基于UDF的軌道車輛快速加工設計系統的開發及應用

郭玉亮，李 穎，母印亨，李 蕊，張恒智

（唐山軌道客車有限責任公司，唐山 063035）

基于UDF的軌道車輛快速加工設計系統的開發及應用

郭玉亮，李 穎，母印亨，李 蕊，張恒智

（唐山軌道客車有限責任公司，唐山 063035）

本文介紹了軌道車輛快速加工設計系統開發方案及實際應用情況。該系統是通過重點分析軌道車輛零部件的結構形式和加工特點，遵循參數化設計理念，在Pro/ENGINEER軟件基礎上通過二次程序開發建立起來的。軌道車輛快速加工設計系統實現了零部件三維模型加工特征的快速設計，有效縮短了產品研發周期，增強了企業的市場反應能力。

參數化；加工特征；Pro/ENGINEER；UDF；INI

企業產品大多是定型的，具有系列化、通用化或標準化的特點，多數新產品的開發只需對很少一部分零部件進行全新設計，絕大部分零部件都可以得到重用[1]。軌道車輛產品設計現狀也是如此，許多新產品都可以基于固有產品通過變形設計完成，也就是說不同產品間存在相同或者相似的結構特征，同一產品不同子系統也有許多相同或者相似的特征，尤其是加工特征，比如線纜線槽的長圓孔特征、側柱翼面切口特征、弧形端部馬蹄特征等，如圖1所示。使用Pro/ ENGINEER軟件提供的用戶自定義特征（UDF，User-defined Feature）功能，設計人員可以將常用的特征定義成準確規范的標準特征數據模板，在后續設計中，根據需要調用相關的UDF特征快速完成新零部件的加工特征設計，效率顯著提升，且符合設計標準化的要求。

圖1 馬蹄特征

1 系統設計與建立

1.1 系統結構

軌道車輛快速加工設計系統基于參數化思想進行開發，包括兩個主要部分：人機交互界面和加工設計系統數據庫。加工設計系統數據庫位為服務器端，用于存儲標準加工特征數據模板及參數列表等，由專業人員進行統一管控和數據模板擴充。設計人員通過人機交互界面調用標準特征數據模板，在遵循原設計意圖的情況下通過修改關鍵參數來改變幾何形狀，快速變形生成新產品零件的加工特征模型數據，其架構為C/S架構。

由于本企業三維設計環為Pro/ENGINEER軟件，為實現與快速加工設計系統的集成，并且保證二者的兼容性，本系統所有的二次開發全部調用了Pro/Toolkit開發包中的Pro/ENGINEER底層API函數，其程序架構如圖2所示。

圖2 程序架構圖

1.2 系統數據庫

軌道車輛快速加工設計系統數據庫按照層級的方式由若干個按零件名稱命名的文件夾組成，且級別可以根據要求進行快速配置，便于分類和檢索。每個文件夾對應一個標準加工特征數據模板，包括標準加工設計UDF特征和參數表。其中參數表中記錄著UDF特征名稱、參數代號、缺省參數值和參數說明。標準加工特征數據模板均可通過網絡被客戶端設計人員高效便捷地使用，比如上傳、下載或者修改等。

為了保證標準加工特征數據模板的準確性和可用性，對系統數據庫的管理設置了相關權限。新增、修改或者刪除模板必須經過嚴格的審核，經確認后，由管理員統一操作，確保數據源統一性和規范性。其系統架構如圖3所示。

1.3 人機界面

軌道車輛快速加工設計系統的前臺界面是體驗快速加工特征設計的第一關。因此，簡潔、易用、美觀的用戶界面是界面設計者與用戶的共同需求[2]。快速加工設計系統的界面如圖4所示。

