基于知識(shí)熔接技術(shù)的UG撥叉設(shè)計(jì)模塊開發(fā)

■ 常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 （江蘇常州 213011） 葛成榮

目前，UG軟件更多地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模工作，然而對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的工程師，一是UG建模功能不夠熟練，二是專業(yè)知識(shí)不夠清晰、系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的模型往往不合理或不準(zhǔn)確，需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師指導(dǎo)調(diào)整，如此往復(fù)就影響了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。因此，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)、原理和規(guī)范等專業(yè)知識(shí)結(jié)合到UG產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模工作中就十分必要，即使是經(jīng)驗(yàn)不足或建模不熟練的工程師也能第一時(shí)間設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的產(chǎn)品方案，工程師也能有更多時(shí)間思考產(chǎn)品的創(chuàng)新與優(yōu)化，而這正是知識(shí)工程與CAD技術(shù)相結(jié)合需要完成的任務(wù)。

因此，本文以撥叉零件的設(shè)計(jì)建模工作為例，探索并開發(fā)設(shè)計(jì)UG環(huán)境中撥叉產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模塊，用計(jì)算機(jī)語言表示出撥叉產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并賦予其可重用性，以便工程師快速、方便且準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

1. UG/KF知識(shí)熔接技術(shù)

UG系統(tǒng)中知識(shí)熔接技術(shù)是介于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)和KBE技術(shù)之間的邊緣技術(shù)，將知識(shí)工程技術(shù)集成到了UG系統(tǒng)。用戶可以通過UG/KF技術(shù)制定行業(yè)的工程知識(shí)庫及工程演算規(guī)則，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，從而快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模的工作。UG系統(tǒng)為用戶提供了一種面向?qū)ο蟮恼Z言，即知識(shí)熔接語言KF，KF語言主要用類（class）來描述，KF類可以涵蓋UG中的大部分功能，用戶可以利用KF語言創(chuàng)建自己的函數(shù)來表示自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和思路。利用UG/KF知識(shí)熔接技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的開發(fā)思路通?？梢苑譃槿糠?。

（1）進(jìn)行工程配置 即完成UG設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可視化操作，利用UG/Menuscript和UG/UIStyler兩個(gè)功能模塊，用戶可根據(jù)自己的要求設(shè)計(jì)出與UG同風(fēng)格的菜單、對(duì)話框和工具欄等用戶界面內(nèi)容。

（2）定義工程規(guī)則 用戶可以將過往積累的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)思路、解決問題的經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)技能等各類工程知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地整理，并通過計(jì)算機(jī)語言如C++、Java等（本文為UG二次開發(fā)語言KF）來制定相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程規(guī)則及演算方法，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)工程驅(qū)動(dòng)CAD系統(tǒng)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能。

（3）實(shí)現(xiàn)三維建模 通過UG/KF語言可以無縫實(shí)現(xiàn)UG自身的強(qiáng)大建模功能，利用UG設(shè)計(jì)模塊自動(dòng)生成三維建模的功能，用戶可以更加直觀地展示符合工程規(guī)則的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行工程檢查，便于工程師的方案介紹和后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2. 撥叉設(shè)計(jì)需要考慮的因素

由于撥叉是經(jīng)常需要設(shè)計(jì)開發(fā)的零件，因此本文以撥叉零件為例來闡述在UG環(huán)境中設(shè)計(jì)開發(fā)符合零件設(shè)計(jì)模塊的思路。首先我們需要對(duì)撥叉常用的設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)歸類總結(jié)。

撥叉是手動(dòng)變速器總成中一個(gè)重要的零件，通過撥叉駕駛者可以將駕駛室換擋桿上的換擋力傳遞至同步器齒套上，從而推動(dòng)同步器完成預(yù)同步、同步及掛入檔位等一系列換擋動(dòng)作，若撥叉設(shè)計(jì)不合理將會(huì)導(dǎo)致?lián)Q檔桿抖動(dòng)、換擋不平順等問題，另外作為換擋力最直接的作用物體，撥叉的抗疲勞、抗沖擊性能以及抗變形能力對(duì)整個(gè)撥叉設(shè)計(jì)來說也十分重要。

由于撥叉通常固定或浮動(dòng)在撥叉軸上，并與同步器齒套直接配合，因此對(duì)于撥叉的設(shè)計(jì)，其邊界條件或要求往往首先來源于這些零件。

（1）撥叉軸孔中心相對(duì)于齒套中心的位置 該參數(shù)確保撥叉與齒套配合的位置，尤其需要保證撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽直徑的配合，從設(shè)計(jì)上撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽應(yīng)該同軸線，否則換擋時(shí)可能造成撥叉腳面與齒套槽端面接觸不均勻。

（2）齒套槽直徑 為保證齒套槽面與撥叉腳內(nèi)圓弧面不相擦，再考慮到齒套在工作過程中存在一定的徑向圓跳動(dòng)，通常撥叉腳內(nèi)圓弧面直徑應(yīng)比齒套槽直徑大0.2mm左右。

