文章作者在長(zhǎng)期利用UG進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，總結(jié)出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，利用最常用的設(shè)計(jì)模塊――建模模塊中的命令模擬部件的不同狀態(tài)，從而達(dá)到替代分析的目的。這種方法簡(jiǎn)單，對(duì)使用者的UG技巧要求低，且不需要另外購(gòu)買(mǎi)運(yùn)動(dòng)分析模塊，在實(shí)際應(yīng)用中已得到推廣，使用效果非常好。

　　摘 要：文章針對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的變形零件和一些運(yùn)動(dòng)分析的模擬出現(xiàn)的一些弊病進(jìn)行剖析，推出一種簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析和模擬，并詳細(xì)介紹了具體的實(shí)現(xiàn)方法。

　　關(guān)鍵詞：高級(jí)工程師職稱(chēng)論文,unigraphic NX,變形件,變形,運(yùn)動(dòng)仿真

　　前言

　　Unigraphic NX是目前最受歡迎的3D設(shè)計(jì)軟件之一，其功能強(qiáng)大，模塊豐富，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛。Unigraphic NX不僅有建模模塊可以實(shí)現(xiàn)3D建模，還有運(yùn)動(dòng)分析模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬分析，便于設(shè)計(jì)者直觀地判斷干涉情況、空間使用情況、部件運(yùn)動(dòng)的中間狀態(tài)等，是非常實(shí)用的功能。但由于絕大多數(shù)的使用者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品對(duì)部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析要求較低，頻次不高但又有使用的需求，在這種情況下單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)運(yùn)動(dòng)分析模塊就顯得過(guò)于浪費(fèi)。

　　1 常規(guī)解決方案及存在的問(wèn)題

　　在機(jī)械設(shè)計(jì)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些部件狀態(tài)在使用中會(huì)發(fā)生改變的變形設(shè)計(jì)，大致可分為三大類(lèi)：

　　一類(lèi)為由于工作狀態(tài)時(shí)和自由狀態(tài)時(shí)參數(shù)不同，形狀隨之改變的零件。例如壓縮彈簧，工作狀態(tài)時(shí)壓縮或拉伸彈簧，彈簧的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生改變。

　　第二類(lèi)為裝配后的形狀會(huì)隨裝配條件而改變的零件。如通氣的軟管、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的膠條，剛開(kāi)始為自由狀態(tài)的形狀，但因?yàn)樗�是裝配在凹槽中的，裝配后就改變?yōu)榘疾鄣穆窂叫螤盍恕?/p>

　　第三類(lèi)為一組裝配件，其內(nèi)部部分部件的位置隨著設(shè)計(jì)的改變而改變，例如工裝設(shè)計(jì)中的常用的氣缸的伸縮量變化、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌中滑塊位置的變化、電機(jī)接線盒根據(jù)安裝空間不同選擇不同的安裝位置等。

　　以往對(duì)第一、二類(lèi)情況的解決方案是：有多少個(gè)零件狀態(tài)就設(shè)計(jì)多少個(gè)零件數(shù)模，并賦予多少個(gè)文件名。但在裝配結(jié)構(gòu)中只裝配原始狀態(tài)的零件;對(duì)第三類(lèi)情況的解決方案是：將每個(gè)零件做成一個(gè)文件，然后將其裝配起來(lái)，形成一個(gè)裝配文件。每個(gè)工作位置有一個(gè)裝配文件。這兩種解決方案的弊端有：

　　(1)變形零件不同的工作狀態(tài)占用一個(gè)不同的零件號(hào)，數(shù)模管理起來(lái)困難。

　　(2)由于加入到工裝總成中的零件往往只有最初狀態(tài)的一種，而最初狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)存在差異，這在數(shù)模上看就會(huì)出現(xiàn)干涉、裝配位置不正確、零件狀態(tài)與工作狀態(tài)不符等錯(cuò)誤顯示。

