基于UG的碗頭掛板參數化設計研究與實現

朱春東，張滿春，信昆峰

ZHU Chun-dong, ZHANG Man-chun, XIN Kun-feng

（武漢理工大學 材料科學與工程學院，武漢 430070）

0 引言

雖然，在當前的中小型模鍛企業中，軸對稱零件占據了模鍛件生產的主流，但是異形件的生產在模鍛件的使用和發展中，同樣不可或缺。目前，在中小型模鍛企業中，CAPP系統的開發和應用已取得快速發展，并為企業創造了良好的經濟效益。但是，其研究主要集中在軸對稱模鍛件的CAPP系統開發，對異型模鍛件CAPP系統的開發卻很少見。如果繼續使用傳統工藝的設計方法編制工藝文件的話，則存在如下缺點[1]：

1）對工藝人員的經驗和熟練程度要求較高；

2）編制工藝文件勞動強度高,重復勞動量大，效率低；

3）難以實現工藝文件的最優化和信息共享；

4）不能將工藝專家的經驗和知識集中起來加以充分地利用。

這對企業的技術能力、工藝能力無疑是個嚴峻的挑戰，所以，手工編制工藝很難適應市場。另外，彎頭刮板類模鍛件結構較為復雜，已有的CAPP系統不能滿足其使用要求。所以，建立此類模鍛件的CAPP系統已經成為當前社會的中小型企業發展的迫切需要。

1 基于UG的CAPP系統概述

系統利用UG、VC++6.0等軟件實現了碗頭掛板模鍛件的三維模型參數化設計，包括碗頭掛板建模參數的提取、表達式的應用、三維模型的建立、尺寸約束，以及應用程序工程的建立、程序的編寫、程序的編譯和程序的測試，并結合UG電子表格、VC++6.0編程和Excel VBA功能，建立了報價單模塊。實現了碗頭掛板的三維模型的參數化設計，同時也實現了碗頭掛板體積、重量和復雜系數的自動計算和輸出，以及報價單的快速生成。

另外，利用在UG環境下對UG/Open API、UG/Open GRIP、UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler的合理使用，同時借助VC++編程以及其它一些輔助軟件（EXCEL電子表格、PDF出圖等）的操作[2]，通過模具圖自動生成和報價模塊的建立，實現對該系統的優化，通過對掛板類零件CAPP系統的開發，拓展了CAPP系統在異形模鍛件的應用，技術路線框圖如圖1所示。

圖1 技術路線圖

2 系統模塊設計

2.1 參數化建模模塊設計

在此系統中，采用三維模型與程序控制相互結合的方式，三維模型通過UG的交互界面來創建，而不是由程序來創建。在創建好的三維模型基礎上，根據部件的設計要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設計參數。參數化程序針對該部件的設計參數進行編程，實現設計參數的查詢、修改，根據新的參數值更新模型從而實現設計變更。

首先，從碗頭掛板類零件的三視圖中提取建模的主要參數，以此建立尺寸表達式，然后，應用UG的建模模塊進行碗頭掛板的三維模型設計，按照普通零件的建模方法即可，但是在輸入草圖參數和特征參數時，必須輸入之前建立的表達式參數，實現尺寸約束。再應用UG MenuScript菜單技術編寫菜單文件，并進入UIStyler可視化界面模式，設計用戶界面對話框，最后通過一系列編程，就可以在UG界面下實現碗頭掛板三維模型的參數化設計[3,4]。下圖2為更新表達式值后的碗頭掛板：

圖2 更新表達式值后的碗頭掛板

2.2 工程圖模塊設計

在整個工程圖模塊中，研究重心在于實現鍛件圖、模鍛工藝卡片和熱處理工藝卡片的自動生成。因為在實現工程圖自動生成的設計中，鍛件圖、模鍛件工藝卡片和熱處理工藝卡片的基本原理是相同的，所以，本文將著重介紹碗頭掛板鍛件圖自動生成模塊的設計。

