基于UG的碗頭掛板參數(shù)化設(shè)計研究與實現(xiàn)

朱春東，張滿春，信昆峰

ZHU Chun-dong, ZHANG Man-chun, XIN Kun-feng

（武漢理工大學 材料科學與工程學院，武漢 430070）

0 引言

雖然，在當前的中小型模鍛企業(yè)中，軸對稱零件占據(jù)了模鍛件生產(chǎn)的主流，但是異形件的生產(chǎn)在模鍛件的使用和發(fā)展中，同樣不可或缺。目前，在中小型模鍛企業(yè)中，CAPP系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用已取得快速發(fā)展，并為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。但是，其研究主要集中在軸對稱模鍛件的CAPP系統(tǒng)開發(fā)，對異型模鍛件CAPP系統(tǒng)的開發(fā)卻很少見。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)工藝的設(shè)計方法編制工藝文件的話，則存在如下缺點[1]：

1）對工藝人員的經(jīng)驗和熟練程度要求較高；

2）編制工藝文件勞動強度高,重復(fù)勞動量大，效率低；

3）難以實現(xiàn)工藝文件的最優(yōu)化和信息共享；

4）不能將工藝專家的經(jīng)驗和知識集中起來加以充分地利用。

這對企業(yè)的技術(shù)能力、工藝能力無疑是個嚴峻的挑戰(zhàn)，所以，手工編制工藝很難適應(yīng)市場。另外，彎頭刮板類模鍛件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，已有的CAPP系統(tǒng)不能滿足其使用要求。所以，建立此類模鍛件的CAPP系統(tǒng)已經(jīng)成為當前社會的中小型企業(yè)發(fā)展的迫切需要。

1 基于UG的CAPP系統(tǒng)概述

系統(tǒng)利用UG、VC++6.0等軟件實現(xiàn)了碗頭掛板模鍛件的三維模型參數(shù)化設(shè)計，包括碗頭掛板建模參數(shù)的提取、表達式的應(yīng)用、三維模型的建立、尺寸約束，以及應(yīng)用程序工程的建立、程序的編寫、程序的編譯和程序的測試，并結(jié)合UG電子表格、VC++6.0編程和Excel VBA功能，建立了報價單模塊。實現(xiàn)了碗頭掛板的三維模型的參數(shù)化設(shè)計，同時也實現(xiàn)了碗頭掛板體積、重量和復(fù)雜系數(shù)的自動計算和輸出，以及報價單的快速生成。

另外，利用在UG環(huán)境下對UG/Open API、UG/Open GRIP、UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler的合理使用，同時借助VC++編程以及其它一些輔助軟件（EXCEL電子表格、PDF出圖等）的操作[2]，通過模具圖自動生成和報價模塊的建立，實現(xiàn)對該系統(tǒng)的優(yōu)化，通過對掛板類零件CAPP系統(tǒng)的開發(fā)，拓展了CAPP系統(tǒng)在異形模鍛件的應(yīng)用，技術(shù)路線框圖如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

2.1 參數(shù)化建模模塊設(shè)計

在此系統(tǒng)中，采用三維模型與程序控制相互結(jié)合的方式，三維模型通過UG的交互界面來創(chuàng)建，而不是由程序來創(chuàng)建。在創(chuàng)建好的三維模型基礎(chǔ)上，根據(jù)部件的設(shè)計要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設(shè)計參數(shù)。參數(shù)化程序針對該部件的設(shè)計參數(shù)進行編程，實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)的查詢、修改，根據(jù)新的參數(shù)值更新模型從而實現(xiàn)設(shè)計變更。

首先，從碗頭掛板類零件的三視圖中提取建模的主要參數(shù)，以此建立尺寸表達式，然后，應(yīng)用UG的建模模塊進行碗頭掛板的三維模型設(shè)計，按照普通零件的建模方法即可，但是在輸入草圖參數(shù)和特征參數(shù)時，必須輸入之前建立的表達式參數(shù)，實現(xiàn)尺寸約束。再應(yīng)用UG MenuScript菜單技術(shù)編寫菜單文件，并進入UIStyler可視化界面模式，設(shè)計用戶界面對話框，最后通過一系列編程，就可以在UG界面下實現(xiàn)碗頭掛板三維模型的參數(shù)化設(shè)計[3,4]。下圖2為更新表達式值后的碗頭掛板：

圖2 更新表達式值后的碗頭掛板

2.2 工程圖模塊設(shè)計

在整個工程圖模塊中，研究重心在于實現(xiàn)鍛件圖、模鍛工藝卡片和熱處理工藝卡片的自動生成。因為在實現(xiàn)工程圖自動生成的設(shè)計中，鍛件圖、模鍛件工藝卡片和熱處理工藝卡片的基本原理是相同的，所以，本文將著重介紹碗頭掛板鍛件圖自動生成模塊的設(shè)計。

