基于NX 10/PTS的工藝裝備快速設計研究

陳小軍

（航空工業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，給設計工作帶來極大的便捷。

1 PTS應用場景與優勢

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境下更是如此，效率十分低下。因此需將工裝三維模型參數化，此后設計時只需輸入工裝模型的幾個關鍵的參數，在NX中尺寸驅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快速設計。

1.2 工裝快速設計的現狀

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），或者是專業定制的國家標件或者行業標準件。這些經過二次開發的專業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專業定制，其擴展性和維護性就顯得比較薄弱，需要專業團隊維護。同時互聯網存有大量免費共享的各類二次開發的快速設計專業模塊和外掛系統，其準確性權威性就很難甄別，只能用于業余愛好使用，一旦應用于工廠生產容易適得其反。

1.3 同平臺其它工具對比（優勢）

模塊化（參數化）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，如外包給專業公司定制則費用較高，一般小型公司很難承受。而產品模塊工作室，既有二次開發般的友好的可視化交互界面，又有許多實用的參數化設計功能模塊，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環境，左側是功能區，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——產品模塊工作室，特別提示需要正確配置JAVA系統環境才能正常啟動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化，再進入PTS模塊構建可視化的零件調用界面，如圖1所示左側是PTS里參數化制作模塊，右側是調用模塊圖，簡單設置即可建立如系統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欄，選擇參數的類型一般有輸入、列表、測量值等，即可生成相應的對話框來控制參數，另在PTS中添加可視化規則可實現部件族沒有的可控的參數設計。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范化命名，命名一定要能充分表達參數化設計特征，方便管理和檢索。

一整套工裝在NX里本質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鏈接來逐級傳遞參數。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，逐級傳遞裝配參數實現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，調入工件零件模型，在殼體模型上右鍵調出編輯可重用組件，就出現下圖的模板瀏覽器，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節。只需工件（被加工零件）模型相似，即便非專業人員（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實際零件的相關參數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：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協同平臺的用戶，可以利用在線資源庫統一管理，無需單獨配置本地庫。功能豐富的工裝設計PTS模塊庫常由多人協同完成，每個角色設計的模塊如果按統一規范操作。如有開發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，采用統一的規范制作模塊歸檔入庫，確保設計方案正確，工程圖完備。而規范統一的命名規則是快速檢索的基礎，這些操作規范和命名規范都需要做頂層設計全局考量，滿足日后快速調用。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化

隨著PTS工裝設計系統模塊庫不斷完善，工裝設計流程也隨之發生改變如圖5、圖6按規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用，如不包含則根據需求（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 開發管理流程圖

圖6 工裝設計優化流程圖

3.3 局限性和發展趨勢

利用PTS模塊搭建的組件模型時，每次調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，特別是有確定參數的標準件一般還是采用類似系統集成的GB件之類的，或者部件族一類的方法構建。而參數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，逐步出現采用二次開發的基于模型驅動和基于裝配特征的快速裝配技術也是未來發展方向，可變形組件也變得越來越智能化，操作越發簡易化。

4 結語

通過介紹PTS模塊功能，從參數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。