設計的關鍵在于充分利用AutoCAD軟件在二維圖創建方面的優勢，和UG軟件在工程圖控制方面的優勢，實現工程圖模板的dwg格式和prt格式的轉換。在創建工程圖模板過程中，需要首先根據鍛件圖、模鍛工藝卡片和熱處理工藝卡片的圖紙布局和標題欄設計，創建出空白工程圖模板。將之前保存的prt格式的碗頭掛板鍛件圖圖紙模板導入，通過修改其字體、線條、尺寸等，便可完成碗頭掛板鍛件圖模板的設計。再將創建的三個工程圖模板導入為UG的默認模板。所得模板如圖4所示。最后，將圖2所示的碗頭掛板三維模型導入上述所創建的工程圖模板中，通過尺寸標注和對象屬性的填寫后，即可做完碗頭掛板鍛件圖的模板，再輔以用戶界面和程序設計，就可以實現工程圖的自動生成。圖3、4所示的分別是UG默認工程圖模板縮略圖和碗頭掛板鍛件圖模板。

圖3 UG默認工程圖模板縮略圖

圖4 碗頭掛板鍛件圖模板

2.3 報價單模塊設計

該報價模塊，使用Excel VBA創建報價單樣板，并通過VC程序設計實現報價單樣板與UG軟件的鏈接，通過UG中的按鈕操作就可以進入報價單的設計，并能實現數據的傳送。

首先，進入UG軟件提供的Excel電子表格，并制作報價單模板。然后，新建一個一個工作表，并進入報價模塊用戶界面，建立材料工作表，包括材料牌號與材料單價；同時創建詢價單位工作表，包括單位名稱、電話、傳真、單位地址和郵編等信息。利用Excel VBA功能，為報價模塊中所用到的控件，編配程序代碼，將其與數據庫建立鏈接，同時將數據輸出到報價單模塊中相應的表格處，這樣就完成了報價單的設計。

如圖5所示為報價模塊用戶界面：

圖5 報價模塊用戶界面

3 實例檢驗

以WS—32S碗頭（如圖6）掛板的模鍛設計為例，檢驗過程如下：

1）參數化設計模塊檢驗。從WS—32S碗頭掛板三視圖中，提取出與UG界面對話框中對應的尺寸參數，輸入對話框，即可獲得新的碗頭掛板零件的三維模型。

2）報價模塊檢驗。進入電子表格編輯窗口，在報價單模塊中填寫零件圖號、鍛件重量并檢驗填寫是否正確。然后點擊報價單工作表，此時報價單已經填寫完成。

3）工程圖模塊檢驗。本文以模鍛工藝卡片為例來驗證工程圖模塊設計的正確性，在碗頭掛板三維模型界面下打開已創建的碗頭掛板模鍛工藝卡片模板，將碗頭掛板導入，即可得到碗頭掛板的模鍛工藝卡片。

如圖6、7所示：

4 結束語

1）本文借助UG二次開發工具，對碗頭掛板類模鍛件的CAPP系統展開研究，有效的節省了工人的勞動時間，為企業創造更多的經濟效益，在中小型模鍛件企業中已經得到應用[5]。

圖6 WS—32S碗頭掛板模鍛工藝卡片

圖7 報價單打印版

2）碗頭掛板作為異型模鍛件的一種，具有很好的代表性，希望碗頭掛板CAPP系統的建立，作為一種開發經驗和研究導向，能促進更多更復雜異形件CAPP系統的開發。并展望能夠結合CAE/CAM軟件，實現異型模鍛件設計、分析、制造的一體化。

[1]李宏,董長雙.CAPP的應用分析及發展趨勢[J].山西冶金,2005,97(1),42.

[2]朱春東,張在陽,劉宇峰.基于UG二次開發模鍛CAPP系統研究[J].制造業自動化,2009,(31),52.

[3]劉新宇,王高潮,竇蓉,等.基于UG的模具CAD/CAPP/CAM集成系統的研究[J].模具制造,2003,11(8),6-9.

[4]魏崢,江洪.UG NX3基礎教程[M].北京：機械工業出版社,2006.

[5]魏敏,馬云,葛云,等.中小型企業CAPP技術應用研究[J].機械研究與應用,2005,18(2),8.