圖3 系統架構圖

圖4 系統界面

界面說明如下：

（1）標準加工設計UDF特征參照選擇步驟及尺寸示意；（2）標準加工設計UDF特征選取和尺寸顯示及編輯；（3）標準加工設計UDF特征操作。

2 標準加工特征數據模板建立

整個模板數據需要提供的內容包括：UDF文件、提示圖片、后臺配置文件，其建立流程如圖5所示。

圖5 模板建立流程

2.1 分析特征需求

根據實際設計需求確定特征的定形尺寸和定位尺寸，孔特征定形尺寸包括孔長度、孔寬度、孔深度，定位尺寸包括離兩側邊的距離尺寸，變化規律為以上尺寸都應具有可編輯性。

2.2 特征創建

為了保證數據模板的通用性、特征的參照創建一般采用平板形式，建模草繪尺寸依據實際大小標注，特征和參照要分步驟創建，孔特征實例模型及草繪圖紙的效果如圖6所示。

圖6 孔特征實例模型及草繪

2.3 UDF創建

UDF可以是從屬，也可獨立，區別如下[3]：

從屬UDF：在運行時，從屬的UDF直接從原始模型獲得其值，因此要使從屬UDF有效，原始模型必須存在。如果在原始模型中改變尺寸值，它們會自動反映到UDF中。

獨立UDF：獨立的UDF將所有原始模型信息復制到UDF文件中。因此，獨立的UDF比從屬的UDF需要更多的存儲空間。如果改變參照模型，這些變化不會反映到UDF中。

考慮到快速加工設計工具的通用性，且確保不影響原始模型數據，本系統采用獨立UDF技術創建快速加工設計UDF特征。

（1）特征添加。選擇“工具”→“UDF庫”→ “創建”，建立新的UDF，命名為“changyuankong”，在“UDF選項”中選擇“單一的”，點擊“完成”，在彈出“是否選擇參照零件”對話框中選擇“否”，在新彈出的窗口中，選擇“添加”→ “選取”，選擇已創建的孔特征，完成特征添加。

（2）參照面添加。分別為每一個選中的參照輸入提示語：放置面輸入“surface1”，上側定位面輸入“surface2”，左側定位面輸入“surface3”。

（3）可變尺寸添加。選擇“可變尺寸項”→ “定義”，根據實際情況選擇需要設置變化的尺寸，由于本例中所有尺寸都需要實現可編輯性，所以選擇“選取全部”項，為每一個可變尺寸輸入提示語，點擊“確定”，完成UDF創建。

（4）提示圖創建。合理的圖示設計易于設計人員理解，從而避免操作錯誤，順利完成設計。如圖7所示。

圖7 提示圖

（5）后臺配置。為準確定義UDF特征及參數表的關聯關系，系統采用INI文件存儲特征參數，包括UDF特征名稱、參數代號、缺省參數值和參數說明等，孔特征INI文件配置參數如圖8所示。

圖8 INI配置

說明如下：

“[長圓孔]”為類別名稱；

“udf_file =”為UDF名稱；

“pic_file =”為提示圖片名稱

“Var_Dim_list =” 為尺寸代號；

“Var_Dim_Value_list =” 為尺寸默認值；

“Pic_Display_list =” 為行為參數代號；

“Remark_list =” 為行為參數說明。

3 系統應用

對于設計人員來說，軌道車輛快速加工設計系統的應用非常簡單，不用關心后臺數據模板是如何配置的，直接調用即可。目前，本公司已應用本系統進行多個軌道車輛產品的開發，涉及高速動車組、地鐵、普通碳鋼客車等系列。下面以線纜線槽長圓孔加工特征設計為例簡單說明。

（1）打開Pro/ENGINEER，建立線槽基礎模型，打開快速加工設計系統，根據需求選擇長圓孔加工特征，如圖9所示。

（2）根據圖示，輸入長圓孔的定形尺寸和定位尺寸，單擊“確定”，選擇放置面、上側定位面和左側定位面，即完成單個孔加工特征生成，如圖10所示。

圖9 長圓孔加工特征選擇

圖10 單個孔設計

（3）選中單個孔特征，單擊“陣列”，分別選擇x軸和y軸方向，輸入數量完成線槽多孔特征設計。如圖11所示。

圖11 多孔特征設計

4 結束語

本系統使設計人員減少草繪、標注、約束等繁瑣的重復性操作，實現了加工特征設計的參數化，且有利于設計時相同、相似特征的統一化和標準化。隨著標準加工特征數據模板的持續豐富，應用本系統設計成規模化，真正體現實用性價值。

[1]張 氫.基于知識的產品級參數化虛擬設計的可重用性研究[J].中國機械工程，2003，14（20）：1753-1756.

[2] 黃艷群，黎 旭，李榮麗.設計?人機界面[M].北京：北京理工大學出版，2007.

[3] 王奇亮，李方信.Pro/ENGINEER中UDF的創建和使用[J].機械，2003，30（6）：55.

責任編輯 徐侃春

Development and application of Rapid Machining Design System for rail vehicles based on UDF

GUO Yuliang, LI Ying, MU Yinheng, LI Rui, ZHANG Hengzhi
( Tangshan Railway Vehicle Co., Ltd, Tangshan 063035, China )

The paper introduced the development scheme of Rapid Machining Design System for rail vehicle and its practical applications. The System was designed through analyzing the structure of the vehicle parts and the machining features, followed the parametric design ideas, founded by redevelopment of program based on Pro/ENGINEER. The System implemented the rapid design of three-dimensional model machining features, shortened the product development cycle effectively, enhanced the market reaction ability of enterprise.

parameterization; machining feature; Pro/ENGINEER; UDF; INI

U270.8∶TP39

A

1005-8451（2014）10-0053-04

2014-04-04

唐山軌道客車有限責任公司科技研究開發項目（2014TCX074）。

郭玉亮，工程師；李 穎，工程師。