需求。故構建標準件亦可采用部件族引用單獨實例來表達，在裝配中至少反映引用關系，而不會生成獨立標準件模型。個人建議標準零件，特別是有確定參數(shù)的標準件一般還是采用類似系統(tǒng)集成的GB件之類的，或者部件族一類的方法構建。而參數(shù)是范圍值的可變形專用件和成套夾具則比較適合采用PTS模塊制作。

對于快速智能化裝配目前PTS功能相對薄弱，逐步出現(xiàn)采用二次開發(fā)的基于模型驅(qū)動和基于裝配特征的快速裝配技術也是未來發(fā)展方向，可變形組件也變得越來越智能化，操作越發(fā)簡易化。

4 結語

通過介紹PTS模塊功能，從參數(shù)化模型構建到快速設計思路，展示了NX平臺中工裝設計的一種知識重用工具。同時對于標準模塊的管理也做了積極探索，希望對同行有所幫助，受限于篇幅難免有些介紹不全面，同時也歡迎同行專家批評指正。