設(shè)計的關(guān)鍵在于充分利用AutoCAD軟件在二維圖創(chuàng)建方面的優(yōu)勢，和UG軟件在工程圖控制方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)工程圖模板的dwg格式和prt格式的轉(zhuǎn)換。在創(chuàng)建工程圖模板過程中，需要首先根據(jù)鍛件圖、模鍛工藝卡片和熱處理工藝卡片的圖紙布局和標題欄設(shè)計，創(chuàng)建出空白工程圖模板。將之前保存的prt格式的碗頭掛板鍛件圖圖紙模板導(dǎo)入，通過修改其字體、線條、尺寸等，便可完成碗頭掛板鍛件圖模板的設(shè)計。再將創(chuàng)建的三個工程圖模板導(dǎo)入為UG的默認模板。所得模板如圖4所示。最后，將圖2所示的碗頭掛板三維模型導(dǎo)入上述所創(chuàng)建的工程圖模板中，通過尺寸標注和對象屬性的填寫后，即可做完碗頭掛板鍛件圖的模板，再輔以用戶界面和程序設(shè)計，就可以實現(xiàn)工程圖的自動生成。圖3、4所示的分別是UG默認工程圖模板縮略圖和碗頭掛板鍛件圖模板。

圖3 UG默認工程圖模板縮略圖

圖4 碗頭掛板鍛件圖模板

2.3 報價單模塊設(shè)計

該報價模塊，使用Excel VBA創(chuàng)建報價單樣板，并通過VC程序設(shè)計實現(xiàn)報價單樣板與UG軟件的鏈接，通過UG中的按鈕操作就可以進入報價單的設(shè)計，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。

首先，進入UG軟件提供的Excel電子表格，并制作報價單模板。然后，新建一個一個工作表，并進入報價模塊用戶界面，建立材料工作表，包括材料牌號與材料單價；同時創(chuàng)建詢價單位工作表，包括單位名稱、電話、傳真、單位地址和郵編等信息。利用Excel VBA功能，為報價模塊中所用到的控件，編配程序代碼，將其與數(shù)據(jù)庫建立鏈接，同時將數(shù)據(jù)輸出到報價單模塊中相應(yīng)的表格處，這樣就完成了報價單的設(shè)計。

如圖5所示為報價模塊用戶界面：

圖5 報價模塊用戶界面

3 實例檢驗

以WS—32S碗頭（如圖6）掛板的模鍛設(shè)計為例，檢驗過程如下：

1）參數(shù)化設(shè)計模塊檢驗。從WS—32S碗頭掛板三視圖中，提取出與UG界面對話框中對應(yīng)的尺寸參數(shù)，輸入對話框，即可獲得新的碗頭掛板零件的三維模型。

2）報價模塊檢驗。進入電子表格編輯窗口，在報價單模塊中填寫零件圖號、鍛件重量并檢驗填寫是否正確。然后點擊報價單工作表，此時報價單已經(jīng)填寫完成。

3）工程圖模塊檢驗。本文以模鍛工藝卡片為例來驗證工程圖模塊設(shè)計的正確性，在碗頭掛板三維模型界面下打開已創(chuàng)建的碗頭掛板模鍛工藝卡片模板，將碗頭掛板導(dǎo)入，即可得到碗頭掛板的模鍛工藝卡片。

如圖6、7所示：

4 結(jié)束語

1）本文借助UG二次開發(fā)工具，對碗頭掛板類模鍛件的CAPP系統(tǒng)展開研究，有效的節(jié)省了工人的勞動時間，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，在中小型模鍛件企業(yè)中已經(jīng)得到應(yīng)用[5]。

圖6 WS—32S碗頭掛板模鍛工藝卡片

圖7 報價單打印版

2）碗頭掛板作為異型模鍛件的一種，具有很好的代表性，希望碗頭掛板CAPP系統(tǒng)的建立，作為一種開發(fā)經(jīng)驗和研究導(dǎo)向，能促進更多更復(fù)雜異形件CAPP系統(tǒng)的開發(fā)。并展望能夠結(jié)合CAE/CAM軟件，實現(xiàn)異型模鍛件設(shè)計、分析、制造的一體化。

[1]李宏,董長雙.CAPP的應(yīng)用分析及發(fā)展趨勢[J].山西冶金,2005,97(1),42.

[2]朱春東,張在陽,劉宇峰.基于UG二次開發(fā)模鍛CAPP系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動化,2009,(31),52.

[3]劉新宇,王高潮,竇蓉,等.基于UG的模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的研究[J].模具制造,2003,11(8),6-9.

[4]魏崢,江洪.UG NX3基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006.

[5]魏敏,馬云,葛云,等.中小型企業(yè)CAPP技術(shù)應(yīng)用研究[J].機械研究與應(yīng)用,2005,18(2),8.