基于UG的装配件变型设计方法研究

唐 焱，李 光，叶仿拥，蓝毓胜，林伟通

（1.桂林电子科技大学 机电工程学院，广西 桂林 541004；2.广西右江矿务局，广西 田东 531500）

1 引言

随着市场竞争的加剧，企业间竞争开始转向基于生产效率和客户要求的竞争[1]，因而催生了大批量定制生产模式（MC－Mass Customization）。MC 技术的主要内容包括产品配置设计和变型设计[2]。其中，变型设计可以充分地重复利用企业已有的产品资源，快速地完成产品设计，降低设计成本，提高产品质量，使定制生产方式的成本和效率接近大批量生产模式。因此，变型设计是MC的关键技术之一。目前，参数化技术在变型设计中较为常用。目前国内关于零件参数化变型设计的研究较为广泛。如：文献[3]等关于UG NX的二次开发技术；文献[4]关于SolidWorks的二次开发技术，文献[5]关于Pro/ENGINEER的三维零件的参数化设计；文献[6]关于Pro/ENGINEER的二次开发技术等。以上技术均可较好地支持零件变型设计。此外，在文献[7]的UG/Open 二次开发实例精解中，还研究了装配件尺寸参数的修改方法和产品自动装配技术，为装配件变型设计提供了较好的思路，具有深入研究的价值。但以上方法通用性较低，设计者需进行后续开发和研究，以便于实现相对通用且高效的产品变型设计方法。鉴于此点，提出一种以参数化技术为基础，面向装配件的变型设计方法，即标准接口参数技术。同时，借助Visual C++6.0 和UG/Open 对UG NX 进行二次开发，实现相对较通用的装配件变型设计方法。

2 产品建模分析

目前，面向制造业产品的建模方法分为两种：自底向上、自顶向下。自底向上首先从产品的单个底层零件开始建模，重点考虑零件的结构、功能、性能和成本等因素，因此，零件的通用性和灵活性较好[8]。但构建零件内外部参数关联较困难，使装配件变型设计受到了限制。自顶向下技术又称为骨架模型技术。一个产品设计的过程十分复杂，需经过功能设计—＞概念设计—＞详细设计—＞设计结果分析等阶段，此过程从产品的整体功能设计（顶层设计）出发，向下细分至底层零件的设计，故称为自顶向下设计[9]。但这又降低了零件的通用性和灵活性。

3 装配件变型设计

3.1 UG WAVE的应用

UG 所提供的UG WAVE 模块能够很好地实现自顶向下建模技术。它能够实现相关部件间建模，即基于一个部件的几何体及位置去设计另一部件[10]。针对装配件变型设计，对UG WAVE技术进行了简单开发，并以拉杆和把手的配合为例，验证其可行性。把手（拉杆外套）参数的工程图描述，如图1 所示。对零件进行相应的参数化编辑：p24=p22/2、p31=p24/2。

图1 拉杆外套工程图Fig .1 Drawing of the Handlebar

图中：p22—零件的驱动参数；p23、p25—固定参数。

下面将利用二次开发程序在装配件中构建零件gan。同时，gan 将自动与L_G 发生几何特征链接，使gan的直径受到L_G 上孔直径的驱动。

构建杆件之前，需要在UG 中新建一个装配文件l_n，将拉杆外套作为组件添加到工程中，然后在l_n 下新建一空的子节点gan，节点gan 即为将要构建的零件，在构建杆之前，图1的三维实体模型演示，如图2 所示。

图2 生成杆件之前Fig.2 Model Demonstration before Generation of the Member Bar

输入杆的长度为40，在节点文件gan 中创建杆。为创建gan后界面，如图3 所示。

图3 成功创建ganFig.3 Model Demonstration after Generation of the Member Bar

零件gan 并未提供参数信息，原因是长度参数位于后台，而其直径参数则是依赖于零件L_G 内特征参数而存在。故能够通过改变L_G 内相应参数来驱动gan 变型，从而达到变型的目的。图3的变型设计结果，如图4 所示。

图4 装配件l_n 变型结果Fig .4 Variant Result of Assembly Part 1 n

图4 结果表示驱动参数p22的值由30 变为10。变型过程中，在装配层建立了表达式L_G：：p22=10，其含义是将零件L_G中的表达式p22 引用到装配层，以方便装配件参数的修改，从而实现整体快速驱动。

3.2 POSI 接口技术

3.2.1 POSI 接口基本原理

参数化为零件级的变型设计提供了良好的技术平台，自顶向下为产品总体设计提供了现实可行的思路。根据这两种思想，提出一种标准接口参数（Parameters of standard interface—POSI）概念，可在装配件变型设计中得到应用。即以参数化技术构建零件内部参数关联的方法为基础，将零件间的关联参数以相同名称命名，并通过程序快速建立零件间同名参数链接。POSI 原理，如图5 所示。

