基于UG的工裝一鍵設計

王 鵬，王 亮

（西安航天發動機廠，陜西 西安710100）

0 引言

工裝一鍵設計的目的是存儲設計的整個過程，設計出可以衍生一系列工裝的種子模型。在工裝設計過程中，尤其是產品的研發階段，產品往往只是尺寸不同而結構相似，映射到幾何模型中，就只是幾何信息不同拓撲信息相同，工裝一鍵設計的過程中用一組參數約束幾何圖形的一組尺寸，參數與設計對象的控制尺寸對應顯示，當賦予不同的參數序列時，就可以驅動原有幾何模型達到新的目標幾何圖形。進行一鍵設計的關鍵是建立圖形幾何尺寸與參數的關聯，通過數值驅動方法實現幾何模型的變化。因此，在對被加工零件進行拓撲結構歸類的基礎上建立參數化模型，并通過UG中的表達式工具、WAVE技術等實現被加工零件與工裝各零部件間尺寸關系。保證設計過程中幾何拓撲關系一致，同時提取幾何特征參數并進行用戶化命名，建立幾何信息和參數的對應機制，運用UG/Open Grip語言，創建快捷參數錄入界面，實現零件及工裝參數表達式（Expression）的前臺編輯，即參數賦值，從而編輯幾何實體。利用UG制圖功能為生成的幾何實體創建工程圖，視圖與模型具有全關聯性因而自動更新，實現工裝從模型到圖紙的一鍵設計。

1 參數化設計過程

1.1 分析產品結構，建立合理化數學模型

針對具有形狀相似尺寸不同的被加工產品，首先歸納其共性，提取其具有相同特點的尺寸，根據被加工產品結構特點考慮其工裝結構，并建立起被加工產品與機床夾具各零件間的尺寸依賴關系，這種依賴關系貫穿整個設計過程，也是參數化設計的關鍵。

現以實際工作中的線切割工裝為例，說明整個參數化設計過程。被加工零件屬于半管類，線切割加工兩端余量及中截面，其結構如圖1所示，結構尺寸見表1。

表1 被加工零件關鍵結構尺寸Tab.1 Key dimensions of the parts to be machined

圖2 初步擬定的工裝設計方案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壓緊被加工產品的壓塊；③將夾具、壓塊、被加工產品固定的螺釘螺母及壓板。根據以上初步方案建立線切割工裝與被加工產品之間的尺寸依賴關系（見表2）。

根據線切割加工特點及被加工零件結構特點初步制定線切割工裝關鍵零部件設計方案簡圖如圖2。此結構是半管類零件余量加工中的典型工裝結構。

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

1.2 運用UG/WAVE技術建立參數化裝配體模型

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

UG/WAVE的詳細設計領域中能實現相關的上下文設計，它提供了一種可以實現整套產品零件相關部件間建模技術，允許從裝配中任一組件部件拷貝幾何體（線、面、體等）到當前工作部件中，如圖3所示。在當前工作部件中形成的鏈接幾何體與原幾何體是相關的。當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生更新，從而維持設計的完整性和意圖。

圖4為被加工產品主要尺寸表達式，其中D為管徑，R為回轉半徑，af=α為回轉角度，thick=δ為壁厚。通過表達式中的具體尺寸可以創建出如圖1中的被加工零件的三維模型。形成被加工產品三維模型的草圖作為貫穿整個設計過程關鍵變量，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，通過鏈接草圖結合UG中的相關命令創建夾具體的定位面和壓塊與產品的接觸面。這樣一來，當更改了被加工產品的草圖尺寸時，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構的創建：由于采用WAVE技術，并且夾具體和壓塊與被加工產品的接觸面的創建都來自同一個草圖的鏈接，因此創建的裝配體裝配關系自然確定，夾具體和壓塊的關鍵外輪廓尺寸如圖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，可以利用圖4表達式工具欄“創建部件間引用”工具，將被加工產品的關鍵尺寸表達式引用到夾具體和壓塊表達式中，再根據表1中的換算公式，建立起依賴于被加工產品關鍵尺寸的表達式。這樣一來，當被加工產品的尺寸發生變化，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化設計過程，工裝主要零件的結構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構尺寸，可以驅動整套工裝裝配體結構尺寸發生相應的更改。

1.3 運用UG/Open Grip語言創建快捷參數錄入界面

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

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，只要驅動被加工產品的4個尺寸（半管直徑D，回轉半徑R，回轉角度α，管壁厚δ），就可以得到相應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格式的執行程序文件，當運行該程序后會得到圖5(a）左邊的參數錄入對話框，對話框默認是當前被加工產品的結構尺寸參數，輸入新的尺寸，整套線切割工裝就會更新，得到新的被加工產品的線切割工裝。例如，輸入圖5(b)左邊參數對話框的參數，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。這時當點擊半管線切割夾具按鈕時，就會彈出參數錄入對話框，直接輸入新的尺寸參數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建

工裝結構設計完成后就要將其轉換為工程圖紙，用于加工制造。采用一鍵設計方法可以免去大量的尺寸標注、明細表及標題欄填寫、技術要求書寫等繁瑣重復性工作，大大節省工程圖的創建時間。當創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，由于工裝結構類似，因此圖紙上所需視圖的數量及各視圖的視角、表達方式是完全一致的。各視圖的顯示比例依然可以參數化控制調整到最適合尺寸。因為標注的尺寸與模型相關聯，所以當參數改變時圖紙上尺寸自動更新，技術要求及明細表標題欄則可以繼承原先內容保持不變。因此參數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計。

3 結論

采用上述工裝一鍵設計的方法，可以高效、精確地衍生出結構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計中不僅能縮短設計周期，而且可以提高設計的質量和水平，維護設計的完整性。

[1]饒錫新,傅航.基于UG的風機葉片參數化建模方法[J].南昌大學學報,2010,12(4):335-338.

[2]王良文,杜文遼,崔紀雷,等.自動機械中槽輪機構的參數化設計與仿真[J].機械設計,2006,23(12):44-46.

[3]Unigraphics Solution Inc.UG WAVE產品設計技術培訓教程[M].北京:清華大學出版社,2002.

[4]沈玲莉.基于NX的凸輪輪廓參數化設計[J].機械工程與自動化,2010,12(6):176-180.

[5]劉瑞已.線切割加工的工藝技巧探索[J].機床與液壓,2006,4(4):232-233.

[6]陳力德,趙海霞.機械制造裝備設計[M].北京:國防工業出版社,2009.

[7]徐武彬,尹輝俊.基于SOLID EDGE的凸輪三維設計系統的研究[J].機械設計,2002,19(6):33-35.

[8]楊春雨,趙立海,來慶秀.錐圍帶線切割夾具的參數化設計[J].汽輪機技術,2004,2(1):79-81.

[9]王慶林.UG/OPEN GRIP實用編程基礎[M].北京:清華大學出版社,2002.

[10]夏天,吳立軍.UG二次開發技術基礎[M].北京:電子工業出版社,2005.