　　(3)由于零件狀態(tài)不同命名也不同，在對(duì)零件做修改時(shí)，往往很難找到該零件的全部狀態(tài)文件，這就無(wú)法保證所有零件狀態(tài)的關(guān)聯(lián)更改，使用中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率很高。且同一個(gè)零件，加工的狀態(tài)一般為自然狀態(tài)，而裝配的狀態(tài)為工作狀態(tài)，這就會(huì)出現(xiàn)加工零件號(hào)與裝配零件號(hào)不一致的情況，易造成管理混亂。

　　(4)該類(lèi)需要做變形處理的零件一般都是使用量較大的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，但由于不同的需求下的使用狀態(tài)需求千差萬(wàn)別，很難設(shè)計(jì)出滿足所有的使用狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件，導(dǎo)致這類(lèi)零件很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

　　2 采用變形部件功能實(shí)現(xiàn)零件變形的解決方案

　　對(duì)于上述幾種方法存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)實(shí)踐摸索，總結(jié)出來(lái)采用Unigraphic NX中的變形部件功能是一個(gè)很好的解決方案。

　　可變形部件命令設(shè)計(jì)的原理是：?jiǎn)蝹�(gè)零件文件中，將需要變形的參數(shù)或形狀定義為可變形，在設(shè)計(jì)中調(diào)用該零件時(shí)，就可以在裝配文件中改變其參數(shù)和形狀，同時(shí)可以保持零件源文件中的參數(shù)和形狀不變，這就達(dá)到了零件在單個(gè)文件和裝配文件中可以有不同形狀的目的。具體的設(shè)計(jì)方法有：

　　第一類(lèi)零件例如彈簧類(lèi)，可以先按彈簧的自由高度設(shè)計(jì)，然后使用定義可變形部件命令將彈簧的節(jié)距設(shè)置為可變形參數(shù)，換算出彈簧的高度公式后保存，在裝配文件中根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)置不同的節(jié)距長(zhǎng)度，即可以呈現(xiàn)出不同的使用條件下的伸長(zhǎng)量。

　　第二類(lèi)零件以軟管為例：先將軟管按自由狀態(tài)的形態(tài)繪制出，然后使用定義可變形部件命令，將軟管的裝配路徑設(shè)置為可變形路徑后保存，在裝配文件中根據(jù)裝配形狀的不同設(shè)置裝配路徑，就可以適應(yīng)于不同的裝配形狀要求。

　　第三類(lèi)零件設(shè)計(jì)以氣缸為例：雖然此類(lèi)的零件為裝配件，但在建立數(shù)模時(shí)可以將其視為一個(gè)零件，這樣可以節(jié)約大量的取號(hào)資源。設(shè)計(jì)時(shí)利用可變形部件命令，將活塞桿的伸縮量作為可變形參數(shù)保存，裝配文件中根據(jù)使用要求的不同利用變形命令調(diào)整活塞桿的伸長(zhǎng)量，就可以呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。

　　使用定義可變形部件的方法來(lái)處理此類(lèi)零件有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)由于用此類(lèi)方法設(shè)計(jì)的變形零件只需要建立一個(gè)源文件，其不同狀態(tài)的呈現(xiàn)是通過(guò)在裝配文件中設(shè)置變形參數(shù)和變形路徑來(lái)控制的，不需要根據(jù)零件狀態(tài)的不同建立新文件，數(shù)模層級(jí)清晰，管理方便。

　　(2)設(shè)計(jì)者只需要設(shè)計(jì)出一種默認(rèn)的狀態(tài)即可，在工裝夾具中變形零件的參數(shù)和形狀由調(diào)用者來(lái)控制，這使此類(lèi)變形零件設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)件成為了可能。

　　(3)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可以限定可變形部件的變形范圍，防止調(diào)用者在設(shè)計(jì)過(guò)程中將零件使用到不合理的狀態(tài)，例如：在氣缸的設(shè)計(jì)中，可定義氣缸里的活塞桿的伸長(zhǎng)量只能是從0到氣缸行程之間變化，電機(jī)接線盒的位置只能在0、90、180、270四個(gè)方面安裝，這就避免了出現(xiàn)氣缸超行程使用和電機(jī)接線盒安裝位置不符合廠家要求的情況出現(xiàn)。