图5 POSI 接口技术原理Fig.5 POSI Interface Technical Principle

3.2.2 基于POSI的装配件变型设计实例

根据POSI 原理，通过对花键配合的POSI 处理，对POSI 原理进行验证，具体操作与结果如下：

（1）参数分析：首先，根据两相匹配的零件参数特性分别对单个零件进行参数化处理，并定义两零件中的POSI。

①花键配合的轴毂零件主要参数的工程图描述，如图6 所示。

图6 花键毂工程图Fig.6 Drawing of the Spline Hub

根据图6 及零件模型特征对该轴毂零件进行参数化编辑，并定义POSI。参数关联：CA_1_DG=60；J_B=D_02*sin（CA_1_DG）/4；D_4=D_02*7/8；D_2=if（D_4＜40）。（D_4+20）else（if（D_4 ＞=40＆＆D_4＜80）（D_4+30）else（D_4+40））；H_1=L/5；H_2=L*3/5；D_1=if（D_2＜=80）（D_2+5）else（D_2+10）。其中参数L（键配合长度）、D_02（键槽所对应的花键孔直径）是已定义的POSI。

②花键轴零件主要参数的工程图描述，如图7 所示。

图7 花键轴工程图Fig.7 Drawing of the Spline Shaft

根据图7 及零件模型特征对该轴毂零件进行参数化编辑，并定义POSI。参数关联：J_DG=60、J_B=D_02*sin（J_DG）/4、H_03=L。其中L（键配合长度）、D_02（键对应的花键轴直径）为POSI 标准接口参数。由图6 可知，轴与轴毂零件完全不匹配。在三维CAD软件中，若强行装配会出现干涉现象。

（2）参数链接：根据POSI 接口思想和二次开发程序，对以上非匹配零件进行快速链接并修改，使之能够正确匹配。该方法首先通过中心和距离两种匹配方式，将h_j 和h_j_z 强行定位装配。装配后界面，如图8 所示。

显然，毂位于轴内部不正确。现调用开发程序获取该装配件中的参数信息，并建立标准接口间链接。根据所得参数信息选择标准接口，建立链接：h_j：：D_02=h_j_z：：D_02（表示毂的直径由轴的直径驱动）；h_j：：L=h_j_z：：L（表示配合长度参数由轴驱动）。更新组件，图8的更新后结果，如图9 所示。

图9 零件间建立链接后Fig.9 Interface after Components Being Linked

显然，毂的直径在受到了驱动，且轴与毂之间获得了正确的配合关系。图9的变型设计结果（h_j_z：：D_02=50），如图10 所示。证明POSI 接口可实现装配件变型设计。

图10 变型设计结果Fig.10 Result of the Variant Design

说明：在构建标准接口参数之前需对装配件进行表达式规范化操作，即除标准接口外，零件之间不允许出现同名参数，以保证标准接口的有效性。

4 结论

（1）基于自顶向下的装配变型设计方法的整体协调性较好，但单个零件的重用性和灵活性大大降低。（2）基于POSI的装配件变型设计方法能快速建立零件间参数关联，同时能够兼顾整体协调的要求，在一定程度上提高了装配件变型设计方法的通用性和设计效率。

［1］SUH N P.The principles of design［M］.2nded.New York：Oxford University Press，2000.

［2］祁国宁，顾新建，谭建荣.大批量定制技术及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2003.（Qi Guo－ning，Gu Xin－jian，Tan Jian－rong.Mass customization technology and its application［M］.Beijing：Machinery Industry Press，2003.）

［3］莫蓉.图表详解UG NX 二次开发［M］.北京：电子工业出版社，2008.（Mo Rong.Chart Detailed for secondary development of UG NX［M］.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2008.）

［4］徐国权，黄志超.基于SolidWorks的参数化设计二次开发研究［J］.机械设计与研究，2007，23（1）：68－87.（Xu Guo－quan，Huang Zhi－chao.Research on parametric design in its further development based on Solid Works［J］.Machine Design and Research，2007，23（1）：68－87.）

［5］杨青，陈东祥，胡冬梅.基于Pro/Engineer的三维零件模型的参数化设计［J］.机械设计，2006，23（9）：53－55.（Yang Qing，Chen Dong－xiang，Hu Dong－mei，Parameterized design of 3D component model based on Pro/Engineering［J］.Journal of Machine Design，2006，23（9）：53－55.）

［6］李世国，何建军.基于Pro/E 零件模型的参数化设计技术研究［J］.机械设计与研究，2003，19（3）：36－37.（Li Shi－guo，He Jian－jun，Research about parametric design technology ofpart－modelbased on Pro/ENGINEER［J］.Machine Design and Research 2003，19（3）：36－37.）

［7］侯永涛，丁向阳.UG/Open 二次开发实例精解［M］.北京：化学工业出版社，2007.（Hou Yong－tao，Ding Xiang－yang，UG/Open secondary development of fine examples of solutions［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2007.）

［8］沈振华.复杂产品变型设计方法研究及其应用［D］.杭州：浙江大学，2006.（Shen Zhen－hua.Research on variant design for complicated product［D］.Zhejiang University，2006.）

［9］刘文剑，金天国.产品自顶向下设计的研究现状及发展方向［J］.计算机集成制造系统－CIMS，2002，8（1）：1－6.（Liu Wen－jian，Jin Tian－guo.Research state and development directions of product top－down design［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems，2002，8（1）：1－6.）

［10］洪如瑾.UG WAVE 产品设计技术培训教程［M］.北京：清华大学出版社，2002.（Hong Ru－jin.Training course for UG WAVE product design technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2002.）