文章作者在長期利用UG進(jìn)行機械設(shè)計的過程中，總結(jié)出了一種簡單實用的方法，利用最常用的設(shè)計模塊――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。這種方法簡單，對使用者的UG技巧要求低，且不需要另外購買運動分析模塊，在實際應(yīng)用中已得到推廣，使用效果非常好。

　　摘 要：文章針對設(shè)計中出現(xiàn)的變形零件和一些運動分析的模擬出現(xiàn)的一些弊病進(jìn)行剖析，推出一種簡單、低成本的設(shè)計思路，實現(xiàn)了對設(shè)計產(chǎn)品的運動狀態(tài)分析和模擬，并詳細(xì)介紹了具體的實現(xiàn)方法。

　　關(guān)鍵詞：高級工程師職稱論文,unigraphic NX,變形件,變形,運動仿真

　　前言

　　Unigraphic NX是目前最受歡迎的3D設(shè)計軟件之一，其功能強大，模塊豐富，在機械設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛。Unigraphic NX不僅有建模模塊可以實現(xiàn)3D建模，還有運動分析模塊可以實現(xiàn)對運動狀態(tài)的模擬分析，便于設(shè)計者直觀地判斷干涉情況、空間使用情況、部件運動的中間狀態(tài)等，是非常實用的功能。但由于絕大多數(shù)的使用者設(shè)計的產(chǎn)品對部件運動狀態(tài)的分析要求較低，頻次不高但又有使用的需求，在這種情況下單獨購買運動分析模塊就顯得過于浪費。

　　1 常規(guī)解決方案及存在的問題

　　在機械設(shè)計中有時會出現(xiàn)一些部件狀態(tài)在使用中會發(fā)生改變的變形設(shè)計，大致可分為三大類：

　　一類為由于工作狀態(tài)時和自由狀態(tài)時參數(shù)不同，形狀隨之改變的零件。例如壓縮彈簧，工作狀態(tài)時壓縮或拉伸彈簧，彈簧的長度會發(fā)生改變。

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

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

　　以往對第一、二類情況的解決方案是：有多少個零件狀態(tài)就設(shè)計多少個零件數(shù)模，并賦予多少個文件名。但在裝配結(jié)構(gòu)中只裝配原始狀態(tài)的零件;對第三類情況的解決方案是：將每個零件做成一個文件，然后將其裝配起來，形成一個裝配文件。每個工作位置有一個裝配文件。這兩種解決方案的弊端有：

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

　　(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)與實際工作狀態(tài)存在差異，這在數(shù)模上看就會出現(xiàn)干涉、裝配位置不正確、零件狀態(tài)與工作狀態(tài)不符等錯誤顯示。

　　(3)由于零件狀態(tài)不同命名也不同，在對零件做修改時，往往很難找到該零件的全部狀態(tài)文件，這就無法保證所有零件狀態(tài)的關(guān)聯(lián)更改，使用中出現(xiàn)錯誤的概率很高。且同一個零件，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)，這就會出現(xiàn)加工零件號與裝配零件號不一致的情況，易造成管理混亂。

　　(4)該類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)需求千差萬別，很難設(shè)計出滿足所有的使用狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件，導(dǎo)致這類零件很難實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

　　2 采用變形部件功能實現(xiàn)零件變形的解決方案

　　對于上述幾種方法存在的問題，經(jīng)過實踐摸索，總結(jié)出來采用Unigraphic NX中的變形部件功能是一個很好的解決方案。

　　可變形部件命令設(shè)計的原理是：單個零件文件中，將需要變形的參數(shù)或形狀定義為可變形，在設(shè)計中調(diào)用該零件時，就可以在裝配文件中改變其參數(shù)和形狀，同時可以保持零件源文件中的參數(shù)和形狀不變，這就達(dá)到了零件在單個文件和裝配文件中可以有不同形狀的目的。具體的設(shè)計方法有：

　　第一類零件例如彈簧類，可以先按彈簧的自由高度設(shè)計，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)距長度，即可以呈現(xiàn)出不同的使用條件下的伸長量。