　　(4)調(diào)用者只需要簡(jiǎn)單的修改變形參數(shù)，就可達(dá)到改變形狀的目的，操作簡(jiǎn)單，容易推廣。

　　(5)在同一個(gè)裝配文件中多次使用到同一變形部件時(shí)，也可以方便地通過(guò)對(duì)每一次裝配修改變形參數(shù)和裝載路徑而呈現(xiàn)出不同的使用狀態(tài)，所見(jiàn)即所得。

　　(6)在工裝設(shè)計(jì)中，一般要研究部件的的使用狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡，需要使用UG的高級(jí)功能――運(yùn)動(dòng)分析模塊，該模塊對(duì)使用者的UG水平有較高的要求，且購(gòu)買(mǎi)運(yùn)動(dòng)分析模塊價(jià)格昂貴。然而運(yùn)用定義可變形部件命令，只需簡(jiǎn)單的修改變形參數(shù)，就可達(dá)到運(yùn)動(dòng)模擬的效果，使用方法簡(jiǎn)單，無(wú)需另外購(gòu)買(mǎi)許可，無(wú)需額外增加軟件成本。 　　3 利用變形命令實(shí)現(xiàn)氣缸數(shù)模變形

　　經(jīng)過(guò)上文描述我們可以看到，通過(guò)巧妙的利用變形命令可以表達(dá)出氣缸、滑塊、電機(jī)、彈簧等的不同工況的狀態(tài)變化，下文將以氣缸為例，介紹如何利用UG NX中的“deform”命令對(duì)零部件進(jìn)行變形設(shè)計(jì)。

　　3.1 導(dǎo)入零部件數(shù)模

　　氣缸廠家一般都可以提供產(chǎn)品數(shù)模供使用，我們直接導(dǎo)出便可以應(yīng)用，在導(dǎo)出數(shù)模時(shí)有以下幾點(diǎn)需要注意：

　　(1)應(yīng)用廠家軟件可導(dǎo)出的三維數(shù)模的格式有多種，但只有iges、step兩種格式才能導(dǎo)入到Unigraphics NX中。又由于iges導(dǎo)出的為片體形式，不能方便的進(jìn)行操作，因此建議導(dǎo)出的氣缸數(shù)模格式為.step。

　　(2)為了方便氣缸做變形處理，要求氣缸體與活塞桿為分離式的，亦即導(dǎo)出氣缸體和活塞桿要以?xún)蓚�(gè)特征導(dǎo)出。

　　(3)PDM系統(tǒng)不能導(dǎo)入裝配結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)出的數(shù)模不帶裝配結(jié)構(gòu)。

　　3.2 設(shè)定需要變形的參數(shù)

　　既然想將氣缸的活塞桿在氣缸體中的位置能記錄下來(lái)做變形處理，就需要將活塞桿的伸長(zhǎng)量做個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)，以便能做將來(lái)的變形參數(shù)控制。由于導(dǎo)入到系統(tǒng)后的氣缸數(shù)模呈現(xiàn)為非參的特征，用一般的參數(shù)化設(shè)計(jì)命令已經(jīng)不能滿足要求，這就要使用同步建模的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)了。具體步驟為：

　　(1)選擇菜單中的“插入”-〉“同步建模”-〉“移動(dòng)面”命令

　　(2)在“選擇面”選項(xiàng)中，選擇特征面，選中活塞桿特征

　　(3)在“選擇變換”選項(xiàng)中選擇距離作為變換方式

　　(4)在“選擇方向矢量”時(shí)必須選擇氣缸桿上的矢量方向。切記不能選擇氣缸的圓柱面，否則將來(lái)更改氣缸伸長(zhǎng)量后發(fā)現(xiàn)氣缸體與活塞桿脫離現(xiàn)象。

　　(5)在距離中填寫(xiě)要移動(dòng)的數(shù)值，該數(shù)值一般為第一個(gè)使用者需要的數(shù)值，也就是氣缸夾緊時(shí)的氣缸伸長(zhǎng)量。