（3）齒套槽擋肩直徑 考慮到齒套槽擋肩外圓上通常有0.5mm×45°的倒角，為保證撥叉腳面與齒套端面正常的接觸面積以及齒套發(fā)生側(cè)擺時(shí)仍能確保兩者的良好接觸，撥叉腳面的有效終止圓應(yīng)單邊至少能夠比齒套槽擋肩外圓大0.5mm。再考慮到撥叉腳面的加工工藝，在該終止圓弧與撥叉壁內(nèi)側(cè)圓之間應(yīng)該存在0.5mm左右的間隙以避讓刀具，這樣可以有效地保證換擋過程撥叉與齒套的配合性能。

（4）齒套槽寬 撥叉腳面的厚度取決于齒套槽寬的大小，首先兩者之間應(yīng)保持一定的間隙，確保非換擋時(shí)間不發(fā)生接觸磨損，且兩者的間隙值又直接影響了換擋時(shí)撥叉的行程以及是否可能發(fā)生換擋桿抖動(dòng)的問題。另外考慮到齒套槽端面的軸向圓跳動(dòng)，通常齒套與撥叉腳面之間的間隙值設(shè)計(jì)為0.3～0.4mm。

（5）撥叉腳面受力平衡度 由于撥叉屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在換擋過程中兩個(gè)腳面即使承受相同的作用力，撥叉腳的變形量也可能存在較大的差別，即兩腳面的受力平衡度不好。這會(huì)嚴(yán)重影響撥叉的使用強(qiáng)度和壽命，也會(huì)影響換擋的平順性，因此撥叉應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

3. 基于UG/KF的撥叉設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)

依據(jù)UG/KF建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)思路，本文開發(fā)的UG撥叉設(shè)計(jì)模塊也包含上述三個(gè)功能。

（1）用戶界面設(shè)計(jì) 該功能主要完成撥叉設(shè)計(jì)模塊的菜單和對(duì)話框的開發(fā)，應(yīng)用UG/Menuscript和UG/UIStyler二次開發(fā)的菜單和對(duì)話框擁有與UG同樣的界面風(fēng)格。根據(jù)本文對(duì)撥叉設(shè)計(jì)影響因素的研究和總結(jié)，該設(shè)計(jì)模塊中設(shè)定需要用戶輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：撥叉軸孔圓柱直徑、撥叉軸孔中心相對(duì)于齒套中心的位置、撥叉軸孔圓柱長(zhǎng)度、同步器齒套槽直徑、同步器齒套槽擋肩直徑、同步器齒套槽寬以及撥叉軸孔直徑。

根據(jù)UG/KF的開發(fā)方法，需通過記事本編輯出純文本格式的菜單腳本文件（.men）及UIStyler生成的可視化對(duì)話框文件（.dlg文件），即可完成用戶界面設(shè)計(jì)。其中菜單腳本和對(duì)話框文件程序示例如圖1所示，最終的菜單和對(duì)話框顯示效果如圖2所示。

（2）基于UG/KF語言的撥叉設(shè)計(jì)工程知識(shí) 根據(jù)同步器換擋原理和以往解決換擋問題的經(jīng)驗(yàn)，有關(guān)撥叉的問題主要體現(xiàn)在換擋桿抖動(dòng)、撥叉腳面磨損嚴(yán)重和撥叉腳面強(qiáng)度不足等。總結(jié)上述問題，在有經(jīng)驗(yàn)工程師的指導(dǎo)下，通過UG/KF語言編制符合工程知識(shí)和驗(yàn)算規(guī)則的驅(qū)動(dòng)程序（.dfa），該執(zhí)行文件的文件名需要和菜單執(zhí)行命令名（.actions）、對(duì)話框程序名（.dlg）保持一致，本文中這三種文件名均取為fork。為實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，本文將借用UG系統(tǒng)自身集成的KF類的方法來完成該工程知識(shí)規(guī)則的編輯，部分程序示例如圖3所示。

（3）撥叉設(shè)計(jì)模塊 在完成上述兩項(xiàng)工作后，用戶便可通過該設(shè)計(jì)模塊很方便地進(jìn)行撥叉零件的設(shè)計(jì)建模，本文以某撥叉產(chǎn)品的邊界條件為例進(jìn)行輸入，依次從UG軟件菜單欄中選擇“撥叉設(shè)計(jì)→一二檔撥叉設(shè)計(jì)”，即可彈出撥叉設(shè)計(jì)輸入的對(duì)話框，輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如圖4所示。點(diǎn)擊“OK”確認(rèn)后即可自動(dòng)生成符合工程知識(shí)的撥叉設(shè)計(jì)模型，如圖5所示。

圖1 用戶界面設(shè)計(jì)文件示例

圖2 最終的菜單和對(duì)話框顯示效果

圖3 基于UG/KF的工程知識(shí)規(guī)則部分程序

圖4 參數(shù)輸入對(duì)話框

圖5 自動(dòng)生成的撥叉設(shè)計(jì)模型

4. 結(jié)語

基于UG/KF技術(shù)建立的撥叉設(shè)計(jì)模塊繼承了以往總結(jié)的撥叉設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，避免了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中重復(fù)錯(cuò)誤的發(fā)生，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以減少撥叉產(chǎn)品繁瑣建模的重復(fù)工作，使設(shè)計(jì)工程師有更多的時(shí)間完成產(chǎn)品的創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)，值得在企業(yè)內(nèi)部推廣。另外，該方法可以推廣到變速器其他重要零件，即在UG軟件中建立專用的“零件設(shè)計(jì)庫”。