　　第二類零件以軟管為例：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。

　　第三類零件設(shè)計以氣缸為例：雖然此類的零件為裝配件，但在建立數(shù)模時可以將其視為一個零件，這樣可以節(jié)約大量的取號資源。設(shè)計時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處理此類零件有如下優(yōu)點：

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

　　(2)設(shè)計者只需要設(shè)計出一種默認(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)用者來控制，這使此類變形零件設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)件成為了可能。

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

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

　　(5)在同一個裝配文件中多次使用到同一變形部件時，也可以方便地通過對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)，所見即所得。

　　(6)在工裝設(shè)計中，一般要研究部件的的使用狀態(tài)、運動軌跡，需要使用UG的高級功能――運動分析模塊，該模塊對使用者的UG水平有較高的要求，且購買運動分析模塊價格昂貴。然而運用定義可變形部件命令，只需簡單的修改變形參數(shù)，就可達(dá)到運動模擬的效果，使用方法簡單，無需另外購買許可，無需額外增加軟件成本。 　　3 利用變形命令實現(xiàn)氣缸數(shù)模變形

　　經(jīng)過上文描述我們可以看到，通過巧妙的利用變形命令可以表達(dá)出氣缸、滑塊、電機、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”命令對零部件進(jìn)行變形設(shè)計。

　　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)模時有以下幾點需要注意：

　　(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兩個特征導(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做變形處理，就需要將活塞桿的伸長量做個參數(shù)設(shè)計，以便能做將來的變形參數(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)計命令已經(jīng)不能滿足要求，這就要使用同步建模的命令來實現(xiàn)了。具體步驟為：

　　(1)選擇菜單中的“插入”-〉“同步建模”-〉“移動面”命令

　　(2)在“選擇面”選項中，選擇特征面，選中活塞桿特征

　　(3)在“選擇變換”選項中選擇距離作為變換方式

　　(4)在“選擇方向矢量”時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，否則將來更改氣缸伸長量后發(fā)現(xiàn)氣缸體與活塞桿脫離現(xiàn)象。

　　(5)在距離中填寫要移動的數(shù)值，該數(shù)值一般為第一個使用者需要的數(shù)值，也就是氣缸夾緊時的氣缸伸長量。

　　圖1 利用“移動面”命令設(shè)置需要變形的參數(shù)

　　3.3 設(shè)置伸長量的抑制表達(dá)式

　　如果在上一步驟中“距離”值中填寫的值不為零，則此步省略

　　如果上一步中的“距離”為零的狀態(tài)下就會出現(xiàn)錯誤提示“值必須大于零”。由于當(dāng)移動距離設(shè)置為“0”時，表示不移動，而不移動又說明根本不需要移動命令，故會出現(xiàn)錯誤提示。然而有時設(shè)計者就需要氣缸伸長量為0時作為夾具的工作狀態(tài)，移動面用不了，又不能形成變形的參數(shù)，沒辦法對其進(jìn)行控制，這種情況下可以利用抑制表達(dá)式的命令來解決這個問題：

　　(1)將伸長量隨意寫入一個不為0的值，先保證移動面能正常操作。

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

　　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

　　點擊下一步將伸長量表達(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)計者將變形量設(shè)置超過氣缸行程)，點擊完成，完成設(shè)置。填寫完必要的屬性后點擊保存，完成變形氣缸的設(shè)計。

　　圖3 更改伸長量的表達(dá)式

　　4 變形氣缸的使用

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

　　工裝夾緊狀態(tài) 設(shè)置氣缸伸長量為0時的工裝打開狀態(tài)

　　圖4 氣缸變形前后的狀態(tài)變化

　　5 結(jié)束語

　　在工裝設(shè)計中利用Unigraphic NX軟件中的定義可變形組件功能處理變形零件和運動組件的多種狀態(tài)的處理，適用范圍廣，難度低，可以節(jié)約取號資源，簡化設(shè)計、擴充了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的模式，給工裝設(shè)計提供了一種提高效率的有效途徑，特別是利用變形功能來替代簡單的運動仿真，更是大幅降低了IT成本，給工裝設(shè)計開拓了一個新思路。