基于UG機夾車刀裝配體參數化建模

冉龍姣 李曉曉 敬正彪 李 旭 陳佳琪

（1.成都大學 機械工程學院，成都 610106；2.成都工業職業技術學院，成都 610218）

在智能制造信息化和工業化深度融合的推進中，切削刀具是制造性能高效發揮的重要影響因素之一[1]。用CAD方法開發機夾車刀時，刀片、刀墊、刀柄以及夾緊結構各零件之間配合尺寸存在關聯性。對具有配合關系的各零部件進行參數化建模，以保證尺寸一致性，使零件造型精確[2-3]，可為下一步采用優化算法尋找最佳刀具尺寸奠定基礎。本文主要在UG平臺下機夾車刀三維參數化建模，通過使用部件間的表達式技術，實現裝配體中各零部件尺寸的聯動。

1 UG軟件介紹

UG是全球主流MCAD系統，是計算機輔助設計、制造、工程和產品數據管理一體化軟件系統之一[4-5]。UG強大的產品設計應用模塊和機械產品設計制圖功能，使得制造設計更具靈活性。

2 機夾車刀裝配體參數化建模

機夾車刀參數建模需要用表達式和電子表格的方法建立零件的尺寸約束和工程約束。表達式用來控制單一零件建模特征參數和裝配體中各零件之間特征參數的相互關聯，還可以通過修改某個特定參數達到修改零件模型外形設計的目的。通過表達式對話框查看零件中所有的尺寸表達式及尺寸關系，并對表達式進行命名，做到見名知意，可方便車刀裝配時的尺寸驅動。

2.1 零部件參數化建模

UG提供了特征建模和草圖參數化建模兩種建模方式。草圖參數化建模在草繪過程中和草繪結束模型生成后可發現錯誤信息，以便隨時修改參數，不必重新繪制，繪圖效率高。本文以機夾車刀十字沉頭螺釘零件（如圖1所示）的建模來闡述草圖建模型的設計方法。

圖1 十字沉頭螺釘零件

第一，確定十字沉頭螺釘的零件結構。該螺釘主要由回轉體和凹下去的十字槽兩部分構成。第二，創建草圖。選擇XY面為待建草圖的基準面。用直線命令繪制回轉體截面的形狀（忽略倒角和圓角）。用幾何和尺寸約束使草圖完全固定，完成草圖的繪制，如圖2所示。

圖2 十字沉頭螺釘回轉體草圖的形狀

草圖中約束條件發生改變，模型的形狀也將發生同步變化。第三，回轉體的生成。選擇繪制好的草圖為掃描截面線串，選擇Y軸為旋轉軸，采用旋轉命令生成回轉體。第四，以十字沉頭螺釘上表面XZ基準面創建草圖，生成十字溝槽。第五，打開UG工具-表達式，形成控制參數表達式，并對十字沉頭螺釘中與后面具有裝配關系的關鍵表達式進行命名，如表1所示。

表1 十字沉頭螺釘零件參數化建模控制參數表

2.2 裝配零部件間尺寸關聯

UG裝配模塊提供了自底向上和自頂向下兩種裝配方式。前者先完成各零部件的繪制，后按照產品結構通過堆積木的方式添加部件，完成產品裝配。后者先總體設計后詳細設計，局部服從總體，支持在裝配環境中進行零件設計，同時結合使用部件間表達式實現關聯部件之間尺寸的聯動。下面詳細闡述部件間表達式技術在裝配過程中的使用。

零件間關聯表達式是用于將裝配零件之間的參數進行算術或條件等式的關聯，使得裝配體中各零件之間尺寸相互關聯，以實現同步變化。表達式由設計者根據設計意圖建立，形式為：

式中，P2X為零件2的某尺寸參數；P1X為零件1的某尺寸參數；part1是零件1的名稱；f(part1:P1X)將零件1中的參數P1X賦予零件2的參數相關聯。通過關聯表達式，零部件之間就構成了特定的函數關系。如果修改零件1的參數，零件2的參數值就會按照設定好的函數關系發生同步變動。

具體操作方法為在工具-表達式中選取要關聯的變量。選取創建/編輯部件間的表達式按鈕，在Select Part表中選取關聯目標文件，在彈出的表達式列表中找到關聯目標。例如，在十字沉頭螺釘與刀片的裝配中，采用部件間表達式技術設置十字沉頭螺釘關鍵變量Screw_radius和Sinker_radius（如圖3（a）所示），設置刀片關鍵變量blade_sinker_diamter1，和 blade_screw_diamter2（如圖3（b）所示）。

令：

按部件間表達式技術實現十字沉頭螺釘直徑參數和刀片孔徑參數之間零件的關聯。

當改變關鍵變量十字沉頭螺釘Sinker_radius和Screw_radius的值時，刀片blade-sinker_diamter1和blade-screw_diamter2的值也隨之改變，從而解決設計修改中兩者基本尺寸不一致的問題，實現部件間尺寸的聯動。

2.3 基于草圖的裝配

基于草圖的裝配是將草圖作為裝配中間量，直接在零件和草圖之間建立關聯變量與位置約束，定位各裝配零件。裝配草圖中所有的參數變量均可體現出來，只需驅動裝配草圖里的參數變量。各零部件的大小和位置均可發生改變。本文采用基于草圖的裝配，先新建刀桿草圖，通過拉伸-布爾減去-孔命令建立車刀桿（body）零件模型，后按不同的裝配約束條件約束刀片（blade）和十字沉頭螺釘（Screw），最終完成總體裝配。機夾車刀總體裝配效果如圖4所示。

圖3 十字沉頭螺釘與刀片有配合關系的部件間的表達式變量

圖4 車刀總體裝配效果

3 裝配效果對比

如圖5所示，將車刀片（blade）零件中關鍵變量刀片主切削刃（Cutting_Edge0）表達式的值從12 mm改為18 mm，可以觀測到在整體裝配體中與之配合的刀桿上刀片槽的長度同步發生了改變。

圖5 主切削刃口部件間尺寸聯動效果

如圖6所示，將車刀片刀尖角（Point_Angle）值從55°改變為30°，可以觀測到在整體裝配體中與之配合的刀桿上刀片槽里刀尖角部分的參數同步發生了變化。通過這兩次驗證，說明通過基于草圖裝配的參數化建模實現了機夾車刀裝配體中尺寸的聯動。

圖6 機夾車刀參數建模部件間尺寸聯動效果

4 結語

合理運用UG軟件中零/部件間關聯表達式對機夾車刀裝配進行設計能避免重復操作，提升裝配設計效率，實現機夾車刀零部件之間的協同聯動，在參數化建模的基礎上有利于有限元分析的優化設計。