基于UG的液壓支架自動裝配技術研究

□ 高 嘯 □ 田錫天

西北工業大學 CAPP與制造工程軟件研究所 西安 710072

UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software公司推出的當今世界上最先進的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺之一，廣泛應用于航空、航天、機械、汽車、船舶、模具和家用電器領域，不僅具有強大的實體造型、曲面造型、參數化造型、裝配和工程圖創建等功能，還提供了功能強大的二次開發工具UG/Open。用戶或第三方可以使用該開發工具，開發出基于UG系統的應用程序，實現UG系統與人的無縫集成，從而滿足用戶的特殊需求［1］［2］。

當今，對液壓支架各個部件進行三維建模后的手工裝配是非常繁雜的過程，不僅工作量大，且細微的疏忽會導致裝配干涉的出現。操作者在使用三維軟件進行裝配操作的過程中，各個零部件的裝配關系是確定的，且不同型號、不同規格的液壓支架的裝配位置與裝配方法基本一致，可以將這部分知識繼承整理，使計算機能夠利用這部分知識進行自動裝配。本文利用UG的二次開發工具UG/Open API對液壓支架的三維模型進行自動裝配，裝配后能有效及時地發現錯誤，修改相關方案，達到預期效果，從而大大減少了模型裝配時間，提高了工作效率。

1 自動裝配的設計原理

液壓支架主要由9部分組件裝配而成，包括底座、前后連桿（各兩根）、掩護梁、頂梁、立柱組（兩根）以及平衡千斤頂。圖1為液壓支架的裝配關系。

圖1 液壓支架裝配關系

UG的裝配是以樹型結構來組織裝配中的組件和零件，根據UG的定義，每一個裝配體有且只有一棵裝配樹，即只能存在一個樹根。顯然裝配樹根對于遍歷裝配樹中的零件是非常重要的，通常是遍歷的起點。在圖1中裝配樹的根是底座，底座上面連接著5個組件，即立柱組、左前連桿、右前連桿、左后連桿、右后連桿，本文稱之為部件事例Occurrence，它是在裝配環境下對實際存在的部件模型的一種引用，同時部件事例也可以理解為指向部件原型的指針。從圖1中可以看出，底座與它上面連接的5個組件是通過裝配約束連接的，本文稱之為部件實例Instance，它是裝配節點每個事件的標識，且是唯一的。在裝配中，組件和其子組件之間的關系是利用Instance來描述的。另外每一個事例都有一個原型Prototype，它是真實存在的部件模型，記錄了模型所需的所有數據。

2 自動裝配關鍵技術介紹

本實例采用UG/Open API作為開發工具，它是UG軟件中的一個重要模塊，是UG的二次開發工具之一。作為UG與外部應用程序之間的接口，UG/Open API是一系列函數的集合，通過UG/Open API的編程，用戶幾乎能實現所有的UG功能，開發者可以通過C語言編程來調用這些函數，從而達到實現用戶化的需要。

2.1 UG/Open API的開發模式

UG/Open API程序能在Internal和 External兩種環境下運行。

Internal環境（也稱Internal開發模式）下的程序只能在UG的界面環境下運行。在運行這些程序時，它們被加載到UG運行空間中（UG分配的內存）。

External環境（也稱External開發模式）開發的程序能在操作系統下運行，不在UG環境中作為UG的子進程運行。通常External模式用于那些不需要圖形界面的后臺運行應用程序，如打印機或繪圖儀輸出［3］。

本文采用Internal模式，通過VC++6.0對其進行編譯、連接，形成動態鏈接庫文件（assem.dll）。從UG主菜單：文件→執行→NX Open來運行動態鏈接庫文件，實現自動裝配。

2.2 液壓支架自動裝配的實現方法

自動裝配過程需要4步：組件的加載，組件事例標識的獲取，約束對象標識的獲取，裝配約束關系的建立。

2.2.1 組件的加載

使用UF_ASSEM_add_part_to_assembly函數可將部件加載到裝配體。本文使用這個函數將液壓支架除底座外的8個主要部件（底座作為固定件手動載入）載入到裝配體中。該函數的使用方法如下：

重復調用該程序段，載入效果如圖2。

圖2 組件的加載

2.2.2 組件事例標識的獲取

主動組件的事例標識可以通過UF_ASSEM_ask_part_occ_of_inst函數直接獲取。從動組件事例標識需要通過以下3步獲取：①確定從動組件的部件標識；②獲取從動組件的所有事例標識；③匹配事例標識對應的組件名與從動組件組件名，確定從動組件的事例標識。需要注意的是，在同一裝配中，部件名、組件名不能相同。

2.2.3 約束對象標識的獲取

約束對象標識的獲取分為以下2步：①使用函數UF_ASSEM_set_work_part將對象所在部件設置為工作部件；②利用UF_OBJ_cycle_by_name獲取對象標識。需要注意的是，在同一部件中，對象名不能相同。

2.2.4 裝配約束關系的建立

裝配約束是通過定義兩個組件之間的約束條件來確定組件在裝配體中的位置，建立組件間的裝配約束需要以下4個步驟：①定義裝配條件，即填充結構UF_ASSEM_constraint_s；②利用函數 UF_ASSEM_solve_mc求解配合關系，并返回相關信息，其參數描述見表1，語法格式如下：

表1 函數UF_ASSEM_solve_mc的參數描述

ExternintUF_ASSEM_solve_mc UF_ASSEM_mating_condition_p_tmc_data，UF_ASSEM_mc_status_t*status，UF_ASSEM_dof_p_t dof，double transform［4］［4］）;③利用函數UF_ASSEM_apply_mc_data將裝配約束應用到裝配體上；④使用函數UF_MODl_update更新模型，以反映模型變化，完成零件的空間重定位，圖3為裝配總圖。

圖3 裝配總圖

3 結束語

本文利用UG NX6.0進行二次開發，引入了UG/Open API函數，實現了液壓支架組件的自動裝配，各主要組件還可以通過參數化的方法改變產品尺寸的大小，有利于產品的系列化。該技術直觀、方便、操作簡單。在現實中可以大大提高工作效率，減少工作時間并且降低了錯誤率。

［1］ 劉紅軍，李帥，周鳴.基于PCB電路板自動裝配技術的開發［J］.制造業自動化，2011，10（上）：23-26.

［2］ 芮岳峰，井維峰.基于UG自動化虛擬裝配系統的研究與開發［J］.機械制造與自動化，2007，36（5）：18-20.

［3］ 李福海，劉毅.二次開發UG實現飛機操縱系統零件參數化設計與虛擬裝配自動化［J］.機械科學與技術，2003，22（增刊）：242-244.