　　圖1 利用“移動(dòng)面”命令設(shè)置需要變形的參數(shù)

　　3.3 設(shè)置伸長(zhǎng)量的抑制表達(dá)式

　　如果在上一步驟中“距離”值中填寫(xiě)的值不為零，則此步省略

　　如果上一步中的“距離”為零的狀態(tài)下就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示“值必須大于零”。由于當(dāng)移動(dòng)距離設(shè)置為“0”時(shí)，表示不移動(dòng)，而不移動(dòng)又說(shuō)明根本不需要移動(dòng)命令，故會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。然而有時(shí)設(shè)計(jì)者就需要?dú)飧咨扉L(zhǎng)量為0時(shí)作為夾具的工作狀態(tài)，移動(dòng)面用不了，又不能形成變形的參數(shù)，沒(méi)辦法對(duì)其進(jìn)行控制，這種情況下可以利用抑制表達(dá)式的命令來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

　　(1)將伸長(zhǎng)量隨意寫(xiě)入一個(gè)不為0的值，先保證移動(dòng)面能正常操作。

　　(2)選擇菜單中的“編輯”-〉“特征”-〉“由表達(dá)式抑制”將移動(dòng)面特征創(chuàng)建為抑制表達(dá)式。該表達(dá)式的值默認(rèn)為1，表示不抑制，如果改為0，則移動(dòng)面的命令將被抑制掉。

　　3.4 修改該抑制表達(dá)式

　　在菜單中選擇“工具”-〉“表達(dá)式”命令，找到此抑制表達(dá)式，修改其值為如下條件表達(dá)式：

　　If(p0=0) 0 else 1

　　該表達(dá)式中P0為氣缸的伸長(zhǎng)量，也就是移動(dòng)面的距離值。該表達(dá)式的意思是：如果氣缸的伸長(zhǎng)量為0的話，那么移動(dòng)面的命令將被抑制;如果不為0，則移動(dòng)面特征不抑制，呈顯示狀態(tài)，再找到移動(dòng)面的表達(dá)式將其值改為0即可抑制命令而不出錯(cuò)。

　　3.5 設(shè)置氣缸變形功能

　　選擇菜單中的“工具”-〉“定義可變形部件”，在彈出的選項(xiàng)框中選擇除了氣缸體外的所有特征加入到右邊可變形部件特征框中，如圖2。

　　圖2 添加可變形的部件特征

　　點(diǎn)擊下一步將伸長(zhǎng)量表達(dá)式添加到可變形的表達(dá)式中去，選擇表達(dá)式規(guī)則為“按整數(shù)范圍”，設(shè)定最大值為氣缸的行程(防止設(shè)計(jì)者將變形量設(shè)置超過(guò)氣缸行程)，點(diǎn)擊完成，完成設(shè)置。填寫(xiě)完必要的屬性后點(diǎn)擊保存，完成變形氣缸的設(shè)計(jì)。

　　圖3 更改伸長(zhǎng)量的表達(dá)式

　　4 變形氣缸的使用

　　設(shè)計(jì)者將氣缸裝配到工裝中，選中氣缸并通過(guò)右鍵選擇“deform”命令，設(shè)置變形量就可以達(dá)到模擬氣缸打開(kāi)狀態(tài)的目的，并通過(guò)建立正確的約束關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)零部件的狀態(tài)改變。

　　工裝夾緊狀態(tài) 設(shè)置氣缸伸長(zhǎng)量為0時(shí)的工裝打開(kāi)狀態(tài)

　　圖4 氣缸變形前后的狀態(tài)變化

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　在工裝設(shè)計(jì)中利用Unigraphic NX軟件中的定義可變形組件功能處理變形零件和運(yùn)動(dòng)組件的多種狀態(tài)的處理，適用范圍廣，難度低，可以節(jié)約取號(hào)資源，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的模式，給工裝設(shè)計(jì)提供了一種提高效率的有效途徑，特別是利用變形功能來(lái)替代簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真，更是大幅降低了IT成本，給工裝設(shè)計(jì)開(kāi)拓了一個(gè)新思路。